Experimental and theoretical investigation of the shear resistance of steel fibre reinforced prestressed concrete X-beams—Part I: Experimental work

This is the first part of two papers on the experimental (Part I) and theoretical (Part II) resistance of steel fibre reinforced precast concrete beams. Short steel fibres have been introduced into prestressed concrete X beams in order to study their behaviour under shear loads. The X beams, which have circular web profiles, were chosen to represent longitudinal sections from 215 mm deep prestressed precast hollow cored floor units, which are known to fail in shear in a brittle manner. No shear links were used. Round hooked end high strength steel (HS), and thin amorphous metal (AM) fibres were used in volume fractions up to 2.0%. The maximum flexural strength of fibre reinforced concrete (FRC) was 10.28 N/mm², some 50% greater than plain concrete. In the plain concrete beams the ratio η of the ultimate shear resistance to the cracking resistance was 1.0, as expected. For the fibre beams η=1.43 to 1.52 for the HS fibres and η-1.23 for the AM fibres. Theoretical and empirical equations were developed using modified FRC principal tensile stress methods to predict ultimate shear strength and are given in Part II.

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Résumé Il s'agit de la première partie d'un article sur la résistance des poutres en béton préfabriqué renforcé de fibres d'acier, présentant les expériences (partie I) et la théorie (partie II). De courtes fibres d'acier ont été utilisées dans des poutres X précontraintes pour étudier leur comportement sous l'action de forces de cisaillement. Les poutres X, qui ont des ames de profil circulaire, ont été choisies pour représenter des sections longitudinales des dalles alvéolées précontraintes de 215 mm d'épaisseur, qui sont connues pour leur mode de rupture casant sous l'action des efforts tranchants. L'armature de cisaillement n'a pas été utilisée. Des crochets ronds en acier à haute adhérence et de minces fibres métalliques amonrphes ont été utilisés jusqu'à des fractions de 2% du volume. La résistance à la tension maximale sous l'effet de flexion du béton de fibres d'acier était de 10,28 N/mm², soit 50% de plus que pour le béton normal. Pour les poutres en béton normal, le rapport η entre la résistance ultime au cisaillement et la résistance à la fissuration était de 1,0, comme prévu. Pour les poutres en fibres d'acier ce rapport était entre 1,43 et 1,52 pour l'acier à haute adhérence et 1,23 pour les fibres métalliques amorphes. Des équatins théoriques et empiriques ont été développées à l'aide de méthodes de contrainte de tension principlale du béton de fibres d'acier modifiées pour la prédiction de la résistance ultime au cisaillement; celles-ci sont données dans la deuxième partie.