443304310431 Reinforced Concrete DesignReinforced Concrete Design

Welcome to

Instructor: Mongkol JIRAVACHARADETInstructor: Mongkol JIRAVACHARADET

School of Civil EngineeringSchool of Civil Engineering

Suranaree University of TechnologySuranaree University of Technology

Lecture 1 - Introduction

��ก�����������ก���������

ก����ก������ก���� �����ก, � ���������� 4 (2550)

���� � ��������, ���� ��������������� ����

���!���"�������������ก���� �����ก ���� #ก"����,� ���������� 2 (2540), � $�ก����%����&�'�(��$)��

���!���"�������������ก���� �����ก ���� #��&�����*�+���,� ���������� 5 (2539), � $�ก����%����&�'�(��$)��

TEXTBOOKSTEXTBOOKS

Reinforced Concrete: Mechanics and Design, 5th EditionJames G. MacGregor, James K. Wight, Prentice Hall, 2009.

Design of Concrete Structures, 13th EditionArthur H. Nilson, David Darwin, Charles W. Dolan, McGraw-Hill, 2003.

Reinforced Concrete: A Fundamental Approach, 6th EditionEdward G. Nawy, Prentice Hall, 2009.

Building Code Requirements for Structural Concrete,ACI318-08,American Concrete Institute, 2005.

TA683.2 W53 2009TA444 N38 2009

TA683.2 N55 2004 TA683.2 H365 2005

TA683.2 M39 2009 TA683.2 R48 2008

Course ObjectivesCourse Objectives

More than just trial and error, design is based on built up experience

as well as a solid background in analysis and an understanding of the

parameters affecting a good design solution.

��������ก �ก� ���������ก���ก� ���������� �� ������ก �

�� ������ก

�� !�������������� "��ก� �����#���� ���$�����ก����� �� ���

���ก ��� ������ก

�� !���%�������&�!'�&�(��ก� ��ก�����ก�� ������ก�������

���ก ��� ������ก

Conduct of Course

Design Projects 20 %

Midterm Exam 40 %

Final Exam 40 %

Grading Policy

Final Score Grade

100 - 90 A89 - 85 B+84 - 80 B79 - 75 C+74 - 70 C69 - 65 D+64 - 60 D59 - 0 F

*�',��ก-.�������&��(�"� /0������'�����'��)�+����������(��

WARNINGS !!!

1)1) Participation expectedParticipation expected,, check check 80%80%

2)2) Study in groups but submit work on your ownStudy in groups but submit work on your own

3)3) No Copying of ProjectNo Copying of Project

4)4) Submit Project at the right place and timeSubmit Project at the right place and time

5)5) Late Project with penalty Late Project with penalty 30%30%

6)6) No make up quizzes or examsNo make up quizzes or exams

Reinforced Concrete Design (RC Design)Reinforced Concrete Design (RC Design)

• Specifications, Loads, and Design Methods

• Strength of Rectangular Section in Bending

• Shear and Diagonal Tension

• Design of Stairs, Double RC Beam, and T-Beam

• Analysis and Design for Torsion

• Design of Slabs: One-way, and Two-way

• Bond and Achorage

• Design of Column, and Footing

• Serviceability

Content:Content:

� Structural Design Concept

� Mechanical Properties of Concrete

� Steel Reinforcement

� Reinforced Concrete Structures

Reinforced Concrete Design

Lecture 1 : IntroductionLecture 1 : Introduction

Topics Covered

Structural Design ConceptStructural Design Concept

Structural Engineering

�1�$������($ �'(*�ก��

�"����� ��������)�&�2+�*���&�����3�-���*�+�',��3'�����)�&�����%� ����(��)�+��&����&��"�

��1��+�������������)�&�����%����(��)�+��&��%3ก+��

*�� ก� %�����1��*�+��*����������)')�&�����*�2�����ก���"����2�����

���4 ����4����)'����� (2�������1�������+��)

Structural Design Concept

�������� Stability

�������� Safety

�������� Serviceability

��������Economy

��������Environment

LIFE-CYCLE OF STRUCTURE

Lesscompetitors

Traditionalactivities

New Design

Construction

Maintenance / Repairs /Renovation

Removal / Failure

��������������/&� ���������

�+������� ��+��/�������� ���20 �.�. 2553

Concrete & Steel PropertiesConcrete & Steel Properties

What is Concrete?

Concrete is a mix of :

Water Cement Ratio (W/C) :

Low W/C

High StrengthLow Workability

High W/C

Low StrengthHigh Workability

0.3 0.7

Optimal ratios obtainedby trial and experience

30cm

∅ 15 cm

ASTM BS15 cm

15 cm

15 cm

( ) ( )0.85c cASTM BSf f′ ′≅

Compressive Strength of Concrete

cf ′ compression test of standard cylinder at 28 days

Normal used: 210, 240, 280, 320 kg/cm2

High strength: 350 - 700 kg/cm2

�.�.�. ��������� �.�. 2522 : < 150 kg/cm2

200

250

300

350

400

450

500

Com

pres

sive

str

engt

h,kg

f/cm

2

0.4 0.5 0.6 0.7

Water-cement ratio, by weight

Air-entrained concrete

Non-air-entrained concrete

For type Iportland cement

Effect of water-cement ratio on 28 days compressive strength

Tensile Strength of Concrete

- Greatly affects cracking in structures.

