Theoretical and numerical analysis of reinforced concrete beams with confinement reinforcement

Abstract

This paper discusses the use of confinement in over-reinforced concrete beams. This reinforcement consists of square stirrups, placed in the compression zone of the beam cross-section, in order to improve its ductility. A parametric numerical study is initially performed, using a finite element computational program that considers the material nonlinearities and the confinement effect. To investigate the influence of the transverse reinforcing ratio on the beam ductility, an experimental program was also conducted. Four over-reinforced beams were tested; three beam specimens with additional transverse reinforcement to confine the beams, and one without it. All specimens were fabricated with a concrete designed for a compressive strength of 25 MPa. The experimental results show that the post-peak ductility factor is proportional to the confining reinforcement ratio, however the same is not observed for the pre-peak ductility factor, which varied randomly with changes in the confining reinforcement ratio. It was also observed from the experiments that the confinement effect tends to be smaller close to the beam neutral axis.Este trabalho discute a utilização de armadura de confinamento em vigas superarmadas de concreto armado. Essa armadura é constituída de estribos quadrados colocados na região de compressão da seção transversal da viga, aumentando a ductilidade. Para a análise numérica, utilizou-se um programa computacional baseado no Método dos Elementos Finitos que considera o efeito do confinamento no concreto, possibilitando estudar criteriosamente a influência da armadura de confinamento em vigas superarmadas. Na etapa experimental foi investigada a influência da taxa volumétrica da armadura transversal de confinamento, sendo realizados ensaios de quatro vigas superarmadas - três detalhadas com estribos adicionais destinados ao confinamento e uma projetada sem armadura de confinamento. Todas as vigas tiveram deformações nas barras da armadura de tração próximas a ey e resistência média à compressão do concreto de 25 MPa. Os resultados experimentais mostraram que o índice de ductilidade pós-pico é proporcional à taxa volumétrica da armadura transversal de confinamento. Isso não aconteceu para o índice de ductilidade pré-pico, que teve variação aleatória com a taxa volumétrica de armadura de confinamento. Observou-se também que a resistência à compressão do concreto confinado no núcleo de confinamento diminuiu na proximidade da linha neutra.