Modelling of tensile zone behaviour of reinforced concrete members
Gribniak, Viktor | Konsultantas / Consultant |
Atkočiūnas, Juozas | Disertacijos gynimo komisijos pirmininkas / Dissertation Defence Board Chairman |
Dzemyda, Gintautas | Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member |
Stankevičius, Vytautas | Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member |
Vainiūnas, Povilas | Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member |
Valivonis, Juozas | Disertacijos gynimo komisijos narys / Dissertation Defense Board Member |
Supleišėjusio gelžbetonio elgsena tarp plyšių (tempiamojo betono sustandėjimas) tiriama jau daugiau nei septynis dešimtmečius, tačiau pasaulyje nėra vieningų ir tarpusavyje suderintų deformacijų ir plyšio pločio skaičiavimo teorijų ir medžiagų modelių. Tai, kad skirtingose šalyse (JAV, Rusijoje, Australijoje, Japonijoje, Europos šalyse) taikomi skirtingi projektavimo normų metodai, rodo nagrinėjamos mokslinės problemos sudėtingumą. Projektavimas gali būti atliekamas ne tik normų, bet ir skaitiniais (dažniausiai baigtinių elementų) metodais. Šie metodai, remiantys sudėtingu matematiniu aparatu, puikiai aprašo statybinių konstrukcijų, pagamintų iš ortotropinių medžiagų (pvz. plienas, aliuminis). Deja, pasitelkiant žinomus armatūros ir betono sąveikos modelius, skaitiniais metodais gaunamos deformacijų ir plyšių pločio skaičiavimo tikslumas dažnai neatitinka projektavimo normų reikalavimams. Šiame darbe nagrinėjama gelžbetoninių elementų, paveiktų trumpalaike apkrova, supleišėjusio tempiamojo betono elgsena. Gauti nauji silpnai ir vidutiniškai armuotų gelžbetoninių sijų deformacijų eksperimentiniai rezultatai. Iki apkrovimo išmatavus betono traukimosi deformacijas, buvo įvertintas traukimosi sukeltas įtempių ir deformacijų būvis gelžbetoniniame skerspjūvyje. Disertaciniame darbe pasiūlyta metodika, leidžianti pagal gelžbetoninių elementų eksperimentinius duomenis (sprendžiant atvirkštinį deformavimo uždavinį) parinkti tempiamosios zonos skaitinių modelių parametrus. Parinkti parametrai užtikrins modeliuotų deformacijų atitikimą eksperimentui su iš ankstu nustatytu tikslumu. Skaičiavimo modelyje laikoma, kad betono tempiamojo su-standėjimo įtempiai priskiriami tempiamajai armatūrai, t. y. modeliuojami armatūros įtempių ir deformacijų diagrama. Tokiu būdu suminius armatūros įtempius sudaro tikrieji įtempiai armatūroje ir tempiamojo sustandėjimo įtempiai, sukelti armatūros ir betono sąveikos. Toks modeliavimo būdas yra labai efektyvus algoritminės realizacijos prasme, nes atvirkštinis uždavinys sudaromas sprendžiant vienintelę netiesinę transendencinę lygtį. Ši lygtis sprendžiama vienu nežinomu (tempiamosios armatūros deformacijos moduliu) atžvilgiu. Be to pasiūlytasis metodas leidžia nustatyti efektyviosios betono tempiamosios zonos plotą. Darbe pasiūlytas lenkiamųjų gelžbetoninių elementų deformacijų skaičiavimo algoritmas, pagrįstas diskretaus pleišėjimo koncepcija. Šio algoritmo adekvatumas buvo tikrintas sukurtosios atvirkštinį deformavimo uždavinio sprendimo metodikos pagalba. Parodyta, kad literatūroje rekomenduojamos šly-ties įtempių kontakto zonoje ir armatūros slinkties idealizacijos yra netikslios ir reikalauja patikslinto armatūros ir betono sukibimo modelio.
In spite of tension-stiffening has been investigated more than seven decades, there are no uniform and approved deformations and crack widths calculation techniques and material models in the world. Analysis can be performed using not only design codes, but and numerical methods. Numerical methods, with complicated mathematical tool, perfectly define building structures, having ideal behaviour models (e. g. steel). Unfortunately, using well-known reinforcement and concrete interaction models, the obtained errors not much vary from design code methods. An experimental investigation of tension-stiffening and short-term deformations of three reinforced concrete beams tested by the author. These beams had the same nominal cross-section parameters and similar material characteristics, but different reinforcement ratio. An innovative numerical procedure has been proposed for deriving free-of-shrinkage tension-stiffening relationships using moment-curvature relationships of reinforced concrete flexural members. Modelling of tension-stiffening attributed to tensile reinforcement. The inverse analysis is based on use of a moment-curvature relationship. Based on the geometrical parameters of the cross-section, the layer section model has to be composed. Total stresses in tensile reinforcement consist of actual stresses corresponding to the average strain of the steel and additional stresses due to tension-stiffening. However, it should be noted that the tension-stiffening after reaching the maximum was reducing at different rate depending on the reinforcement ratio. Thus, the tension-stiffening stresses were decreasing more rapidly in the members having higher reinforcing ratio. Such a modelling approach is very efficient algorithmic realization of the purposes for solving the inverse problem up a single nonlinear equation. This equa-tion is dealt with the subject of one unknown (tension reinforcement strain modulus). In addition, the proposed method enables the high-performance concrete tension zone area. Based on bond-slip relationship, which models the bond-action between concrete and reinforcement. Realistically modelling cracking and determining crack widths and deformations performed intending that discrete cracking modelling technique becomes a powerful tool for analysis of reinforced concrete members. The first part of the chapter was dedicated to the analysis of tensile members, whereas the second part was dealing with bending members.