Lecture (1) Introduction to Material properties And ... · Lecture (1) Introduction to Material...

Post on 03-Oct-2020

1 views 0 download

transcript

Lecture (1) Introduction to Material properties  

And Analysis of Reinforced Concrete Sections 

 By  

Dr. Islam M. El‐Habbal 

Stress‐Strain Curve of Concrete 

0 0.001 0.002 0.003 0.004

Stre

ss

Strain

fcu Softening 

0 0.001 0.002 0.003 0.004St

ress

Strain

fcu 

Crushing Strain 

Design Stress‐strain Diagram 

0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035

Stre

ss

Strain

Tangent Modulus or  Young’s Modulus 

0.30 fcu 

fcu 

fcu/γc 

Factor  of Safety =1.50 

Stress 

Strain 

fy 

fu 

Stress‐Strain Curve of Steel 

εy  εu 

Design Stress‐Strain Curve of Steel Stress 

Strain 

fy/γs 

fy 

εy/γs εy 

Factor  of Safety =1.15 

d t 

As 

Types of RC sections 1. Rectangular Section 

Is used when slab is under Tension 

d t 

As 

ts 

2.     T‐ Section 

Is used when slab is under compression 

1. Analysis of Rectangular Sections 

2. Analysis of T‐section. 

Analysis of Rectangular Singly Reinforced Sections using 1st principles 

From Equilibrium: 

Cu = Tu                    …………………….  (1) 

0.67 fcu/γc *a*b = As * fy/γs                      get  (a)       check  a/d≥ 0.10 

 c = a/0.80 

Mu = Cu * yct       or             Mu = Tu * yct  …………… (2) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*b *(d‐a/2)      or      Mu = As * fy/γs *(d‐a/2)   Get (Mu ) 

d t  Mu 

εy/γs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

Analysis of T‐Sections Singly Reinforced using 1st principles 

d t 

Mu 

εy/γs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

ts 

From Equilibrium: 

Cu = Tu                    …………………….  (1) 

0.67 fcu/γc *a*B = As * fy/γs                      get  (a) if a> ts    let  a=ts  check a/d ≥ 0.10                 c = a/0.80 

Mu = Cu * yct       or             Mu = Tu * yct  …………… (2) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*B *(d‐a/2)      or      Mu = As * fy/γs *(d‐a/2)   Get (Mu ) 

1. Analysis of Rectangular Sections 

Analysis of Rectangular Doubly Reinforced Sections using 1st principles 

From Equilibrium: 

Cu +Cs\= Tu 

0.67 fcu/γc *a*b +As\ * fs\= As * fs              …………………….  (1) 

Assume that As & As\ are @ yield  

0.67 fcu/γc *a*b +As\ * fy/γs = As * fy/γs                        get  (a)       check a/d≥ 0.10    

 c = a/0.80 

Mu 

εy/γs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Mu 

εs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Check on Assumption: Since       E=f/ε       where E=Young’s modulus & f=stress & ε=strain So            E=fy/εy      where  fy = yield stress  &  εy = yield strain                                           & E=2000 t/cm2 = 2 x 105 MPa = 2 x 105 N/mm2                                                                               Hence  get     εy From symmetry of triangles: 0.003/c = εs

\  / (c‐d’)                                          εs

\ = 0.003 * (c‐d’) / c 

 0.003/c = εs

  / (d‐c)                                           εs = 0.003 * (d‐c) / c 

 

Check of Assumption 

εs\ ≥ εy/γs 

εs ≥ εy/γs 

εs\ < εy/γs 

εs ≥ εy/γs εs

\ ≥ εy/γs 

εs < εy/γs εs

\ < εy/γs 

εs < εy/γs 

No change in  Calculations. Get Mu directly 

Replace As’ fy By As’ fs ’ .  get fs ’(c). Solve fs ’(c) & (1) to get C.  Solve fs ’(c) and Mu(c) sim. 

Replace As fy By As fs . get fs(c). Solve fs (c) & (1) to get C.  Solve fs(c) and Mu(c) sim. 

Replace  As’  fy & As fy By As’ fs ’ & As fs . get fs ’(c), fs(c). Solve fs ’(c), fs (c) & (1) to get C.  Solve fs ’(c), fs(c) and Mu(c) sim. 

