Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η μοντελοποίηση στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα και συγκεκριμένα υποστυλώματα μονολιθικά αλλά και ενισχυμένα με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Τα δοκίμια τα οποία εξετάζονται έχουν υποβληθεί σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση στο Εργαστήριο Κατασκευών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών και τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των αναλύσεων. Τα μοντέλα που κατασκευάστηκαν έχουν την δυνατότητα να λαμβάνουν υπόψιν την σχετική ολίσθηση μεταξύ του χάλυβα οπλισμού και του σκυροδέματος και επομένως και την εξόλκευση των ράβδων οπλισμού από το πέδιλο. Ωστόσο στα ενισχυμένα δοκίμια εξετάζονται διαφορετικοί τρόποι μοντελοποίησης της διεπιφάνειας μεταξύ παλαιού και νέου σκυροδέματος. Στο πρώτο κεφάλαιο της εργασίας παρουσιάζονται ορισμένα γενικά θεωρητικά θέματα σχετικά με τις ενισχύσεις και επισκευές στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα και κυρίως υποστυλωμάτων. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναφέρονται λίγα πράγματα για την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων και στην συνέχεια γίνεται μια σύντομη περιγραφή του προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων ANSYS και των δυνατοτήτων που έχει. Στο τρίτο κεφάλαιο υπάρχει λεπτομερής περιγραφή των παραδοχών καθώς και των στοιχείων που χρησιμοποιούνται για την μοντελοποίηση στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μία βιβλιογραφική ανασκόπηση με σκοπό την τεκμηρίωση παραδοχών που χρησιμοποιούνται για την καλύτερη πρόβλεψη της συμπεριφοράς στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται δύο αναλυτικές προσεγγίσεις του φαινομένου της εξόλκευσης των ράβδων οπλισμού από το πέδιλο. Η περιγραφή των πειραματικών δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Κατασκευών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, τα αποτελέσματα των οποίων χρησιμοποιούνται, για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των αναλύσεων, πραγματοποιείται στο κεφάλαιο έξι. Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν για τρία μονολιθικά δοκίμια. Επιπλέον εξετάζεται και ένας εναλλακτικός απλοποιητικός τρόπος μοντελοποίησης με τον οποίο θεωρείται πλήρης συνάφεια χάλυβα – σκυροδέματος. Χρησιμοποιώντας την παραδοχή αυτή, αγνοείται το φαινόμενο της εξόλκευσης των ράβδων από το πέδιλο. Για το λόγο αυτό πραγματοποιείται και μια αναλυτική προσέγγιση της πρόσθετης μετατόπισης λόγω της εξόλκευσης και προκύπτουν τα τελικά αποτελέσματα τα οποία είναι αντίστοιχα με αυτά στα οποία γίνεται θεώρηση σχετικής ολίσθησης χάλυβα – σκυροδέματος. Στο όγδοο κεφάλαιο εξετάζονται πέντε ενισχυμένα δοκίμια. Παρουσιάζονται τρεις διαφορετικοί τρόποι μοντελοποίησης της διεπιφάνειας μεταξύ παλαιού – νέου σκυροδέματος γίνονται, ενώ προσομοιώνεται και η δράση βλήτρου κάνοντας χρήση ειδικών πολυγραμμικών ελατηρίων. Στην συνέχεια παρουσιάζονται τέσσερις διαφορετικού τρόποι για την έμμεση προσομοίωση της επίδρασης της ανακύκλισης στην συμπεριφορά της διεπιφάνειας. Επιπλέον εξετάζεται και η επίδραση της ανακυκλιζόμενης φόρτισης στην δράση του βλήτρου. Τα αποτελέσματα συγκρίνονται τόσο με τα αντίστοιχα πειραματικά όσο και με αυτά στα οποία αγνοείται η επίδραση της ανακύκλισης. Τέλος στο ένατο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα τελικά συμπεράσματα που προέκυψαν καθώς και οι προτάσεις για μελλοντική έρευνα. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την παρούσα εργασία είναι αρχικά, ότι η επιδραση του φαινομένου της εξόλκευσης στην συμπεριφορά των υποστυλωμάτων είναι αρκετά σημαντική. Ωστόσο τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την ανάλυση που συμπεριλάμβανε το φαινόμενο αυτό καθώς και τα αντίστοιχα που προέκυψαν από τον συνδυασμό της απλοποιητικής ανάλυσης (πλήρη συνάφεια χάλυβα – σκυροδέματος) σε συνδυασμό με την αναλυτική μέθοδο είναι αρκετά ικανοποιητικά και προσεγγίζουν σχετικά καλά την περιβάλλουσα που προκύπτει από τα πειραματικά αποτελέσματα. Από τα αποτελέσματα που προέκυψαν για τα ενισχυμένα δοκίμια φαίνεται η επίδραση των χαρακτηριστικών της διεπιφάνειας στην συμπεριφορά των ενισχυμένων στοιχείων καθώς και η συμβολή των βλήτρων τόσο στην γενικότερη συμπεριφορά όσο και στην μείωση της ολίσθησης στην διεπιφάνεια. Ωστόσο σύμφωνα με τα αποτελέσματα η επίδραση