Towards the Development of a Formulation for Obtaining the Shear Strength of Concrete Composite Beams

Abstract

[EN] In the design and assessment of precast concrete beams with a slab cast on top, namely concrete composite beams, engineers still face in practice unsolved shear-related issues, such as the contribution to shear strength of the slab, the concrete strength to be considered in shear formulations or the influence of the interface between concretes in the shear behaviour. In the present research, 69 shear tests were performed on monolithic and composite beams, with rectangular or T-shaped cross-section, with or without transverse reinforcement and with different concrete qualities, to experimentally analyse the issues mentioned above. The study of the shear transfer mechanisms at failure led to formulating a model for explaining the observed results. Based on this model, a shear strength predictive formulation for concrete composite beams with web reinforcement has been developed, which has been verified with the experimental results from this research and 24 additional tests from the literature. This formulation provides accurate predictions compared to the shear strength formulations of current codes EC2, MC-10 and ACI 318-19. The proposed model lays the foundations for the future development of a user-friendly formulation for calculating the shear strength of concrete composite beams.

[ES] En el diseño y evaluación de vigas prefabricadas de hormigón con una losa superior hormigonada in situ, es decir, vigas compuestas de hormigón, los ingenieros siguen enfrentándose en la práctica a problemas no resueltos relacionados con el cortante, como la contribución de la losa a la resistencia a cortante, la resistencia del hormigón que se ha de considerar en las formulaciones de cortante o la influencia de la interfaz entre hormigones en el comportamiento a cortante. En la presente investigación se han realizado 69 ensayos a cortante en vigas monolíticas y compuestas, de sección rectangular o en T, con o sin armadura transversal y con diferentes calidades de los hormigones, para analizar experimentalmente las cuestiones mencionadas anteriormente. El estudio de los mecanismos de transferencia de cortante condujo a la formulación de un modelo para explicar los resultados observados. A partir de este modelo, se ha desarrollado una formulación para predecir la resistencia a cortante en vigas compuestas de hormigón con armadura de cortante, la cual se ha verificado con los resultados experimentales de esta investigación y 24 ensayos adicionales de la literatura. Esta formulación proporciona resultados precisos comparados con las formulaciones de resistencia a cortante de los códigos actuales EC2, MC-10 y ACI 318-19. El modelo propuesto sienta las bases para el futuro desarrollo de una formulación fácil de usar para el cálculo de la resistencia a cortante de vigas compuestas de hormigón.