EXPERIMENTAL AND THEORETICAL STUDIES OF THE SHEAR RESISTANCE OF REINFORCED EXPANDED-CLAY CONCRETE BEAMS WITH TRANSVERSE REINFORCEMENT
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2026-140-2-15-22Keywords:
expanded-clay concrete, lightweight concrete, normal-weight concrete, shear resistance, transverse reinforcement, design methods, experimental databaseAbstract
The article examines the results of assessing the applicability of current methods for calculating the shear resistance under transverse forces of reinforced concrete beams made of structural expanded-clay concrete with transverse reinforcement. The relevance of the topic stems from the broad prospects for the use of lightweight concretes in load-bearing structures, which at the same time combine the characteristics of enclosing structures. However, the topic remains insufficiently studied: there are no design methods that account for the structural features of lightweight concretes. The structure of lightweight concrete, determined by the presence of porous aggregate, governs the specific features of its behaviour under transverse forces.
A review of research on structural expanded-clay concrete is carried out, including the contribution of the national scientific school to the study of its physical and mechanical properties and to the development of methods for calculating reinforced concrete structures, in particular shear resistance. The design models of shear resistance embodied in domestic and foreign normative documents are systematized, and the ways of accounting for the features of lightweight concrete are noted. An extensive experimental database of test results for beam specimens made of lightweight concretes has been compiled, from which, according to a number of principal criteria, a target sample of beams with transverse reinforcement made of expanded clay or porous aggregates similar to it in properties has been selected. The selected specimens were calculated by various methods with subsequent statistical processing of the results. This calculation made it possible to assess the degree of agreement between the normative models and the experimental data and to identify the features of their application to lightweight concrete structures. Based on the analysis, the need for further study of the influence of the principal structural and physical-mechanical parameters on the shear resistance of expanded-clay concrete beams is substantiated. The need for applying numerical modelling, in particular the use of the SIMULIA Abaqus software package, and a full-scale experiment is justified.
References
Бетоны конструкционные. Технические условия = Бетоны канструкцыйныя. Тэхнiчныя ўмовы : СТБ 2674-2025. – Взамен СТБ 1544-2005, СТБ EN 206-2016 ; введ. 01.03.2026. – Минск : Госстандарт, 2025. – 48 с.
Бетоны легкие. Технические условия = Бетоны легкiя. Тэхнiчныя ўмовы : СТБ 1187–2020. – Взамен СТБ 1187-99 ; введ. 01.11.2020. – Минск : Госстандарт РБ, 2020. – 25 с.
Рекомендации по подбору составов, изготовлению и применению модифицированных химическими и минеральными добавками конструкционно-теплоизоляционного и конструкционного керамзитобетонов : Р 1.03.118-2013 : срок действия с 15.11.2013 / Институт БелНИИС. – Минск : Стройтехнорм, 2013. – 37 с.
Ицкович, С. М. Крупнопористый бетон (Технология и свойства) / С. М. Ицкович. – М. : Стройиздат, 1977. – 119 с.
Ицкович, С. М. Заполнители для бетона / С. М. Ицкович. – Минск : Вышэйшая школа, 1983. – 217 с.
Семенюк, С. Д. Прочностные и деформативные характеристики керамзитобетонов на основе сырья заводов Республики Беларусь / С. Д. Семенюк, Э. А. Кетнер // Инновационная подготовка инженерных кадров на основе европейских стандартов (Еврокодов) : материалы Международной научно-технической конференции, Минск, 30 мая 2017 г. / [редкол.: В. Ф. Зверев, С. М. Коледа]. – Минск : БНТУ, 2017. – С. 178–190.
Семенюк, С. Д. Влияние компонентов легкого бетона на прочностные и деформативные характеристики / С. Д. Семенюк, В. А. Ржевуцкая // Вестник Белорусско-Российского университета. – 2018. – № 4 (61). – С. 102–109.
