Finite-Element Analysis of HSC. Moderately Deep Beams Using Plastic-Damage Model under Cyclic Loading

A. S. Al-Shaarbaf, I.; Kh. K. Al-Hadithy, L.; M. A. Al-Bahadly, H.

doi:10.33899/rengj.2014.87327

	Finite-Element Analysis of HSC. Moderately Deep Beams Using Plastic-Damage Model under Cyclic Loading
Al-Rafidain Engineering Journal (AREJ)
Article 12, Volume 22, Issue 2, 2014, Pages 83-97 PDF (0 K)
DOI: 10.33899/rengj.2014.87327
Authors
I. A. S. al-Shaarbaf; L. Kh. K. Al-Hadithy; H. M. A. Al-Bahadly
Abstract
Finite-Element Analysis of HSC. Moderately Deep Beams Using Plastic-Damage Model under Cyclic Loading I. A. S. al-Shaarbaf L. Kh. K. Al-Hadithy H. M. A. Al-Bahadly Assistant Professor Assistant Professor PhD. Student Department of Civil Engineering, AL-Nahrain University, Baghdad, Iraq, Abstract This paper presents a numerical investigation of high-strength concrete beams moderately deep subjected to imposed inelastic cyclic deflection .Three cantilever beams having cross section of 200 x 400 mm were selected from the experimental work carried out by I-Kuang Fang , et. al. Test variables included were shear span to depth ratio, ratio of longitudinal reinforcement at top and bottom faces of the beams and loading histories. The cyclic simulation performance of the selected beams were found using the plastic- damage model for concrete developed by Lubliner and Lee & Fenves . The model adopts the concepts of fracture – energy – based damage and stiffness degradation in continuum – damage mechanics . Two damage variables, one for tensile damage and the others for compressive damage , and yield function with multiple – hardening variable are introduced to different damage states . The uniaxial strength function are factored into two parts, corresponding to the effective stress and the degradation of elastic stiffness . A simple consistent scalar degradation model is introduced to simulate the effect of damage on elastic stiffness and its recovery during crack opening and closing . It was found that the ABAQUS model accurately predicts the experimental response under cyclic loading up to the yielding of the steel bars . The prediction is less accurate at post yielding stages .This difference is due to the severe damage of the concrete in tension and compression during loading cycles . Also the prediction of the region damage within the moderately deep beams matches the experimental results . Cracks propagation (opening & closing ) and stress distribution during cycles were very well predicted specially the formation of the compression struts and its development into the concrete beams . The contribution of stirrups with the plastic-hinge zone is about 30% of the latest half – cycle peak load and the developing of the plastic – hinge zone were about 051% of the beam height which were well estimated compared to the experimental results . The back bone of load-displacement curve predicted by the ABAQUS model shows a close correlation with the experimental results into the inelastic range . Keywords : ; Crack; Cyclic loading; High concrete strength; Moderately deep beams; Numerical analysis; Plastic damage; Stiffness degradation . التحليل بطريقة العناصر المحدده للعتبات متوسطة العمق ذات الخرسانه عالية المقاومه باستخدام أنموذج التضرر اللدن تحت تأثير الاحمال الدوريه د. احسان علي صائب الشعربا ف د. ليث خالد كامل الحديثي حسين محمد علي البهادلي قسم الهندسه المدنيه / كلية الهندسه/ جامعة النهرين الخلاصه: تم في هذا البحث دراسة سلوك العتبات الخرسانيه المسلحه عالية المقاومه المتوسطة العمق المعرضه الى انحرافات دوريه لدنه . I- اختيرت ثلاثة نماذج من العتبات ذات مقطع بابعاد 011 ملم * 011 ملم من البحث المختبر الذي اجري من قبل مجموعة حيث اعتبرت المعاملات التي تمثل كل من نسبة فضاء القص الى العمق و نسبة حديد التسليح الطولي في الوجه . Kuang Fang السفلي الى حديد التسليح في الوجه العلوي و كذلك أنموذج احمال متكرره متعددة الانماط .لغرض الوقوف على تأثير تغييرها Lee , Lubliner على سلوك هذه العتبات. اعتمد في التحليل أنموذج التضرر اللدن و الذي تم تطويره من قبل الباحثين يعتمد هذا الأنموذج مبدأ أنموذج التضرر على اساس طاقة الانكسار و مبدأ تدهور جساءة العنصر في ميكانيكية . Fenves و تضرر الاجسام . تم تمثيل هذا التدهور بواسطة معاملين احدهما للتضرر الحاصل نتيجة الشد والاخر لتضرر الانضغاط . اعتمدت معادلة الخضوع مع عدد من معاملات التقوية بعد بلوغ الخضوع لتمثيل كافة حالات الضرر المحتمل . كانت معادلة المقاومة احادية البعد ممثلة بجزئين يعود احدهما الى الاجهاد المؤثر والاخر الى انحدار الجساءة المرنة . أنموذج الانحدار الذي اعتمد كان لتمثيل تأثير الضرر على الجساءة المرنة واستعادة جزء من مقدارها اثناء فتح وغلق التشققات . وجد ان استخدام يعطي تصورا جيدا لسلوك العتبات المختارة ومدى مطابقتها مع النتائج ABAQUS الأنموذج المذكور بالأستعانه ببرنامج المختبرية لغاية حد خضوع حديد التسليح . اما سلوك هذه العتبات بعد الخضوع فكان اقل دقة مما هو عليه قبل خضوع حديد التسليح وهذا التصرف يعزى الى تدهور مقاومة خرسانة قشرة المقطع مع قسم من لب المقطع مختبريا في حين ان النموذج الرياضي يبقى محتفظا ببعض الجساءة مما يؤدي الى اظهار مقاومة اعلى في مراحل تسليط الاحمال المتكررة الاخيرة . اظهرت النتائج التحليلية تطابقا جيدا لمنطقة المفصل اللدن ومدى توسعها مع تكرار تسليط الاحمال وكذلك بالنسبة لتطور تشكيل التشققات وتوزيع الاجهادات داخل جسم العنصر الخرساني اضافة الى نسبة مشاركة حديد مقاومة القص في تحمل جزء من مقاومة المقطع الكلية للقص .
Keywords
KEYWORDS; Crack; Cyclic loading; High concrete strength; Moderately deep beams; numerical analysis; Plastic damage; Stiffness degradation

Statistics Article View: 518 PDF Download: 552