Evaluation of minimum reinforcement ratio in FRC members and application to tunnel linings: Fid-Bau Portal

Evaluation of minimum reinforcement ratio in FRC members and application to tunnel linings

Chiaia, B. / Fantilli, A. P. / Vallini, P.

Abstract In lightly reinforced concrete (RC) structures, the area of steel cannot be lower than a minimum value, so that the ultimate limit state can be reached under a yielding moment higher than the cracking moment. Also in the serviceability stage, a minimum amount of reinforcement should be provided in tensile zones, in order to reduce crack widths. In fiber-reinforced concrete (FRC) members, due to the presence of structural fibers in the cementitious matrix, the minimum amount of steel area can be significantly reduced. Fiber can guarantee tensile stresses in a cement-based matrix even in the presence of wide cracks. Therefore, for the same cross-section of steel, a reinforced FRC member in bending can show higher bending moments, and reduced crack widths, than those measured in classical RC beams. This is particularly true in case of massive members, like the structures of tunnel linings. For such elements, and starting from the constitutive relationships recommended by Rilem TC 162-TDF, a new approach for the evaluation of minimum reinforcement area is proposed in this paper. By means of this nonlinear model, it is possible to calculate a reinforcement area lower than that calculated according to Eurocode 2 and Rilem TC 162-TDF prescriptions.

Résumé Dans les structures légèrement fibres—renforcées, la section d’acier ne peut pas être plus petite d’une valeur minimum, pour cette raison l’état limite ultime (ELU) peut être rejoint avec un moment de résistance élastique plus grand que le moment de fissuration. Aux états limites de service (ELS), il faut en outre prévoir une quantité suffisante d’armature dans les zones tendues, afin de réduire l’ouverture des fissures. Dans les éléments en béton fibre-renforcé (FRC), en raison de la présence des fibres structurelles à l’intérieur de la matrice de béton, la section minimale d’acier peut être significativement réduite. Les fibres peuvent supporter les efforts de traction dans la matrice de béton même avec des fissures très étendues. Donc, pour la même quantité d’armature, un élément renforcé FRG soumit à flexion peut démontrer des moment fléchissant très élevés et des largueurs des fissures réduites, plus que celles mesurées pour les poutres classiques en béton armé. Cela est en particulier vrai pour les éléments massifs, comme les structures pour les revêtements de tunnel. Pour ces éléments, à partir dès relations constitutives recommandées par le Rilem TC 162-TDF, cet article propose une nouvelle approche pour le␣calcul de la section d’aciér minimale. Merci à ce model non linéaire, il est possible de calculer une section d’aciér plus petite que celle calculée avec l’Eurocode 2 et les prescriptions Rilem TC 162-TDR