شبیه‌سازی معتبر چسبندگی- لغزش بین میلگرد و بتن

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 گروه سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

رفتار سازه­های بتن مسلح متأثر از مکانیزم چسبندگیـ لغزش بین بتن و میلگرد است. به همین منظور لازم است اثرات چسبندگی- لغزش در تحلیل سازه­های بتن مسلح لحاظ شود. در این تحقیق، رفتار تنش چسبندگی- لغزش بین میلگرد و بتن مورد بررسی قرار گرفت. برای این کار، از شبیه­سازی آزمایش‎های بیرون­کشیدن میلگرد از داخل بتن در نرم­افزار عناصر محدود آباکوس استفاده شد. دو نمونه آزمایشگاهی برای میلگرد ساده و سه نمونه آزمایشگاهی برای میلگرد آج­دار با دو حالت طول مهاری کوتاه و بلند به وسیله این نرم­افزار مدل­سازی شد. برای لحاظ اثرات چسبندگی- لغزش، از یک روش جدید که مبتنی بر فنر­های غیر­خطی است، استفاده شده است. در این شبیه­سازی گره­های فولاد به گره­های بتن مجاور به­وسیله فنرهای غیرخطی متصل شدند. رفتار این فنرها براساس مدل­های مختلف چسبندگی- لغزش برای میلگرد ساده و آج­دار در طول­های چسبندگی کم و زیاد تنظیم شد. در نمونه‎های با میلگرد ساده، از چهار مدل چسبندگی- لغزش معروف استفاده شد و نتایج به­دست آمده با منحنی آزمایشگاهی مقایسه شده که طی آن مدل توسعه یافته Melo و همکاران (2014) بهترین انطباق را با نتایج دقیق داشته است. در طرف دیگر از دو مدل چسبندگی- لغزش در نمونه‎های با میلگرد آج­دار استفاده شد. براساس نتایج به­دست آمده مشخص شد که استفاده از مدل­های چسبندگی- لغزش که اثرات تسلیم میلگرد را هم لحاظ می­کنند برای طول مهاری بلند ضروری است. درنهایت با مقایسه نتایج حاصل از این مدل­ها با نتایج آزمایشگاهی، از فرآیند شبیه­سازی معتبر رفتار کامپوزیت حاوی لغزش اطمینان حاصل شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Valid simulation of bond-slip behavior between concrete and reinforcement

نویسندگان [English]

  • Morteza Mohemmy 1
  • Vahid Broujerdian 2
1 School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Irna
2 School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Irna
چکیده [English]

