Cyclic behaviour of RC elements with plain reinforcing bars

Abstract

O comportamento cíclico das estruturas de betão armado é fortemente condicionado pelo mecanismo de aderência entre o betão e o aço. O escorregamento relativo entre os dois materiais, resultante da degradação progressiva da aderência em elementos solicitados por ações cíclicas, é uma causa frequente de danos graves e até do colapso de estruturas devido à ocorrência de sismos. Entre as estruturas existentes de betão armado que foram dimensionadas e construídas antes da entrada em vigor dos regulamentos sísmicos atuais, muitas foram construídas com armadura lisa, e portanto, possuem fracas propriedades de aderência. A informação disponível na literatura sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa é reduzida e a influência das propriedades da aderência associadas a este tipo de armadura no comportamento cíclico das estruturas existentes não se encontra ainda devidamente estudada. O objectivo principal desta tese foi estudar a influência do escorregamento na resposta cíclica de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa. Foram realizados ensaios cíclicos em elementos do tipo nó viga-pilar, construídos à escala real, representativos de ligações interiores em edifícios existentes sem pormenorização específica para resistir às ações sísmicas. Para comparação, foi realizado o ensaio de um nó construído com armadura nervurada. Foi ainda realizado o ensaio cíclico de uma viga de betão armado recolhida de uma estrutura antiga. Foram elaborados modelos numéricos não-lineares para simular a resposta dos elementos ensaiados, concentrando especial atenção no mecanismo do escorregamento. Os resultados obtidos no âmbito desta tese contribuem para o avanço do conhecimento sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa. As análises numéricas realizadas comprovam a necessidade de incluir os efeitos do escorregamento na modelação numérica deste tipo de estruturas de forma a representar com rigor a sua resposta às ações cíclicas.

The hysteretic behaviour of reinforced concrete structures is highly dependent on the interaction between concrete and steel. The relative slippage between the steel reinforcing bars and the surrounding concrete, resulting from bond degradation under cyclic loading, is a common cause of severe damage and even collapse of reinforced concrete building structures due to earthquakes. Among the significant number of existing reinforced concrete buildings that were designed and built prior to the enforcement of the modern seismic-oriented design philosophies, many were built with plain reinforcing bars, thus with poor bond properties. The available data about the cyclic behaviour of reinforced concrete structural elements with plain reinforcing bars is scarce. As a consequence, the influence of the bond properties on the hysteretic behaviour of existing reinforced concrete structures containing this type of steel reinforcement is not yet comprehensively understood. The main objective of this thesis was to investigate the influence of the bond-slip mechanism on the cyclic behaviour of reinforced concrete structural elements with plain bars. Cyclic tests were carried out on full-scale joint specimens representative of interior beam-column connections in existing reinforced concrete buildings without specific detailing for seismic demands. An additional joint specimen, with deformed bars, was also tested for comparison. A cyclic test was also performed on a two-span beam with plain bars that was collected from an ancient structure. Nonlinear numerical models were built to simulate the response of the tested elements, giving particular attention to the bond-slip mechanism. The tests results obtained in the framework of this thesis contribute to the advance of knowledge on the cyclic behaviour of reinforced concrete elements with plain reinforcing bars. The numerical analyses developed confirm the need of taking into account the effects of the bond-slip mechanism in the numerical modelling of this type of structures, in order to represent more accurately their cyclic response.