Numerical study of fracture process zone width in concrete members

• Autorzy: Słowik M. , Błazik-Borowa E.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper the influence of aggregate size on width of fracture process zone wc is considered. Some researchers observed that the greater grains of aggregate, the wider fracture process zone (FPZ). The average value of the FPZ width taken from tests performed by Woliński was 26.6 and it did not depend on maximum aggregate size Dmax. There are not consistent conclusions as to whether the width of FPZ depends on aggregate size and there are no standard methods of FPZ width measurement. The problem arises how to choose the width of FPZ in numerical modelling of concrete structures. For example, Bažant and Oh proposed to take wc=3Dmax in numerical calculations. To discus this problem, the authors’ own numerical simulations concerning bent concrete member with different width of FPZ: 5, 10, 20, 26.5, 50, 100 mm were performed. On the basis of the comparison of obtained results their significant differences dependent on wc has been observed. Taking into account the minimum potential energy in a member, it can be said that the most rational thing to do is to take the smallest elongation within the localized microcracking. This condition takes place in the analyzed beam when wc=50 mm. The assumption wc=3Dmax does not fit this criterion. Also the width from the experiment performed by Woliński is not in good relation to obtained numerical results. The main conclusion from this paper is that the width of FPZ does have an influence on obtained numerical results performed by crack band model. The problem of estimating the width of FPZ in numerical simulations exists and requires further research.

PL

W artykule przedstawiono problematykę wpływu uziarnienia kruszywa na szerokość pasma mikrorys wc. Wyniki niektórych badań wskazują, że wraz ze wzrostem Dmax szerokość pasma mikrorys zwiększa się. Natomiast średnia szerokość pasma mikrorys uzyskana w badaniach Wolińskiego wyniosła 26.6 i nie zależała od Dmax. Nie ma natomiast jednoznacznej odpowiedzi odnośnie wpływu uziarnienia kruszywa na szerokość pasma mikrorys oraz brak jest standardowej metody eksperymentalnego wyznaczania wc. Powstaje pytanie jak dobierać parametr wc w analizach numerycznych i czy może on mieć wpływ na rezultaty obliczeń. Bažant i Oh proponują by w analizach numerycznych przyjmować wc=3Dmax. Problem ten jest analizowany w artykule. W przeprowadzonych obliczeniach numerycznych dotyczących betonowej belki zginanej przyjęto sześć różnych szerokości pasma mikrorys: 5; 10; 20; 26,5; 50; 100 mm. Dokonano porównania uzyskanych wyników obliczeń i stwierdzono znaczne ich różnice w zależności od przyjętego parametru wc. Biorąc pod uwagę kryterium minimalnej energii potencjalnej w elemencie, racjonalnym jest przyjęcie najmniejszych wydłużeń w strefie zlokalizowanego zarysowania. Warunek ten osiągnięto w analizowanej belce przy wc=50 mm. Przyjęcie wc=3Dmax nie odpowiada temu kryterium. Również wielkość wc uzyskana w badaniach Wolińskiego nie ma potwierdzenia w otrzymanych obliczeniach. W wyniku przeprowadzonej analizy stwierdzono, że szerokość pasma mikrorys przyjmowana w obliczeniach numerycznych ma wpływ na uzyskiwane wyniki. Problem doboru tego parametru przy modelowaniu istnieje i wymaga dalszych badań.

Słowa kluczowe

EN

concrete; cracks; numerical simulation

PL

beton; pęknięcia; symulacja numeryczna

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 4, no. 2
• Strony: 73--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz.

Twórcy

autor

Słowik M.

autor

Błazik-Borowa E.

• Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin University of Technology, Nadbystrzycka 40, 20-608 Lublin, Poland,

Bibliografia

• [1] Hillerborg A., Modeer M., Petersson P. E.; Analysis of Crack Formation and Crack Growth in Concrete by Means of Fracture Mechanics and Finite Elements, Cement and Concrete Research, Vol.6, 1976, p.773-782
• [2] Tang T., Yang S., Zollinger D. G.; Determination of Fracture Energy and Process Zone Length Using Variable-Notch One-Size Specimens, ACI Materials Journal, Vol.96, No 1, 1999, p.3-10
• [3] Cedolin L., Poli S. D., Iori I.; Experimental Determination of the Fracture Process Zone in Concrete, Cement and Concrete Research, Vol.13, 1983, p.557-567
• [4] Shah S. P.; Experimental methods for determinig fracture process zone and fracture parameters, Engineering Fracture Mechanics, Vol.35, Issues 1-3, 1990, p.3-14
• [5] Bažant Z. P., Oh B. H.; Crack Band Theory for Fracture of Concrete, Matériaux et Constructions, Vol. 16, No 193, 1983, p.155-177
• [6] Hu X., Duan K.; Influence of fracture process zone height on fracture energy of concrete. Cement and Concrete Research, Vol. 34, Issue 8, 2004, p.1321-1330
• [7] Otsuka K., Date H., Fracture process zone in concrete tension specimen. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 65, 2000, p.111-131
• [8] Mihashi H., Nomura N., Niiseki S.; Influence of aggregate size on fracture process zone of concrete detected with three dimensional acoustic emission technique. Cement and Concrete research, Vol. 21, Issue 5, 1991, p.737-744
• [9] Woliński Sz., Tensile Behaviour of Concrete and Their Applications in Nonlinear Fracture Mechanics of Concrete (in Polish), Scientific Works of Rzeszów University of Technology, No 15/91, Rzeszów,1991
• [10] Zhang D., Wu K.; Fracture process zone of notched three-point-bending concrete beams. Cement and Concrete Research, Vol. 29, Issue 12, 1999, p.1887-1892
• [11] Jankowski L. J., Styś D. J.; Formation of the fracture process zone in concrete. Engineering Fracture Mechanics, Vol. 36, Issue 2, 1990, p. 245-253
• [12] Bažant Z. P., Planas J.; Fracture and Size effect in concrete and Other Quasibrittle Materials. CRC Press, 1998
• [13] CEB-FIP Model Code Bulletin d’information No. 196, 1990
• [14] Słowik M., Błazik-Borowa E., Models of Concrete in Tension – Experimental Verification (in Polish), Proc. of XLV Scientific Conference KILiW PAN i KN PZITB, , Vol. 4, Krynica 1999, p.59-66