The behavior of the reinforced concrete structures is influenced by the bond slip mechanism between concrete and rebar. The performance and strength of the structure are strongly affected by this mechanism. For this aim, it is indispensable to take bond slip effects into account when analyzing the reinforced concrete structures. In the current study bond slip models for plain as well as deformed bar have been investigated. To do this, the simulation of pull out test in finite element software, ABAQUS, is utilized. In this simulation in order to take bond slip effects into consideration, steel nodes are connected to that of adjacent concrete through non-linear springs. The behavior of these springs is defined based on a variety of bond slip models for plain and deformed bar with respect to short and long bonded length. Furthermore, a new bond slip model for deformed bar is proposed and the results of this model are compared with experimental results. Eventually, merits and demerits of the models have been explained.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reinforced concrete
  • Bond-slip
  • Embedment length
  • Bond-link element
  • ABAQUS
شجاعی­فر ح، فرزام م، "بررسی تأثیر چسبندگی لغزش بر ترک­خوردگی تیرهای بتن آرمـه با استفاده از مدل­های شبکه­ای"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، 1393، 44 (3)، 76، 27-37.
میری م، نظام­دوست م، بهشتی­نژاد ح، "تأثیر میزان خوردگی خاموت و میلگردهای کششی بر رفتار تیرهای بتن مسلح"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، 1399، 50 (2)، 99، 61-70.
ABAQUS v.6.10., “Standard User’s Manual”, Hibbitt, Karlsson & Sorensen Incorporation, 2010.
Alsheghri AA, Al-Rub RK, “Finite element implementation and application of a cohesive zone damage-healing model for self-healing materials”, Engineering Fracture Mechanics, 2016, 163 (9), 1-22.
Bigaj AJ, “Structural dependence of rotation capacity of plastic hinges in RC beams and slabs”, PhD thesis. Poland, Warsaw University of Technology, 1999.
CEB-FIP, “CEB-FIP Model Code 1990: Design Code”, London: T Telford, 1990.
CEB-FIP, “Bulletin 10: bond of reinforcement in concrete-state-of-art”, International Federation for Structural Concrete, Lausanne, 2000.
Ciampi V, Eligehausen R, Bertero V, Popov EP, “Analytical model for deformed-bar bond under generalized excitations”, Transactions of IABSE Colloquium on Advanced Mechanics of Reinforced Concrete, Delft, Netherlands, 1981.
DeGroot AK, Kusters GMA, Monnier T, “Numerical Modelling of Bond-slip Behavior”, Concrete Mechanics, 1981, 26 (1B), 6-38.
Dehestani M, Asadi A, Mousavi SS, “On discrete element method for rebar-concrete interaction”, Construction and Building Materials, 2017, 151 (10), 220-227.
FIB-Bulletin 55-Model Code 2010-First Complete Draft, Volume 1. International federation for structural concrete (fib), Lausanne, Switzerland, 2010.
Haskett M, Oehlers DJ, Mohammed Ali MS, “Local and global bond characteristics of steel reinforcing bars”, Engineering Structures, 2008, 30 (2), 376-383.
Haukaas T, “Finite element reliability and sensitivity methods for performance-based engineering”, PhD Thesis, University of California, Berkeley, US, 2003.
Lettow S, Eligehausen R, “The simulation of bond between concrete and reinforcement in nonlinear three-dimensional finite element analysis”, in 5th International PhD Symposium in Civil Engineering, Delft, The Netherlands, 2004, 16-19.
Lowes LN, Moehle JP, Govindjee S, “Concrete-steel bond model for use in finite element modeling of reinforced concrete structures”, ACI Struct Journal, 2004, 101 (4), 501-11.
Hsu LS, Hsu CTT, “Complete stress-strain behavior of high-strength concrete under compression”, Magazine of Concrete Research, 1994, 46 (169), 301-312.
Lubliner J, Oliver S, Oñate E, “A plastic-damage model for concrete”, International Journal of Solids and Structures, 1989, 25 (2), 299-326.
Marti P, Alvarez M, Kaufmann W, Sigrist V, “Tension chord model for structural concrete”, Struct. Engineering International, 1998, 8 (4), 287-298.
Melo J, Rossetto T, Varum H, “Experimental study of bond-slip in RC structural elements with plain bars”, Materials and Structures, 2015, 48 (8), 2367-2381.
Mirza SM, Houde J, “Study of Bond-Slip Relationships in Reinforced Concrete”, AC1 Journal, 1979, 76 (1), 19-46.
Nayal R, Rasheed HA, “Tension stiffening model for concrete beams reinforced with steel and FRP bars”, Journal of Materials in Civil Engineering, 2006, 18 (6), 831-841.
Ngo D, Scordelis AC, “Finite element analysis of reinforced concrete beams”, Journal of ACI, 1967, 64 (3), 152-163.
Ožbolt J, Lettow S, Kožar I, “Discrete bond element for 3D finite element analysis of reinforced concrete structures”, in Proceedings of the 3rd International Symposium: Bond in Concrete-from research to standards. Budapest: University of Technology and Economics, 2002.
Panteki E, Máca P, Häussler-Combe U, “Finite element analysis of dynamic concrete-to-rebar bond experiments in the push-in configuration”, International Journal of Impact Engineering, 2017, 106 (8), 155-170.
Ruiz MF, Muttoni A, Gambarova PG, “Analytical modeling of the pre-and postyield behavior of bond reinforced concrete”, Journal of Structural Engineering-ASCE, 2007, 133 (10), 1364-72.
Santos J, Henriques AA, “New finite element to model bond-slip with steel strain effect for the analysis of reinforced concrete structures”, Engineering Structures, 2015, 86, 72-83.
Shima H, Chou LL, Okamura H, “Micro and macro models for bond in reinforced concrete”, Journal of Faculty of Engineering, University of Tokyo, Ser B, 1987, 39 (2), 94-133.
Sulaiman MF, Ma CK, Apandi NM, Chin S, Awang AZ, Mansur SA, Omar W, “A review on bond and anchorage of confined high-strength concrete”, Structures, 2017, 97 (8), 97-109.
Verderame GM, Ricci P, Carlo GD, Manfredi G, “Cyclic bond behavior of plain bars. Part I: experimental investigation”, Constr Build Mater, 2009a, 23 (12), 3499-3511.
Verderame GM, Ricci P, Carlo GD, Manfredi G, “Cyclic bond behavior of plain bars. Part II: analytical investigation”, Constr Build Mater, 2009b, 23 (12), 3512-3522.
Wu HQ, Gilbert RI, “Modeling short-term tension stiffening in reinforced concrete prisms using a continuum-based finite element model”, Engineering Structures, 2009, 31 (10), 2380-2391.
Zhou B, Wu R, Feng J, “Two models for evaluating the bond behavior in pre-and post-yield phases of reinforced concrete”, Construction and Building Materials, 2017, 147 (8), 847-857.