Nonlinear finite element analysis of punching shear of reinforced concrete slab-column connections
Authors: Γενήκομσου Αικατερίνη 
Published: November 2021

Όλοι οι κανονισμοί σχεδιασμού οπλισμένων πλακών οπλισμένου σκυροδέματος για έλεγχο έναντι διάτρησης βασίζονται σε εμπειρικές διατυπώσεις μετά από την ανάλυση πειραματικών αποτελεσμάτων. Ωστόσο, τα πειραματικά δεδομένα που είναι διαθέσιμα βασίζονται σε διαφορετικές μορφολογίες συνδέσεων και σε πολλές περιπτώσεις μπορούν να θεωρηθούν μη ικανοποιητικά στον αριθμό λόγω του κόστους εκτέλεσης των πειραμάτων. Συμπερασματικά, οι κανονισμοί πρέπει να εξεταστούν με σκοπό την πιθανή τους βελτίωση, και αυτό μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρήση των πεπερασμένων στοιχείων. Αναλύσεις πλακών οπλισμένου σκυροδέματος με τη χρήση πεπερασμένων στοιχείων μπορούν να παρέχουν επιπλέον δεδομένα σε συσχέτιση με τα υπάρχοντα πειραματικά αποτελέσματα. Οι αναλύσεις αυτές μπορούν να ερευνήσουν παραμετρικά διαφορετικά είδη πλακών και να προσφέρουν περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη διατρητική συμπεριφορά των πλακών. Στη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή, χρησιμοποιείται το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS και όλες οι αναλύσεις λαμβάνουν υπόψη τη μοντελοποίηση πλακών σε τρεις διαστάσεις και το σκυρόδεμα προσομοιώνεται με το ελαστοπλαστικό μοντέλο Concrete Damaged Plasticity το οποίο λαμβάνει υπόψη τις βλάβες του υλικού. Η εργασία εξηγεί τη σωστή επιλογή των παραμέτρων του υλικού που πρέπει να ληφθούν ώστε τα αποτελέσματα της ανάλυσης να προσεγγίζουν τα πειραματικά. Τα αναλυτικά αποτελέσματα συγκρίνονται με τα πειραματικά αποτελέσματα με την παρουσίαση της καμπύλης κατακόρυφου φορτίου-παραμόρφωσης καθώς και της ρηγμάτωσης. Στην εργασία χρησιμοποιείται μια εσωτερική σύνδεση πλάκας-υποστυλώματος ως το δοκίμιο αναφοράς ώστε να γίνει το καλιμπράρισμα του μοντέλου. Κατόπιν, το συγκεκριμένο μοντέλο χρησιμοποιείται για την ανάλυση και άλλων πλακών χωρίς και με οπλισμό έναντι διάτρησης. Οι αναλύσεις αφορούν πλάκες οπλισμένου σκυροδέματος που εξετάστηκαν πειραματικά και κατόπιν αναλυτικά υπό στατική φόρτιση. Κατόπιν, το ίδιο μοντέλο χρησιμοποιείται για την εξέταση ακριανών συνδέσεων όπου η φόρτιση είναι ανακυκλιζόμενη. Στην περίπτωση πλακών με οπλισμό διάτμησης - μεταλλικά καρφιά (shear bolts) οι αναλύσεις εξέτασαν τέσσερις διαφορετικές τεχνικές προσομοίωσης χρησιμοποιώντας στοιχεία ράβδων (truss elements). Όλα τα πειραματικά και αναλυτικά αποτελέσματα συγκρίνονται με τους ισχύοντες σχεδιαστικούς κανονισμούς (Αμερικάνικο ACI 318, Καναδικό CSA και τον Ευρωκώδικα EC2). Κατόπιν, ακολούθησαν παραμετρικές αναλύσεις σχετικά: α) με τον τρόπο τοποθέτησης του ολπισμού διάτρησης περιμετρικά του υποστυλώματος, β) την μείωση της αντοχής σε διάτρηση όλων των διαφορετικών συνδέσεων όταν θεωρηθούν ανοίγματα στην πλάκα και γ) την αύξηση της αντοχής των πλακών έναντι διάτρησης όταν χρησιμοποιηθούν διαφορετικές συνοριακές συνθήκες και διαστάσεις τόσο κατά την πειραματική όσο και αναλυτική διερεύνηση της συμπεριφοράς των πλακών. Οι αναλύσεις σχετικά με τη διαφορετική τοποθέτηση των οπλισμών ανέδειξαν ότι η ακτινωτή τοποθέτηση με βάσει τον Ευρωκώδικα 2 οδηγεί σε αύξηση της αντοχής των συνδέσεων σε σχέση με τη τετραγωνική τοποθέτηση των οπλισμών που προτείνουν ο Αμερικάνικος (ACI 318) και ο Καναδικός (CSA) κανονισμός. Στην περίπτωση των ανοιγμάτων θεωρήθηκαν ανοίγματα με διαφορετικές διαστάσεις και τοποθετημένα σε διαφορετικές αποστάσεις από το υποστύλωμα. Οι αναλύσεις ανέδειξαν τη συντηρητική αλλά ασφαλή πρόβλεψη των κανονισμών. Με βάση τα αποτελέσματα όλων των αναλύσεων συμπεραίνουμε ότι το μοντέλο σκυροδέματος με τη χρήση των πεπερασμένων στοιχείων μπορούν να δώσουν ασφαλή αποτελέσματα για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των πλακών οπλισμένου σκυροδέματος χωρίς δοκούς.