Impact resistance of steel fiber reinforced concrete slabs

Abstract

As rare as it may seem, impact loads can act on a structure in its lifespan. For structures such as nuclear energy facilities, industrial facilities, and military buildings design for impact loads may be required. Steel fibers are increasingly used in the design and construction of such reinforced concrete structures. However, studies on the effect of steel fibers on the impact resistance of reinforced concrete structures are rare in the literature. This study investigates the global behavior of reinforced concrete slabs with different ratios of steel fibers under static and impact loading. 10 steel fiber reinforced concrete slabs with dimensions of 2150x2150x150 mm were tested with varying steel fiber volume ratios of 0.5 %, 1.0 % and 1.5 %. Specimens were manufactured as twins, as one to be tested under static loading and one to be tested under impact loading. Static tests were carried out by applying a static load at the midpoint with a hydraulic jack, whereas impact tests were applied through free falling drop-weights. Observed behavior and collected data were compared with companion studies of Batarlar (2013) and Arsan (2014), as they have used the same test setup with different parameters. As a result, it was seen that even steel a fiber addition of 0.5 % in volume was sufficient to provide a ductile behavior both under static and impact loading. Steel fibers significantly enhanced the impact behavior by increasing the strength and resiliency of the specimens.

Her ne kadar ender görülse de yapılar kullanım ömürleri boyunca darbe yüklerine maruz kalabilirler. Nükleer enerji tesisleri, endüstriyel tesisler ve askeri binalar gibi yapıların darbe yüklerine karşı tasarımları gerekebilir. Bu tür betonarme yapıların tasarım ve inşalarında çelik fiberler artan oranda kullanılmaktadır. Ancak literatürde çelik fiberlerin betonarme yapıların darbe dayanımı üzerine olan etkilerini inceleyen çalışmalar çok azdır. Bu çalışma değişen çelik fiber oranına sahip betonarme döşemelerin statik ve darbe yükleri altındaki global davranışını incelemektedir. 2150x2150x150 mm boyutlarında 10 adet betonarme döşeme,% 0.5, % 1.0 ve % 1.5 oranlarında çelik fiber katkısı ile imal edilmiş ve test edilmişlerdir. Numuneler biri statik yük diğeri darbe yükü altında test edilmek üzere ikiz olarak imal edilmişlerdir. Statik yük orta noktaya hidrolik kriko yardımıyla uygulanırken darbe yükü serbest düşen darbe kütleleri vasıtasıyla uygulanmıştır. Testler sırasında oluşan mesnet reaksiyonları, donatılar üzerinde oluşan gerinimler, yerdeğiştirmeler ve ivmeler yüksek hızlı bir veri toplama cihazıyla kaydedilmiştir..Test düzeneği kenarlarda basit mesnet koşulları oluşturacak şekilde imal edilmiştir. Gözlemlenen davranış ve elde edilen veriler aynı test düzeneğini farklı numunelerle kullanan Batarlar (2013) ve Arsan’ın (2014) tamamlayıcı nitelikteki çalışmaları ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak hacimce %0.5 oranındaki çelik fiber katkısının dahi hem statik hem darbe yükleri altında sünek bir davranış sağladığı görülmüştür. Çelik fiberler numunelerin darbe davranışını hem dayanımlarını hem de eski durumunu alma yeteneklerini geliştirerek önemli ölçüde iyileştirmiştir. Ayrıca çelik fiber oranının arttırılmasının darbe davranışını iyileştirmekle birlikte elde edilen faydanın aynı oranda olmadığı da gözlemlenmiştir.