SIZE EFFECT, TOUGHNESS AND FRACTURE ENERGY FOR REINFORCED STEEL FIBER CONCRETE

Abstract

Double cantilever beams elements are produced from reinforced steel fiber concrete e=c/5 and e=c/10 eccentric compressive loads paralel to cantilever axes in which c is cantilever width is applied. Specimen thickness t is constant and 30 mm. Other sizes are geometrically similar with ratio 1:2:4. In this, size effect is investigated in specimen series. Two horizontal and one vertical displacemens are measured for each specimens. Oppening displacements are found for adding to horizontal displacements for each cantilever ends. Test results are analysed for size effect and paramaters of size effect are found and so bilogarithmic plots of size effect are prepared for each series.

Keywords

• Fracture mechanic, toughness, fracture energy, concrete size effect, double cantilevet beams, steelfiber reinforced concrete, concrete material tests

LİFLİ BETONDA BOYUT ETKİSİ TOKLUK VE KIRILMA ENERJİSİ

Abstract

Normal ve lifli betondan hazırlanan çift konsol elemanlara, c konsol genişliği olmak üzere, e=c/5 ve e=c/10 dışmerkezliklerine sahip, konsol eksenlerine paralel basınç yüklemesi uygulanmıştır. Numune kalınlıkları sabit olup t=30 mm’ dir. Diğer boyutlar büyük numuneden küçük numuneye doğru 4:2:1 benzerlik oranlarına sahiptir. Böylece numune serilerinde boyut etkisi incelenmiştir. Her numunede 2 yatay ve 1 düşey yer değiştirme ölçülmüş, konsol uçlarında ölçülen yatay yer değiştirmelerin toplanmasıyla açılma yer değiştirmesi bulunmuştur. Deney sonuçlarının boyut etkisi analizleri yapılarak boyut etkisi parametreleri bulunmuş, logaritmik eksen takımlı boyut etkisi eğrileri düzenlenmiştir. Ayrıca numunelere ait bağıl tokluklar, tokluk indeksleri ve kırılma enerjileri ile, boyut etkisi denklemlerinden yararlanılarak elde edilen malzeme özgül kırılma enerjileri de bulunmuş ve karşılaştırılmıştır.

Keywords

• Kırılma mekaniği, tokluk, kırılma enerjisi, beton boyut etkisi, çift konsol elemanı, lifli beton, beton malzeme deneyleri

References

1. ACI Commitee 544 (1984) Guide for specifying, mixing, placing and finishing steel- fibre reinforced concrete, American Cpncrete Ins. Proc., March-April, pp 140-146.
2. Altun F, Özcan D.M, Vekli M, Karahan O (2005) Çelik lif katkılı C20 betonun mekanik özelliklerinin deneysel araştırılması, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 4 (1-2), 31-40.
3. Altun F., Yılmaz C., Durmuş A., Arı K., (2006) Çelik lif katkılı ve katkısız betonarme kirişlerin basit eğilme ve patlama yüklemesiyle davranışlarının incelenmesi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri
4. Enstitüsü Dergisi, 22 (1-2), 112- 120. Arslan, A., (1995) Mixed mode fracture performance of fiber reinforced concrete under impact loading, Materials and Structures, Vol. 28, pp. 473- 478.
5. Arslan A ve Aydın, A.C., (1999) Lifli betonların genel özellikleri. Hazır beton dergisi, kasım-aralık, 75.
6. Arslan, A., Hughes, T.G. and Barr, B.I.G., (1991) Mixed-mode fracture including torsion in a new compact test specimen geometry, Proc. Int. Conf. On Fracture Processes in Concrete, Rock and Seramics, June 19-21, London, pp737-746.
7. Arslan, A., Ulucan, Z.C. (1997) Çelik liflerin erken yaştaki betonarme kirişlerin göçmesine etkisi, İMO Teknik Dergisi, 1507-1515
8. Anonim, (1992) TS 10515, Beton-çelik tel takviyeli- eğilme mukavemeti deney metodu, Türk

