ارائه یک راهکار جدید جهت مدل سازی ترک در تیرهای بتن‌آرمه با استفاده از روش اجزای محدود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه گیلان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه/دانشگاه گیلان

3 عضو هیدت علمی/دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

در این مقاله، ترک در مود اول (بازشدگی) برای تیرهای اویلر-برنولی بتن آرمه، با یک توسعه در روش اجزای محدود یک‌بعدی مدل سازی می شود. در این مدل، مشخصات ترک با استفاده از یک فنر پیچشی شبیه‌سازی می‌گردد. در روش پیشنهاد شده، اجزای تیر به دو دسته، شامل اجزای بدون ترک و دارای ترک تقسیم می‌شوند. در اجزای بدون ترک، از روابط، معادلات و ماتریس سختی متعارف حاکم بر تیر با در نظر گرفتن تغییرات ممان اینرسی ناشی از آرماتورها استفاده می‌گردد. در جزءمحدود دارای ترک، یک تغییر در سطح مقطع بتن مسلح ناشی از وجود ترک و یک ناپیوستگی در نقطه ی ترک منجر به تغییر روابط حاکم استاندارد می شود. در این جزء، شبیه‌سازی ترک با استفاده از تقسیم جزءمحدود دارای ترک به دو "ریز بخش" در دو طرف یک فنر پیچشی انجام می‌گردد. با استفاده از اعمال معادلات پیوستگی در نقطه ی ترک، ماتریس‌های سختی دو ریز بخش و سپس ماتریس سختی اصلاح‌شده‌ی جزءمحدود دارای ترک استخراج می‌گردد. اثرات عمق و مکان ترک، محل قرارگیری و مساحت سطح مقطع آرماتورها بر روی رفتار استاتیکی تیر بتن‌آرمه بررسی می‌شود. مقایسه‌ی نتایج مدل پیشنهادشده با نتایج حاصل از یک مدل‌سازی کامل در نرم‌افزار آباکوس، دقت بسیار خوب روش پیشنهادی را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A new approach to finite element modeling of crack in RC beams

نویسندگان [English]

  • Morteza Khomami Abadi 2
  • Ali Alijani 3
چکیده [English]

In this paper a new approach was proposed for modeling of the crack in opening mode I of reinforced concrete Euler-Bernoulli beams. The characteristics properties of the crack are simulated by making use of a rotational spring. Beam elements are divided into two categories which include elements with and without crack. In the elements without the crack, the standard governing relationships of the beam are established with considering the moment of inertia of the reinforced cross section. In the elements with the crack, a change in the cross-section of the reinforced concrete due to the crack and a discontinuity in the crack point resembled by modification of the standard governing relationships.In this case, the simulation of the crack is done by dividing the element to two sub-elements in each side of the rotational spring. The stiffness matrices of the two sub-elements and the improved stiffness matrix of the whole element are derived by satisfying the continuity equation at the crack point. The effects of the depth and position of the crack and the location and the cross-section area of reinforcing bars on the static behavior of the reinforced concrete beam were investigated. The results were compared with those obtained from analyses performed by commercial software (Abaqus) which proved the excellent accuracy of the proposed model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • crack
  • opening mode
  • reinforced concrete
  • Finite element
  • rotational spring