Αριθμητική προσομοίωση συμπεριφοράς δομικών στοιχείων επισκευασμένων με εξωτερικές λωρίδες ινοπλισμένων πολυμερών:
Creators: name: Στάθη, Χριστίνα Σωκράτη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2011
Subjects: Ινοπλισμένα πολυμερή
Ενίσχυση
Προσομοίωση
Frp’s
Abaqus
Reinforcement

description: Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, ως σκοπός τέθηκε η όσο το δυνατόν αναλυτικότερη και ακριβέστερη προσομοίωση απλών δομικών στοιχείων, από χάλυβα ή από σκυρόδεμα, χωρίς και με ενίσχυση με ινοπλισμένα πολυμερή για την καλύτερη προσέγγιση της πραγματικής συμπεριφοράς τους υπό μονότονες φορτίσεις. Η προσομοίωση έγινε με τον κώδικα ABAQUS. Για τον έλεγχο της ορθότητας των αναλυτικών μοντέλων, έλαβε χώρα σύγκριση των αποτελεσμάτων τους με προυπάρχοντα πειραματικά δεδομένα από το Εργαστήριο Πειραματικής των Υλικών και των Κατασκευών.Αρχικά, προσομοιώθηκαν χαλύβδινες δοκοί διατομής W150x30, οι οποίες ενισχύθηκαν καμπτικά με 1 και 5 στρώσεις FRP, με σκοπό την διερεύνηση του συστήματος αγκύρωσης. Για την προσομοίωση των συνδέσεων δοκού και ινοπλισμένου πολυμερούς χρησιμοποιήθηκαν τόσο ελαστικοί, όσο και μη-γραμμικοί νόμοι τάσης-ολίσθησης, καθώς και οι θεωρητικές περιπτώσεις άρρηκτης σύνδεσης στις θέσεις αγκύρωσης του FRP και πλήρους σύνδεσης δομικού στοιχείου-FRP σε όλη την κοινή τους επιφάνεια. Σε δεύτερη φάση, προσομοιώθηκε χαλύβδινη δοκός διατομής ΗΕΑ140, και η οποία υπέστη απομείωση της διατομής του κάτω πέλματος. Η απομειωμένη διατομή ενισχύεται με 3 στρώσεις FRP. Aκολούθησαν προσομοιώσεις ορθογωνικών δοκών, πλακοδοκών και πλαισίων οπλισμένου σκυροδέματος. Όσον αφορά τις ορθογωνικές δοκούς, δημιουργήθηκαν προσομοιώματα χωρίς και με εγκάρσιο οπλισμό, χωρίς και με διατμητική ενίσχυση με λωρίδες ινοπλισμένου πολυμερούς. Tα αποτελέσματα των αναλυτικών προσομοιωμάτων συγκρίθηκαν με τα διαθέσιμα πειραματικά αποτελέσματα, αλλά και μεταξύ τους σε όρους φέρουσας ικανότητας, ελαστικής και μετελαστικής δυσκαμψίας, πλαστιμότητας, μορφής αστοχίας και αναπτυσσόμενων τάσεων στο δομικό στοιχείο και στο FRP. Οι ίδιες συγκρίσεις λαμβάνουν χώρα για τα μοντέλα πλακοδοκού χωρίς εγκάρσιο οπλισμό, χωρίς και με διατμητική ενίσχυση με λωρίδες FRP.To πιο σύνθετο δομικό υποσύστημα που προσομοιώθηκε, είναι ένα πλαίσιο οπλισμένου σκυροδέματος. Πραγματοποιήθηκαν 3 διαφορετικές προσομοιώσεις: με γραμμικά στοιχεία δοκού με ελαστικό νόμο σκυροδέματος και προσομοίωση των πλαστικών αρθρώσεων με στροφικά ελατήρια με μη-γραμμικού νόμους ροπών-στροφών, με βάσει τα στοιχεία διατομής των επιμέρους δομικών στοιχείων (υποστυλωμάτων, δοκού), από το πρόγραμμα του εργαστηρίου RC Nonlinear Analysis, με επιφανειακά στοιχεία επίπεδης έντασης με ελαστικό νόμο σκυροδέματος και προσομοίωση των πλαστικών αρθρώσεων με τα στροφικά ελατήρια που χρησιμοποιήθηκαν και για το γραμμικό προσομοίωμα, και με επιφανειακά στοιχεία επίπεδης έντασης, μη-γραμμικό νόμο σκυροδέματος “concrete damaged plasticity” και πλήρη απόδοση της όπλισης του φορέα. Τα αποτελέσματα των αναλυτικών μοντέλων συγκρίνονται με διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα από την διδακτορική διατριβή του Βασίλη Σούλη. Τέλος, διερευνάται η ενίσχυση των πλαισίων με FRP’s στις θέσεις εμφάνισης των πλαστικών αρθρώσεων, σε όρους φέρουσας ικανότητας, ελαστικής και μετελαστικής δυσκαμψίας, λειτουργίας των πλαστικών αρθρώσεων (επιφανειακό προσομοίωμα με στροφικά ελατήρια) και ως προς τις θέσεις εμφάνισης των πλαστικών αρθρώσεων και τις αναπτυσσόμενες στους οπλισμούς τάσεις, για το πλήρες επιφανειακό προσομοίωμα πριν και μετά την καμπτική ενίσχυση των υποστυλωμάτων του πλαισίου με FRP.Για την διενέργεια των αναλύσεων χρησιμοποιήθηκαν τρία είδη ανάλυσης, η Static,General, η Static,Riks και η Dynamic,Explicit, ανάλογα με την φύση του μοντέλου για να ξεπεραστούν τυχόν αδυναμίες επίλυσης που παρατηρήθηκαν και για την μείωση των απαιτούμενων χρόνων ανάλυσης και συνεπώς του υπολογιστικού κόστους. Γενικά, διαπιστώθηκε αρκετά ικανοποιητική σύγκλιση των πειραματικών αποτελεσμάτων και των αποτελεσμάτων των αναλυτικών μοντέλων, τόσο σε επίπεδο φέρουσας ικανότητας, ελαστικής και μετελαστικής δυσκαμψίας και μορφής αστοχίας.