της ανακύκλισης της φόρτισης είναι αρκετά σημαντική και επηρεάζει την συμπεριφορά του στοιχείου. / This thesis examines the simulation of reinforced concrete elements. In particular, the finite element method is used to investigate the behaviour of monolithic and strengthened columns that were tested under cyclic loading in the Structural Laboratory of the Department of Civil Engineering at the University of Patras. The reliability of the analytical models is examined by comparing experimental and numerical results. The numerical models created included modelling the sliding between the reinforcing steel and the concrete, the consequence of bar elongation and the total extension of a reinforcing bar at a particular point in relation to the surrounding concrete. Therefore, for strengthened specimens, different ways of modelling the interface between old and new concrete are examined. The first chapter presents some theoretical models for the strengthening and repair of reinforced concrete elements with particular reference to reinforced concrete columns. A brief review of the finite element method and the finite element program ANSYS is presented in the second chapter. The third chapter presents a detailed description of the basic assumptions and the elements that were used to model reinforced concrete members. A literature review is presented in the fourth chapter in order to explain assumptions and to describe the elements that were used for the models. Two analytical approaches for the phenomenon of bar elongation are presented in the fifth chapter. A description of the experimental tests performed in the Structural Laboratory of the Department of Civil Engineering at the University of Patras and the experimental results that were used to examine the reliability of the numerical results is presented in chapter six. In the seventh chapter, the results of the analysis of three monolithic specimens are presented. In this way, a simplified method is examined by considering a perfect bond between the steel and the concrete. By using this assumption, the phenomenon of bar elongation is neglected. In addition, an analytical approach for the supplementary deflection due to bar elongation is presented and the total result, including the supplement deflection, is similar to that using the assumption of relative slip between the steel and the concrete. Five strengthened columns are investigated in the eighth chapter. Three different methods of modelling the interface between the old and the new concrete are proposed and the presence of dowels is simulated by using special multi-linear springs. Therefore, four different processes for the simulation of the effect of cyclic loading on the behaviour at the interface are proposed. Furthermore, the effect of cyclic loading on the behaviour of dowels is examined. The results are compared to the relevant experimental results and to results where the effects of cyclic loading are neglected. Finally, the ninth chapter presents results and recommendations for further research. One conclusion that arises from this thesis is that the effect of bar elongation on the behaviour of reinforced concrete columns is quite significant. It was found that the results from the analysis that took into account bar elongation due to relative slippage and the analysis using the simplified method (perfect bond between steel and concrete) in combination with the supplementary deflection due to the bar elongation calculated using analytical methods are similar to the experimental results. Using the results of the strengthened specimens that have been presented, the effect of the properties at the interface and the contribution of the dowels on the behaviour of the strengthened specimens and in the reduction of sliding on the interface can been noted. However, according to the results, it must be stressed that the effects of cyclic loading are significant and affects the behaviour of the model.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/91 |
| Date | 14 May 2007 |
| Creators | Λαμπρόπουλος, Ανδρέας |
| Contributors | Δρίτσος, Στέφανος, Lampropoulos, Adreas, Δρίτσος, Στέφανος, Τριανταφύλλου, Αθανάσιος, Μπούσιας, Ευστάθιος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Relation | Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0035 seconds