9. Standartları Enstitüsü, Ankara, Türkiye. Anonim, (2000) TS500, Betonarme yapıların tasarım ve yapım kuralları, Türk Standartları
10. Enstitüsü, Ankara, Türkiye. Anonymous, (1997) ASTM C1018, Standart test method fot flexural toughness and first- crack strength of fiber- reinforced concrete (Using beam with third- point loading).
11. Anonymous, (1984) JSCE SF-4, Standarts for tests methods of fiber reinforced concrete, Japan
12. Concrete Institute, pp. 45-51. Barr, B.I.G., Liu, K. and Dowers, R.C.A., (1982) Toughness Index measure the linergy absorption of fibre reinforced concrete, Int. J. Cement Composities and Lightweight Concrete, Vol. 4, No. 4, pp. 227.
13. Bartos, P., (1981) Rewiwv paper: Bond in reinforced cements and concretes, International Journal of
14. Cement Composites, Vol. 3, No. 3, August, pp. 159-177. Bayramov, F., Taşdemir, C., and Taşdemir, M.A.,( 2002) Optimum Design of Cement-Based
15. Composite Materials using Statistical Response Surface Method, Fifth International Congress on Advances in Civil Engineering, Istanbul Technical University, Istanbul, Turkey, pp. 725-734. Bazant, Z. P. (1984) Size effect in blunt fracture: concrete, rock, metal, Jour. Engng. Mech. ASCE, , s. 518-535.
16. Bazant, Z.P., Kim, J.K. and Şener, S. (1984) Size Effect in Shear Failure of Longitudinally
17. Reinforced Beams. ACI Jour., Vol. 81, pp. 456 - 468. (Discussion and Closure 82, 579-583). Bazant, Z. P. and Pfeiffer, P.A. (1986) Shear Fracture Tests of Concrete. Mater. Struct., Vol. 19, pp.111-121.
18. Bazant, Z.P. and Cao, Z. (1987) Size Effect in Punching Shear Failure of Slabs., ACI Struct. Jour., Vol. 84, pp. 44-53.
19. Bazant, Z.P. and Pfeiffer, P.A. (1987) Determination of Fracture Energy From Size Effect and Brittleness Number. ACI Mater. Jour., Vol. 84, No. 6, pp. 463-480.
20. Bazant, Z.P. and Sun, H.H. (1987) Size Effect in Diagonal Shear Failure: Influence of Aggregate
21. Size and Stirrups. ACI Mater. Jour., Vol. 84, pp. 259-272. Bazant, Z.P. and Kazemi, M.T. (1991) Size Effect on Diagonal Shear Failure of Beams without
22. Stirrups. ACI Struct. Jour., Vol. 88, No. 3, pp. 268-276. Bazant, Z.P., and Planas, J. (1998). Fracture and size effect in concrete and other quasibrittle materials, CRC Press, Boca Raton, Fla., Boston, ABD.
23. Belgin, Ç., Şener, S. (2008). Size effect on failure of overreinforced concrete beams. Engineering
24. Fracture Mechanics, 75, 2308-2319.
25. Chen, L., Mindess, S., Morgan, D.R., Shah, S.P., Johnston, C.D. and Pigeon, M. (1995) Comparative toughness testing of fiber reinforced concrete, Testing of Fib er Reinforced Concrete, ACI SP- 155, pp. 41-70.
26. Çivici F., (2006) Çelik lif donatılı betonun eğilme tokluğu, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik
27. Fakültesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 12(2), 183- 188. Gettu, R., Bazant, Z.P. and Karr, M.E. (1990) Fracture Properties and Brittleness of Hight
28. Strength Concrete. ACI Mater. Jour., Vol. 87, pp. 608-618. Hillerborg, K., (1985). “The theoretical basis of a method to determine the fracture energy GF of concrete.” RILEM, Mat. and Struct., 18, 291-296.
29. Karahan O., (2006) Liflerle güçlendirilmiş uçucu küllü betonların özellikleri, Çukurova Üniversitesi
30. Fen Bilimleri Enstitüsü, İnşaat Müh. A.B.D., Doktora Tezi, Adana,256 syf. Koç, V. (2005). Size effect on normal and high strength concrete element in compression failure,