- Tensile strength is about 10-15% of compressive strength.

Splitting Tensile Test (ASTM C496):

L

P

P

D2

ct

Pf

LDπ=

2

2

1.59 1.86 kgf/cm for normal-weight concrete

1.33 1.59 kgf/cm for light-weight concrete

ct c

ct c

f f

f f

′≈ −

′≈ −

แรงกด

���ก����������)�+�3�

แรงดึง

���ก��������0�)�+�+��

Standard Beam Test (ASTM C78):

r

Mcf

I= = Modulus of rupture

7.5 psi 2.0 kscr c cf f f′ ′= =

Practical choice for design purposes

Tensile Strength in Flexure

P

Stress-Strain Relationship of Concrete

0.003≈

Ultimate strainASTM

ε

σ

εεεεcu

Initial modulus

0.5 cf ′

Secant modulusat = Ec0.5 cf ′

cf ′

Concrete & Steel Strength-Deformations

REINF.ROD

CONCRETE

L

∆L

εc = ∆L/L = εs

Strain

σCompression Steel

Tension

Concrete

ε1

fs

fc1

ε2

fy

εy

fc2

ε3

fy

εcm

f’c

εcu

FailureStrain

fy

0.85f’c

Concrete: 1.533 psic c cE w f ′=

lb/ft3 psi

1.54, 270 kscc c cE w f ′=

t/m3 ksc

315,100 ksc for 2.32 t/mc c cE f w′= =

62.04 10 kscsE = ×Steel:

Modulus of elasticity

Concrete Weight

Plain concrete = 2.323 t/m3

Steel = 7.850 t/m3

Reinforced concrete = 2.400 t/m3

Lightweight concrete = 1.6 - 2.0 t/m3

Steel Reinforcment

Round Bar (����กก����������)

SR24: Fy = 2,400 ksc, Fu = 3,900 ksc

Deformed Bar (����ก$%&&%&�)

SD30: Fy = 3,000 ksc, Fu = 4,900 ksc

SD40: Fy = 4,000 ksc, Fu = 5,700 ksc

SD50: Fy = 5,000 ksc, Fu = 6,300 ksc

Stardard Reinforcing Bar Dimension and Weight

RB6

RB9

DB12

DB16

DB20

DB25

DB28

DB32

0.28

0.64

1.13

2.01

2.84

4.91

6.16

8.04

0.222

0.499

0.888

1.58

2.23

3.85

4.83

6.31

1.89

2.83

3.77

5.03

5.97

7.86

8.80

10.06

BAR SIZE(mm)

AREA(cm2)

WEIGHT(kg/m)

PERIMETER(cm)

Reinforced ConcreteReinforced Concrete

Reinforced Concrete (RC) Structures

Steel bars

Concrete

Section A-A

PA

A Steel bars

compression zonetension zone

Neutral axis

Concrete: high compressive strength but low tensile strength

Steel bars: embedded in concrete (reinforcing)provide tensile strength

Steel and Concrete in Combination

(1) Bond between steel and concrete prevents slip of the steel bars.

(2) Concrete covering prevent water intrusion and bar corrosion.

(3) Similar rate of thermal expansion,

Concrete: 0.000010 - 0.000013

Steel: 0.000012

WHY Reinforced Concrete?

� Concrete is cheaper than steel

� Good combination of Concrete & Steel

� Durability from concrete covering

� Continuity from monolithic joint

Disadvantages of RC

� Construction time

� Concrete Quality Control

� Cracking of Concrete

Column

Typical Structure

1st Floor

2nd Floor

Beam Joist

Spandrelbeam

Wall footingSpread footing

Typical Structure

Foundation(Footing)

Spandrelbeam

Pier

Column

Floor slab

Main beam(Girder)

รอยแตกราวเนื่องจากการดัด

รอยแตกราวเนือ่งจากการเฉือน

คาน

แรงดึง

แรงอัด

รอยแตกราว

บริเวณเกิดแรงดึงสูงสุด

บริเวณเกิดแรงอัดสูงสุด

1/6 W

2/6 W

3/6 W

4/6 W

5/6 W

W

ขนาดแรงดึง kPa

การขยายตัวของแรงดึง ตามการแอนตัวของคานจากน้ําหนักที่เพิ่มขึ้น

แรงดึงสูงสุด

แรงดึงต่ําแรงอัด

ลูกศรแสดงทิศทางของแรงดึง ณ จุดตางๆ

ระนาบของรอยราวที่เปนไปได ซึ่งตองตั้งฉากกบัทิศทางของแรงดึง

ลูกศรแสดงทิศทางของแรงดึงในเนื้อคอนกรีต

รอยแตกราวเนื่องจากการดัดตัวของคาน

เหลก็เสนรับแรงดึง

รอยแตกราวเนือ่งจากการเฉือน

เหล็กปลอกท่ีใชรับแรงเฉือน

รอยแตกหลังคาน

รอยแตกใตทองคาน

ฐานรากทรุดรอยแตกใตทองคาน

รอยแตกหลังคาน

การแตกราวที่ผนัง เปนอาการของการทรุดตัวโครงสราง