Семенюк, С. Д. Особенности определения стесненной усадки керамзитожелезобетона / С. Д. Семенюк, Ю. Г. Москалькова, В. А. Ржевуцкая // Вестн. Полоц. гос. ун-та. Сер. F. Стр-во. Прикладные науки. – 2020. – № 8. – С. 58–65.
Ржевуцкая, В. А. Относительные деформации полной усадки керамзитобетона / В. А. Ржевуцкая, Ю. Г. Москалькова // Вестн. Полоц. гос. ун-та. Сер. F. Стр-во. Прикладные науки. – 2021. – № 16. – С. 99–105.
Бетонные и железобетонные конструкции : СНБ 5.03.01-02. – Взамен СНиП 2.03.01-84* ; введ. 20.06.2002. – Минск : Минстройархитектуры, 2003. – 174 с.
Железобетонные конструкции. Основы теории, расчета и конструирования : учебное пособие для студентов строительных специальностей // Н. П. Блещик, Д. Д. Жуков, Д. Н. Лазовский [и др.]. – Брест : БрГТУ, 2003. – 380 с.
Пецольд, Т. М. Опыт внедрения в Республике Беларусь европейских нормативных документов по проектированию железобетонных конструкций / Т. М. Пецольд, В. В. Тур, Н. А. Рак // Строительная наука и техника. – 2012. – № 2-С. – С. 94–96.
Васильев, П. И. Сопротивление железобетонных элементов поперечным силам / П. И. Васильев, О. А. Рочняк. – Минск : Наука и техника. – 1978. – 88 с.
Рочняк, О. А. Прочность балок с отогнутой стержневой арматурой при действии поперечных сил / О. А. Рочняк, В. Н. Малиновский // Бетон и железобетон. – 1985. – № 5. – С. 33–34.
Бондарь, В. В. Деформации элементов из легкого бетона в условиях концентричного местного сжатия / В. В. Бондарь, Н. А. Рак // Инновации в бетоноведении, строительном производстве и подготовке инженерных кадров: сборник статей по материалам Междунар. науч.-техн. конф., посвященной 100-летию со дня рождения И. Н. Ахвердова и С. С. Атаева, Минск, 9–10 июня 2016 г. : в 2 ч. / Белорусский национальный технический университет ; редкол.: Э. И. Батяновский, В. В. Бабицкий. – Минск, 2016. – Ч. 2. – С. 44–50.
Модели сопротивления срезу балочных элементов из легких бетонов с продольным и поперечным армированием / П. В. Кривицкий, А. А. Невдах, И. В. Ткачук [и др.] // Вестник Брестского государственного технического университета. – 2024. – № 1 (133). – С. 40–47. – DOI: 10.36773/1818-1112-2024-133-1-41-47.
Бетонные и железобетонные конструкции = Бетонныя i жалезабетонныя канструкцыi : СП 5.03.01-2020. – Взамен СНиП 2.03.01-84*, СНБ 5.03.01-02 ; введ. 20.05.2022. – Минск : Стройтехнорм, 2022. – 244 с.
Еврокод 2. Проектирование железобетонных конструкций. Общие правила и правила для зданий = Еўракод 2. Праектаванне жалезабетонных канструкцый. Агульныя правілы і правілы для будынкаў : ТКП EN 1992-1-1-2009. – Введ. 01.09.2019. – Минск : Стройтехнорм, 2021. – Ч. 1-1. – 310 с.
Бетонные и железобетонные конструкции : СНиП 2.03.01-84*. – Введ. 01.01.1986. – М. : НИИЖБ Госстроя СССР, 1986. – 82 с.
Бетонные и железобетонные конструкции : СП 63.13330.2018. – Введ. 20.06.2019. – М. : НИЦ Строительство, 2019. – 124 с.
Model Code 2010. First complete draft. Fib Bulletin. – Lausanne, 2010. – Vol. 2, No. 56. – 293 p.
Model Code 2010. First complete draft. Fib Bulletin. – Lausanne, 2010. – Vol. 1, No. 55. – 297 p.
