Monolithic equivalent stiffness of precast columns with grouted splice sleeve connections

Ferreira, Marcelo de Araujo; Bachega, Luís Augusto; Catoia, Bruna

doi:10.1590/S1983-41952021000100015

Marcelo de Araujo Ferreira

Universidade Federal de São Carlos – UFSCar, Departamento de Engenharia Civil, São Paulo, Brasil

https://orcid.org/0000-0001-5175-2171

Luís Augusto Bachega

Universidade Federal de São Carlos – UFSCar, Departamento de Engenharia Civil, São Paulo, Brasil

https://orcid.org/0000-0002-2180-3924

Bruna Catoia

Universidade Federal de São Carlos – UFSCar, Departamento de Engenharia Civil, São Paulo, Brasil

https://orcid.org/0000-0003-3847-4263

Corresponding author: Bruna Catoia. E-mail: bcatoia@yahoo.com.br

Conflict of interest: Nothing to declare.

Author contributions: MAF: supervision, writing conceptualization, funding acquisition, supervision, writing and formal analysis; LAB: conceptualization, experimental analysis, methodology and experimental tests; BC: data curation, experimental tests, methodology, conceptualization, writing and text formatting.

Editors: José Marcio Calixto, José Luiz Antunes de Oliveira e Sousa, Guilherme Aris Parsekian.

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Figure 1
Typical column-to-column connections according to ABNT NBR 9062:2017 [¹1 Associação Brasileira de Normas Técnicas, Projeto e Execução de Estruturas de Concreto Pré-moldado, ABNT NBR 9062:2017, 2017.].

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Figure 2
Relative bending stiffness of subzones (Kinnunen [⁷7 J. Kinnunen, "ETA tests and design of HPKM Column Shoe Connections," Proc. Eng., vol. 172, pp. 521–528, Feb 2017.]).

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Figure 3
Grouted splice sleeve according to Splice Sleeve Japan [¹¹11 Splice Sleeve Japan, Engineering Datasheet, Tokyo, Japan: Splice Sleeve Japan, 1990.].

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Figure 4
The proposed trilinear diagram in [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.] for the characterization of the Monolithic equivalent behavior of precast jointed elements

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Figure 5
The structural layout of the four points bending test with bending moment (M) and shear force (V) diagrams.

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Figure 6
Design of the monolithic models (M) [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 7
Design of the models with connections (L) [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 8
Detailing of the precast elements with connections (model L) [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 9
Change of the concrete cover and the effective height in the cross-section, indicating spaces between stirrups and the longitudinal reinforcements [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 10
Fabrication of the models [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 11
Assembly of the models with connections (L) [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 12
Bending tests carried out in [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 13
Layout for the test instrumentation in [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 14
Models instrumentation [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 6
Design of the monolithic models (M) [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 7
Design of the models with connections (L) [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 8
Detailing of the precast elements with connections (model L) [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 9
Change of the concrete cover and the effective height in the cross-section, indicating spaces between stirrups and the longitudinal reinforcements [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 9
Change of the concrete cover and the effective height in the cross-section, indicating spaces between stirrups and the longitudinal reinforcements [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 10
Fabrication of the models [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 11
Assembly of the models with connections (L) [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 12
Bending tests carried out in [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 13
Layout for the test instrumentation in [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 14
Models instrumentation [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 15
Cracking pattern for the models obtained in [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 16
Actuator force vs deflection curves obtained in [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 17
a) Curves force x rotation at support measured by clinometers; b) Curves moment x rotation at the center [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Figure 18
Trilinear diagram for the connection characterization [¹⁰10 L. A. Bachega, "Equivalência monolítica em pilares com ligações por meio de luvas metálicas grauteadas", PhD dissertation, Univ. Fed. de São Carlos, 2016.].

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Table 1
Compressive strength of concrete and grout [⁹9 N. Tullini and F. Minghini, "Grouted sleeve connections used in precast reinforced concrete construction – Experimental investigation of a column-to-column joint," Eng. Struct., vol. 127, pp. 784–803, 2016.].

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Table 2
Tensile strength of concrete f_ct from the diametral compression test (f_{ct, sp}) according to ABNT NBR 7215:1996 [¹⁶16 Associação Brasileira de Normas Técnicas, Cimento Portland: Determinação da Resistência à Compressão, ABNT NBR 7215:1996, 1996.].

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Table 3
Summary of the concrete characteristics used in the tested models.

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Table 4
Coefficient of effective stiffness (EI)_ef for the tested models.

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Table 5
Value of secant stiffness

R_{s e c}

for the central region.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

Concrete	f_c (N/mm²)	f_c,med (N/mm²)	Grout		f_c (N/mm²)	f_c,med (N/mm²)
CP1	51.48	51.80	cylindrical	CP1	104.44	92.79
CP2	51.34			CP2	89.20
CP3	53.91			CP3	84.72
CP4	52.76		cubic	CP4	116.43	95.39
CP5	49.16			CP5	75.58
CP6	38.41^* * value disregarded in the calculation of average value			CP6	94.15
CP7	52.12

Specimen	d (mm)	I (mm)	F (N)	f_ct,sp (N/mm²)	f_ct (N/mm²)	f_ct,med (N/mm²)
CP1	100	200	106,300	3.384	3.045	3.724
CP2	100	200	141,800	4.514	4.062
CP3	100	200	141,900	4.517	4.065

Compression f_c,med (N/mm²)	Initial Elasticity Modulus E_ci,med (N/mm²)	Secant Modulus E_cs,med. (N/mm²)	Tension (NBR 7222:2010) [¹⁷17 Associação Brasileira de Normas Técnicas, Concreto e Argamassa: Determinação da Resistência à Tração por Compressão Diametral de Corpos de Prova Cilíndricos, ABNT NBR 7222:2010, 2010.] f_ct,med (N/mm²)	Cracking Bending Moment M_r (kN∙m)	Moment of Inertia (Stage II) I_II (mm⁴)
51.80	44,959	41,853	3.724	53.0	67,781.77∙10^-4

Model	P (kN)	L (mm)	a (mm)	(EI)_ef Deflection (kN∙m²)	(EI)_ef Rotation (kN∙m²)	(EI)_ef Average (kN∙m²)	E_cs,med•I₂ (kN∙m²)
M1	180.8	3783	1283	28,916	28,073	28,471	28,400
M2	179.0	3797	1298	28,808	28,088	28,471	28,400
L1	178.0	3827	1304	32,554	30,613	30,904	28,400
L2	177.1	3820	1310	30,903	29,546	30,904	28,400

Model	$θ_{y, l i m}$ ^* * rotation obtained as defined in Figure 13 (rad)	$θ_{y, m e d}$ (rad)	$R_{s e c}$ (kN∙m/rad)	Dif. (%)
M1	1.245E-03	1.244E-03	186,497	---
M2	1.242E-03	1.244E-03	186,497	---
L1	3.480E-03	2.982E-03	77,785	-58.3
L2	2.484E-03	2.982E-03	77,785	-58.3

[1] Corresponding author: Bruna Catoia. E-mail: bcatoia@yahoo.com.br

Brasil

Brasil

Monolithic equivalent stiffness of precast columns with grouted splice sleeve connections

Equivalência monolítica de rigidez em pilares pré-moldados com emendas com luvas grauteadas

abstract