Impulsive loads have been observed to cause brittle shear failure in reinforced concrete elements designed for ductile failure modes under static loads. Brittle failure modes exhibit poorer energy absorption capabilities compared to ductile flexural failure modes due to their limited deformation capacity, leading to premature failure. The discrepancy between the responses under static and extreme dynamic loads arises from inertia and wave propagation effects, which tend to increase as the load duration decreases relative to the fundamental period of the element. This thesis investigated the occurrence of shear failures in reinforced concrete elements subjected to impulsive loads, both experimentally and numerically, and evaluated to what extent current analysis methods for impulse-loaded structures can predict shear failure. Furthermore, the study examined the influence of crucial parameters on the energy absorption capacity during flexural failure modes when shear failure was inhibited. The results demonstrated that shear-plug damage, prevalent during impact loads, may lead to premature shear failure during sequential impact testing. This occurred for a statically flexure-critical beam with a significantly larger static flexural-shear capacity relative to its flexural capacity. Similar conclusions applied to the residual static capacity after an initial impact introduced shear-plug damage. These findings indicate potentially severe consequences of shear-plug damage, which should be considered when assessing structures damaged by impact loads. The energy absorption capacity of reinforced concrete elements is closely related to the plastic work capacity of the reinforcement. The experimental study showed how the plastic work capacity varied with reinforcement properties, concrete properties, and impact velocity using static and dynamic four-point flexural tests. The results revealed that the reinforcement type, specifically whether the steel is mild or stiff, governs the strain distribution during static and low-velocity impact testing. Generally, stiff steels result in strain localization before rupturing, indicating a lower plastic work capacity. Factors such as stress and strain capacity also proved significant. However, as the impact velocity increased, wave propagation effects governed strain distribution rather than reinforcement type. Numerical studies comparing results with outcomes using proposed design methods indicated agreement for support reactions used to verify the shear capacity in the later stages of the response. However, this agreement decreased in the initial stages of the response. This may be because the dynamic equilibrium method only considers a global response, while the local response due to wave propagation is influential in the initial stages of the response. Today, resources such as Biggs [8] and the Swedish Fortifications Agency [86] recommend using two stages of the response to determine the internal forces; an elastic global response and a later elastoplastic global response. From the observations in the papers, it is suggested to add a third initial stage of the response considering wave propagation effects. However, it is deemed that this response stage only has a significant effect for high-intensity blast loads with short rise times relative to the shear wave velocity. / Impulsiva laster har i litteraturen visats leda till spröda skjuvbrott for armerade betongelement designade for mjuka brott under statiska laster. Spröda brottmoder påvisar sämre energiupptagande förmågor jämfört med mjuka böjbrott på grund av dess lägre deformationskapacitet, vilket resulterar i tidigt brott. Skillnaden i respons under statisk och dynamisk belastning kommer från tröghetskrafter och vågutbredningseffekter, där effekten av båda ökar med en minskande lastvaraktighet i relation till fundamentala perioden av elementet. Det här arbetet undersöker förekomsten av skjuvbrott under impulsiva laster experimentellt och med numeriska analyser. Hur väl befintliga beräkningsmetoder kan förutspå skjuvbrott utvärderas aven. Dessutom studeras effekten av viktiga parametrar på den energiupptagande förmågan när skjuvbrott hämmas. Resultaten påvisade att skjuv-plugg-skada, allmänt förekommande under stötbelastning, kan leda till tidigt skjuvbrott under sekventiell stötbelastning. Detta förekom for en statiskt böj-kritisk balk med en markant högre skjuvkapacitet relativt till dess böjkapacitet. Liknande slutsatser kunde dras vid provning av den statiska residualhållfastheten efter att ett initiellt fallviktsförsök introducerade skjuv-plugg-skada. Dessa resultat indikerar potentiellt allvarliga konsekvenser av skjuv-plugg-skada, vilket bör beaktas vid bedömning av element skadade från stötbelastning. Den energiupptagande förmågan hos armerade betongelement är nära relaterat till det plastiska arbetet som armeringen kan utföra. Den experimentella studien visade hur kapaciteten for plastiskt arbete hos armeringen berodde på armeringsegenskaperna, betongegenskaperna samt anslagshastigheten hos massan vid statisk och dynamisk fyrpunktsbelastning. Resultaten visade att armeringstypen, mer specifikt ifall stålet var mjukt eller styvt, styrde töjningslokaliseringen under statisk belastning samt dynamisk belastning med låg anslagshastighet. Generellt sett resulterade styvare stål i töjningslokalisering när stålet slets av, vilket ledde till en mindre kapacitet for plastiskt arbete hos armeringsstången. Faktorer som töjnings- och spänningskapaciteten visades även vara betydande. Däremot indikerade resultaten att allt eftersom anslagshastigheten ökade så var vågutbredningseffekter det som bestämde grad av töjningslokalisering, och inte styvheten hos stålet. Numeriska studier där resultat jämfördes mot resultat från rekommenderade designmetoder indikerade överenskommelse för stödreaktioner som används för att verifiera skjuvkapaciteten i ett senare skede av responsen. Däremot så var överenskommelsen sämre i ett tidigare skede av responsen. Detta kan möjligen förklaras av att den dynamiska jämviktsmodellen endast tar hänsyn till den globala responsen, medans lokal respons från vågutbredning är dominerande tidigt. Idag använder referenser som Biggs [8] och Fortifikationsverket [86] två stadium av responsen for att bestämma interna krafter; ett globalt elastiskt stadie och ett globalt elasiskt-plastiskt stadie. Från observationer i artiklarna så rekommenderas det att ett tredje initiellt stadie som beaktar vågutbredningseffekter bör inkluderas. Detta stadie anses dock bara visa markant effekt for intensiva stötvågsbelastningar med kort stegtid relativt till skjuvvågshastigheten i materialet. / <p>QC 230828</p>
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-334554 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Peterson, Viktor |
| Publisher | KTH, Betongbyggnad, Stockholm |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Licentiate thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/masterThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ABE-DLT ; 2333 |
Page generated in 0.0033 seconds