Fib Model Code for Concrete Structures 2020. Final draft. – May 2023. – 1256 p.
Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-19) and commentary (ACI 318R-19). – Michigan, 2019. – 628 p.
Structural use of Concrete – Code of practice for design and construction. BS 8110-1:1997. – London, 1997. – Part 1. – 160 p.
Structural use of Concrete – Code of practice for special circumstances. BS 8110-2:1985. – London, 1985. – Part 2. – 68 p.
Design of concrete structures. CSA A23.3-04. – Canada, 2004. – 232 p.
Standard specifications for concrete structures – 2007. "Design". JSCE Guidelines for concrete No. 15. – Japan, 2007. – 502 p.
Concrete structures standard – The design of concrete structures. NZC 3101-1. – Wellington, 2006. – 309 p.
Specification for the manufacture and use of structural and insulating lightweight concrete – Metric Units. NZS 3152:1974. – Wellington, 1974. – 23 p.
Аль-Хужейри, Х. М. Прочность и трещиностойкость наклонных сечений керамзитофиброжелезобетонных балок и их прогибы с учетом сдвиговых деформаций : автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.23.01 / Халед Махмуд Аль-Хужейри ; Ростовский гос. строит. ун-т. – Воронеж, 1997. – 27 с.
Effect of Steel Fiber Content on Shear Behavior of Reinforced Expanded‐Shale Lightweight Concrete Beams with Stirrups / C. Li, M. Zhao, X. Zhang [et al.] // MDPI. – 2021. – Vol. 14. – Paper 1107. – DOI: 10.3390/ma14051107.
Mu'taz, K. Laboratory investigation of shear repair of reinforced lightweight aggregate concrete beams with stirrups / K. Mu'taz, M. Medhlom // Journal of Engineering and Sustainable Development. 2021. – Vol. 19 (4). – P. 20.
Ivey, Don L. Shear Capacity of Lightweight Concrete Beams / Don L. Ivey, Eugene Buth // ACI Journal. – 1967. – Vol. 64. – P. 634–643.
Hanson, J. A. Shear Strength of Lightweight Reinforced Concrete Beams / J. A. Hanson // Journal of the American Concrete Institute. – 1957. – Vol. 55. – P. 387–403.
Shear Testing of Steel Fiber-Reinforced Lightweight Concrete Beams without Web Reinforcement / T. H.-K. Kang, W. Kim, Y.-K. Kwak, S.-G. Hong // ACI Structural Journal. – 2011. – Vol. 108. – P. 553–561.
Effect of Aggregate Size on Shear Behavior of Lightweight Concrete Continuous Slender Beams / K.-H. Yang, J.-I. Sim, B.-J. Choi, E.-T. Lee // ACI Materials Journal. – 2011. – Vol. 108. – P. 501–509.
Testing and Prediction of Shear Performance for Steel Fiber Reinforced Expanded-Shale Lightweight Concrete Beams without Web Reinforcements / X. Li, C. Li, M. Zhao [et al.] // MDPI. – 2019. – Vol. 12 (10). – Paper 1594. – DOI: 10.3390/ma12101594.
Cho, S. Effect of Aggregate Type on the Shear Behavior of Reinforced Lightweight Concrete Beams / S. Cho, M. O. Kim // MDPI. – 2024. – Vol. 14 (14). – Paper 5992. – https://doi.org/10.3390/app14145992.
Основы проектирования строительных конструкций = Асновы праектавання будаўнiчых канструкцый : СН 2.01.01-2022. – Взамен СН 2.01.01-2019 ; введ. 09.06.2025. – Минск : Стройтехнорм, 2025. – 65 с.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
The work is provided under the terms of Creative Commons public license Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0). This license allows an unlimited number of persons to reproduce and share the Licensed Material in all media and formats. Any use of the Licensed Material shall contain an identification of its Creator(s) and must be for non-commercial purposes only. Users may not prevent other individuals from taking any actions allowed by the license.
