Elastic‐plastic fracture analysis of structural columns

Abstract

This research is achieved in the general frame‐work of the study of the concrete behaviour. It has for objective the development of a numerical tool able to predict the behaviour of reinforced concrete columns with circular and square cross‐sections under an increasing compressive axial load. The concrete behaviour is assumed as elastic‐plastic model with an associated flow rule in compression region and as elastic with tension stiffening behaviour in the tension region. Two yield surfaces have been taken into account according to the Drucker‐Prager and Rankine failure criterions. However, the reinforcing steel is assumed as an elastic strain hardening model. A finite element method using solid cube elements for concrete, and bar elements for the reinforcement have been used. Correlation study between numerical and experimental results is conducted with the objective to establish the validity of the proposed model and identify the significance of the transverse reinforcement volumetric ratio effect on the response of reinforced concrete members. Good agreement has been observed in comparing these results.

Tampriai plastinių kolonų analizė, taikant pažaidų mechanikos principus

Santrauka. Tyrimuose nagrinėta betono elgsena. Pagrindinis darbo tikslas – sukurti skaitinį algoritmą augančia ašine gniuždymo jėga veikiamų apskrito bei kvadratinio skerspjūvio gelžbetoninių kolonų elgsenai analizuoti. Betono elgsenai modeliuoti taikytas tampriai plastinės medžiagos modelis. Gniuždomojo betono modelyje įvertintos plastinės deformacijos. Tempiamosios zonos betono modelyje įvertinta armatūros ir betono sąveika ruožuose tarp plyšių. Betonui modeliuoti taikytas Drucker-Prager plastiškumo modelis ir Rankine irimo kriterijus. Armatūrai imtas stiprėjančios medžiagos idealizuotasis modelis. Skaičiavimai atlikti taikant baigtinių elementų metodą. Diskretizuojant betoną, taikyti kubiniai erdviniai baigtiniai elementai, o modeliuojant armatūrą, – strypiniai baigtiniai elementai. Pasiūlytojo modelio tikslumui bei skersinės armatūros kiekio įtakos kolonų laikomajai galiai įvertinti atlikta skaitinių skaičiavimų ir eksperimentinių tyrimų rezultatų koreliacinė analizė. Gautas geras teorinių ir eksperimentinių rezultatų sutapimas.

Raktiniai žodžiai: gelžbetoninė kolona, tampriai plastinis modeliavimas, skaitinis modeliavimas, baigtiniai elementai, skersinė armatūra.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : reinforced concrete column, elastic-plastic modelling, numerical simulation, finite elements, transverse reinforcement