description: The goal of this study was the precise simulation of simple structural elements, either of steel or concrete, with or without reinforcement with fiber reinforced polymers for approximation of their behavior under monotonic loading. The simulation was performed using the ABAQUS software.To check the accuracy of the analytical models, a comparison with pre-existing experimental data from the Laboratory of Experiments of Materials and Constructions was performed.First, steel beams W150x30 were simulated, which were reinforced against bending with 1 and 5 layers of FRP, aiming at analyzing the anchorage system. For simulating the beam -FRP junction, both elastic and non-linear laws of stress-sliding were used, and also the cases of rigid links in the positions of anchors of the FRP, and full structural element-FRP junction along their common surface.Second, a steel beam ΗΕΑ140 was simulated, which underwent a reduction of its lower tread. The narrow section is reinforced with 3 layers of FRP. Simulations of rectangular beams, beam-slab, and frames of reinforced concrete followed. For the rectangular beams, simulations both with and without stirrups and with and without shear reinforcement with FRP straps were formed. The results of the analytical simulations were compared to the available experimental data, but also with each other, in terms of bearing capacity, elastic and post-elastic stiffness, plasticity, mode of failure, and developing stresses in the structural element and in the FRP. The same comparisons are performed for beam-slab models without stirrups, with and without reinforcement with layers of FRP.The most complex simulated structural sub-system, is a frame of reinforced concrete. Three different simulations were performed: with linear beam elements, elastic law of concrete and simulation of plastic joints with pivotal springs with non-linear laws of moment-revolution, from the program of the laboratory RC Nonlinear Analysis, with plane strain shell elements, elastic law of concrete and simulation of plastic joints with the pivotal springs used for the linear simulation, and with plane strain shell elements with "concrete damaged plasticity" law and full performance of the structure’s reinforcement. The results of the analytical models are compared to available experimental data from the PhD dissertation of Vassilis Soulis. Finally, the reinforcement of the frames with FRP’s in the positions of plastic joints is investigated, in terms of bearing capacity, elastic and post-elastic stiffness, function of the plastic junctions (shell simulation with pivotal springs), of the positions where plastic junctions were formed and of the developing stress in the longitudinal reinforcement bars and stirrups, for the shell simulation before and after the counter-bending reinforcement of the frame's columns with FRP’s.For the performance of the analyses, three kinds of analysis were used: Static,General; Static,Riks; and Dynamic,Explicit, depending on the nature of the model so as to surpass any difficulty of calculation and to reduce the analysis times required, thus reducing calculation cost.Generally, there was observed a quite satisfactory convergence of experimental data and analytical model results, as much in terms of bearing capacity, and elastic as in post-elastic stiffness and mode of failure.