31. Ph.D. thesis, Gazi univ.,Ankara (in Turkish). Koç, V. ve Şener, S. (2003a) Lifli beton çift konsolun basınç göçmesinde boyut etkisi. Yapı
32. Mekaniği Laboratuarları Toplantısı II, TÜBİTAK, Konya, s. 169-172. Koç, V. ve Şener, S. (2003b) Hafif ve normal betondan yapılmış çift konsol numunelerin basınç göçmesinde boyut etkisi. Türkiye İnşaat Mühendisliği XVII. Teknik Kongre ve Sergisi, İstanbul, s. 137-141.
33. Koç V. ve Şener S. (2004a) Eksenel doğrultuda basınç yüklü çift konsollarda boyut etkisi.
34. Advances in Civil Engineering, 6th International Conference, Boğaziçi Ünv., İstanbul, s. 531-540. Koç V., Şener S. (2004b). “Size effect tests of axially loaded double cantilever specimens.” 6th
35. International Conference on Advances in Civil Engineering, Istanbul, 531-540 (in Turkish). Koç V., Şener S. (2009). “Size effect in normal- and high-strength concrete with different notches under the axial load.” ASCE, J.of Materials in Civil Engeneering, 21, 9, 433-445.
36. Nataraja, M.C., Dhang, N. And Gupta, A.P. (1999) Stres-strain curves for steel-fiber reinforced concrete under compression, Cement and Concrete Composities 21, 383-390.
37. RILEM (1990). Size effect method for determining fracture energy and process zone of concrete.
38. RILEM & Mat. and Struct., 23, 461-465. Shah, S.P and Rangan, B.V., Fiber reinforced concrete properties, ACI Journal, Title No: 68- 14, pp. 136. Şener, S., Barr, B. I. G. and Abusiaf, H. F. (1999b). “Size effect tests in unreinforced concrete columns,” Magazine of Concrete Research, 51(1), 3-11.
39. Şener, S., Barr, B. I. G., Abusiaf, H. F. (2004). “Size effect tests of reinforced concrete columns.”,
40. J. Struct. Eng. ASCE, 130(4), 662- 670. Şengül, C. (2005) Kendiliğinden yerleşen çelik lif donatılı betonların mekanik davranışına su/ince malzeme oranının ve lif dayanımının etkisi. İTÜ Fen Bil. Enst., Yüksek lisans tezi, İstanbul.
41. Şengül C., Taşdemir M.A., Yılmaz N., Arslan G. (2007) “Karma Lifli Kendiliğinden Yerleşen
42. Betonların Mekanik Davranışına Agrega Oranlarının Etkisi”, TMMOB, İnşaat Müh. Odası, 7. Ulusal Beton Kongresi, İstanbul 373- 382. Ünal O, Uygunoğlu T, (2005) Farklı ortamlarda kür edilmiş lif katkılı betonların deprem yükü etkisi altındaki davranışlarının araştırılması, Deprem Sempozyumu, 23-25 Mart, Kocaeli, 629- 636.
43. Ünal O, Uyan M, Uygunoğlu T, (2005) Isıl işlem görmüş lifli betonlarda gerilme şekil değiştirme ilişkileri, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 4 (1-2), 31-40.
44. Ünal, O., Uygunoğlu, T. ve Gençel, O., (2007) Çelik liflerin beton basınç ve eğilme özeliklerine etkisi,
45. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 13(1), 23- 30. Taşdemir, M.A., Karihaloo, B.L., (2001) Effect of Aggregate Volume Fraction on the Fracture
46. Parameters of Concrete: A Meso- Mechanical Approach, Magazine of Concrete Research, 53(6), 405- Yaşar, D., Taşsemir M.A., Kop E., Yalçın M., (2011) Naylon Lif Donatılı Betonların Mekanik
47. Davranışı, Hazır Beton Kongresi- Beton 2011, pp. 120-129.
48. Yılmaz, B., Dinç, A., Şengül, C., Akaya, Y. ve Taşdemir, M.A., (2007) Effects of cement/powder ratio on workability and mechanical behaviour of SCFRCs. International conferance on ACBM- ACI, 11pp, Lahore.
49. Yiğiter, H. ve Türkel, S. (2004) Çelik lif kullanımının yüksek performanslı betonların süneklik özelliğine etkisi, Türkiye İnşaat Mühendisliği XVII. Teknik Kongre Ve Sergisi, İstanbul, syf. 469 –