Failure of slender and stocky reinforced concrete columns: tests of size effect: Fid-Bau Portal

Failure of slender and stocky reinforced concrete columns: tests of size effect

Bažant, Z. P. / Kwon, Y. W.

Abstract The paper reports the results of a series of tests of geometrically similar pin-ended tied reinforced concrete columns of different sizes, with ratio 1∶2∶4, and slendernesses of 19.2, 35.8 and 52.5. The model columns had square cross-sections of sides 0.5, 1 and 2 in. (12.7, 25.4 and 50.8 mm), reduced-size steel bars with steel ratio 4.91%, and reduced-size aggregate with maximum size 1/8 in. (3.2 mm). The axial load was eccentric, with end eccentricities 0.25 of the cross-section side. It is found that for all slendernesses the failure loads exhibit a strong size effect in which the nominal stress at maximum load (load divided by cross-sectional area) decreases as the size is increased. This contradicts the current design codes, which exhibit no size effect, and indicates that the failure is governed by fracture mechanics. The results are in good agreement with the size-effect law previously proposed by Bažant. For a higher slenderness, the size effect increases and the brittleness of failure, characterizing the proximity to the behaviour described by linear elastic fracture mechanics, increases. The role of bond slip in the observed size effect remains to be clarified.

Resume On présente les résultats d'essais d'effet d'échelle sur des poteaux en béton armé. Ces poteaux, de grandeurs différentes, étaient homothétiques, avec des rapports de grandeurs 1∶2∶4 et des élancements de 19,2, 35,8 et 52,5. Ils avaient des sections carrées de 12,7, 25,4 et 50,8 mm, le pourcentage d'acier était de 4.91 et la dimension maximale du granulat de 3,2 mm. La charge présentait une eccentricité égale à 0,25 de l'épaisseur du poteau. On a observé qu'il y avait un effet d'échelle remarquable à la charge de ruine, tel que la contrainte nominale à la ruine diminue quand la dimension augmente. Ce résultat contredit les réglementations selon lesquelles il n'y a pas d'effet d'échelle. Il faut en trouver l'explication dans la mécanique de la rupture fragile. Les résultats concordent avec la loi d'échelle proposée par Bažant. On trouve que, si l'élancement du poteau est plus grand, l'effet d'échelle augmente, de même que la fragilité de rupture caractérisant un comportement proche de celui décrit par la mécanique de la rupture fragile. Il reste à éclaircir le rôle joué par l'adhérence de l'acier.