Get (Mu ) 

If εs\ ≥ εy/γs  &  εs ≥ εy/γs: 

Mu = Cu * yct + Cs\  * (d‐d’)       or        Mu = Tu * yct  + Cs

\  * (a/2‐d’) …………… (2) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*b *(d‐a/2) + As\  * fy/γs * (d‐d’)       

or      Mu = As * fy/γs *(d‐a/2)  + As\  * fy/γs * (a/2‐d’)  

Mu 

εs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Check of Assumption 

εs\ ≥ εy/γs 

εs ≥ εy/γs 

εs\ < εy/γs 

εs ≥ εy/γs εs

\ ≥ εy/γs 

εs < εy/γs εs

\ < εy/γs 

εs < εy/γs 

If εs\ < εy/γs  &  εs ≥ εy/γs: 

fs\ = εs\ * E                                    fs\  =  0.003 * E * (c‐d’) / c   ………….. (2) 

Solve (1) & (2) together  to Get  C             C=a/0.8          check a/d ≥ 0.10         get fs\  Mu = Cu * yct + Cs

\  * (d‐d’)       or        Mu = Tu * yct  + Cs

\  * (a/2‐d’) …………… (3) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*b *(d‐a/2) + As\  * fs\  * (d‐d’)       

or      Mu = As * fy/γs *(d‐a/2)  + As\  * fs\ * (a/2‐d’)  

Solve (2) & (3) together and Get (Mu ) 

Mu 

εs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Check of Assumption 

εs\ ≥ εy/γs 

εs ≥ εy/γs 

εs\ < εy/γs 

εs ≥ εy/γs εs

\ ≥ εy/γs 

εs < εy/γs εs

\ < εy/γs 

εs < εy/γs 

If εs\ ≥ εy/γs  &  εs < εy/γs: 

fs = εs * E                                    fs  = 0.003 * E * (d‐c) / c     ………….. (2) 

Solve (1) & (2) together and Get C             C=a/0.8          check a/d ≥ 0.10         get fs Mu = Cu * yct + Cs

\  * (d‐d’)       or        Mu = Tu * yct  + Cs

\  * (a/2‐d’) …………… (3) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*b *(d‐a/2) + As\  * fy/γs  * (d‐d’)       

or      Mu = As * fs *(d‐a/2)  + As\  * fy/γs * (a/2‐d’)  

Solve (2) & (3) together and Get (Mu ) 

Mu 

εs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Check of Assumption 

εs\ ≥ εy/γs 

εs ≥ εy/γs 

εs\ < εy/γs 

εs ≥ εy/γs εs

\ ≥ εy/γs 

εs < εy/γs εs

\ < εy/γs 

εs < εy/γs 

If εs\ < εy/γs  &  εs < εy/γs: 

fs = εs * E     &   fs\ = εs\ * E                            fs  = 0.003 * E * (d‐c) / c     ………….. (2) 

                                                                     fs\  =  0.003 * E * (c‐d’) / c    ………….. (3) 

Solve (1) , (2) & (3) together  and  Get C       C=a/0.8       check a/d ≥ 0.10       get fs & fs\  Mu = Cu * yct + Cs

\  * (d‐d’)       or        Mu = Tu * yct  + Cs

\  * (a/2‐d’) …………… (4) 

Mu = 0.67 fcu/γc *a*b *(d‐a/2) + As\  * fs\  * (d‐d’)       

or      Mu = As * fs *(d‐a/2)  + As\  * fs\ * (a/2‐d’)  

Solve (2) , (3) & (4) together  and  Get (Mu ) 

Mu 

εs 

0.003 

Strain Diagram 

N.A. c 

0.67 fcu/γc 

Stress Diagram 

0.67 fcu/γc a  Cu 

Tu 

Idialized Stress Diagram 

As 

yct 

As\ 

d t 

d’  εs\ 

 

Cs\ 

Check of Assumption 

εs\ ≥ εy/γs 

εs ≥ εy/γs 

εs\ < εy/γs 

εs ≥ εy/γs εs

\ ≥ εy/γs 

εs < εy/γs εs

\ < εy/γs 

εs < εy/γs