Comparative analysis of the cyclic behaviour of beam-column joints with plain and deformed reinforcing bars

Abstract

Damage reports after recent earthquakes proves that slippage between steel reinforcing bars and the surrounding concrete is one the common causes of damage and collapse of existing RC building structures. The bond-slip mechanism assumes particular importance in RC building structures built until the 70’s, with plain reinforcing bars, previously to the enforcement of modern seismic codes. This type of structures is usually characterized by poor reinforcement detailing, poor bond properties and inadequate concrete confinement. In RC buildings subjected to cyclic loads, as the induced by earthquakes, high stress concentration occurs at the beam-column joints, making this regions prone to the occurrence of severe damage. Beam-column joints are particularly sensitive to the bond-slip mechanism due to the stress concentration, but also due to the fact that anchorage of beam and column longitudinal reinforcing bars is typically made in the joint vicinity. In this paper are presented the main results of the cyclic tests performed on two full-scale beam-column joints with the same geometry and reinforcement detailing, representative of interior joints in RC building structures built until the mid-70’s, without adequate seismic detailing. One specimen was built with plain reinforcing bars (poor bond properties) and the other with deformed bars (good bond properties). For a better comprehension of the bond properties influence on the cyclic behavior of the beam-column joints, a comparison is established between the main experimental results obtained for the two specimens. The comparative analysis shows that the bond-slip mechanism has a strong influence in the cyclic response of RC structural elements.

Da observação dos danos provocados por diversos sismos recentes, verifica-se que o escorregamento aço-betão é uma das principais causas de dano e colapso de edifícios existentes de betão armado. Em muitos países, este fenómeno assume particular importância nos edifícios construídos até aos anos 70, com armadura lisa e anteriormente à introdução dos primeiros regulamentos que contemplam a acção sísmica com maior detalhe. Este tipo de estruturas apresenta, geralmente, pormenorização deficiente da armadura, fracas condições de aderência e confinamento inadequado do betão. As ligações viga-pilar nas estruturas de betão armado são pontos onde ocorrem danos significativos quando as estruturas estão sujeitas a carregamentos cíclicos, uma vez que nestas zonas ocorre a maior concentração de esforços. O fenómeno do escorregamento assume particular relevância nas ligações viga-pilar, devido aos maiores esforços que aqui se desenvolvem mas também ao facto de nestas zonas se realizar tipicamente a ancoragem dos varões longitudinais dos pilares e/ou vigas. Neste artigo são apresentados os principais resultados dos ensaios cíclicos de dois nós viga-pilar à escala real com igual geometria e igual pormenorização da armadura, representativos de nós interiores de edifícios de betão armado construídos até meados dos anos 70 sem pormenorização adequada para fazer face à acção sísmica. Um dos nós foi construído com armadura lisa (com fracas condições de aderência) e o outro nó com armadura nervurada (com boas condições de aderência). Faz-se também a comparação dos resultados obtidos para compreender a influência das condições de aderência na resposta cíclica de nós interiores viga-pilar deste tipo de estruturas de betão armado. Dos resultados obtidos, conclui-se que o fenómeno do escorregamento condiciona significativamente o desempenho das estruturas com armadura lisa quando solicitadas por acções cíclicas