Composite beams with indented construction joint – comparison of results of laboratory tests and numerical analysis

• Autorzy: Sadowski Grzegorz , Wiliński Piotr , Halicka Anna

Identyfikatory

DOI

10.35784/bud-arch.2171

Warianty tytułu

PL

Belki zespolone z powierzchnią prefabrykatu ukształtowaną z wrębami – porównanie wyników badań laboratoryjnych i analizy numerycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a comparative analysis of the behaviour of a composite beam, consisted of a precast element with indented surface and new concrete layer, subjected to 4-point bending. The results obtained from the virtual model of the beam created using the finite element method (Abaqus/CEA 2019 software) were compared with the laboratory test results obtained with use of the digital image correlation (DIC) method for identifying the crack pattern. The virtual model of composite beam was calibrated by the choice of interface parameters ensuring that the value of load resulting in delamination between concrete layers was close to that value obtained in the laboratory tests. The comparative analysis showed that the pattern of bending and shear cracks and the pattern of interface crack obtained with the finite element method reflect the laboratory test results properly. It can be assumed that the crack between concrete layers is related to the appearance and propagation of shear cracks. On the basis of FEM analysis it can be concluded that the phenomena identified as “shear friction” and “dowel action” are significantly activated after the interface cracking.

PL

W pracy przedstawiono analizę porównawczą zachowania się belki zespolonej składającej się z prefabrykatu z powierzchnią ukształtowaną z wrębami oraz betonu uzupełniającego, poddanej czteropunktowemu zginaniu. Otrzymane wyniki z wirtualnego modelu belki zespolonej wykonanego za pomocą metody elementów skończonych (Abaqus/CEA 2019) porównano z wynikami badań laboratoryjnych, w których dla identyfikacji obrazu zarysowania użyto metody obrazowej (DIC – digital image correlation). Wirtualny model belki zespolonej został skalibrowany (przez zmianę parametrów styku pomiędzy betonami) w taki sposób, aby odspojenie pomiędzy betonami powstało przy tym samym obciążeniu, co w badaniach laboratoryjnych. Analiza porównawcza wykazała, że obraz zarysowania od zginania, ścinania oraz obraz rozwoju rys w styku uzyskany metodą elementów skończonych dobrze odzwierciedla rzeczywiste wyniki badań. Można przypuszczać, że zarysowanie pomiędzy betonami związane jest z pojawieniem się i propagacją zarysowania od ścinania. Na podstawie analizy MES można stwierdzić, że zjawiska identyfikowane jako „shear friction” oraz „dowel action” w znacznym stopniu uaktywniają swoje działanie po zarysowaniu styku.

Słowa kluczowe

EN

composite concrete beam; interface shear resistance; crack; digital image correlation (DIC); finite element method (FEM)

PL

belka zespolona; ścinanie w płaszczyźnie zespolenia; rysa; cyfrowa korelacja obrazu DIC; metoda elementów skończonych (MES)

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Budownictwo i Architektura
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 19, no 4
• Strony: 31--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., fig.

Twórcy

autor

Sadowski Grzegorz

• Division of Mechanics of Structures and Building Materials; Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry; Warsaw University of Technology; ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock, Poland Poland

autor

Wiliński Piotr

• Division of Mechanics of Structures and Building Materials; Faculty of Civil Engineering, Mechanics and Petrochemistry; Warsaw University of Technology; ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock, Poland Poland

autor

Halicka Anna

• Department of Building Structures; Faculty of Civil Engineering and Architecture; Lublin University of Technology; 40 Nadbystrzycka Street; 20-618 Lublin; Poland

Bibliografia

• 1. Halicka A., A study of the stress-strain state in the interface and support zones of composite structures with shrinkable and expansive concretes. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin, 2007.
• 2. Sadowski G. and Wydra M., “Comparison of methods applied to analysis of crack propagation in reinforced concrete composite beam”, Acta Scientiarum Polonorum Architectura, vol. 1, no. 18, 2019, pp. 3-12. https://doi.org/10.22630/ASPA.2019.18.1.1
• 3. Jabłoński Ł., Influence of surface parameters on static performance of concrete composite t-shaped beams. Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin, 2018.
• 4. Henriques J., Simões da Silva L. and Valente I. B., “Numerical modeling of composite beam to reinforced concrete wall joints. Part I: Calibration of joint components”, Engineering Structures, vol. 52, (July 2013), pp. 747-761. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2013.03.041
• 5. Henriques J., Simões da Silva L. and Valente I., “Numerical modeling of composite beam to reinforced concrete wall joints. Part II: Global behavior”, Engineering Structures, vol. 52, (July 2013), pp. 734-746. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2013.03.040
• 6. Szczecina M., Tworzewski P. and Uzarska I., “Numerical modeling of reinforced concrete beams, including the real position of reinforcing bars”, Structure and Environment, vol. 10, no. 1, 2018, pp. 28-38. https://doi.org/10.30540/sae-2018-003
• 7. PN-EN 206+A1:2016-12, Concrete – Specification, performance, production and conformity.
• 8. GOM Correlate - Software for 3D Testing Data. Free trial license. Available: http://www.gom.com/3d-software/gom-correlate/ [Access: 15 Dec 2019]
• 9. Aggelis D. G. et al., “Characterization of mechanical performance of concrete beams with external reinforcement by acoustic emission and digital image correlation”, Construction and Building Materials, vol. 47, 2013, pp. 1037-1045. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.06.005
• 10. Tsangouri E. et al., “Detecting the activation of a self-healing mechanism in concrete by acoustic emission and digital image correlation”, The Scientific World Journal, vol. 2013, p. 10, 2013. https://doi.org/10.1155/2013/424560
• 11. Dassault Systèmes Simulia, Abaqus 6.1 2, Abaqus 6.12, 2012.
• 12. Kmiecik P., Kamiński M., “Modelling of reinforced concrete structures and composite structures with concrete strength degradation taken into consideration”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 11, iss. 3, 2011, pp. 623-636. https://doi.org/10.1016/S1644-9665(12)60105-8
• 13. Chen G. M., Chen J. F. and Teng J. G., “On the finite element modelling of RC beams shear-strengthened with FRP”, Construction and Building Materials, vol. 32, (July 2012), pp. 13-26. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.11.101
• 14. Chen G. M., Teng J. G., and Chen J. F., “Finite-Element Modeling of Intermediate Crack Debonding in FRP-Plated RC Beams”, Journal of Composites for Construction, vol. 15, iss. 3, (June 2011). https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.00001572011
• 15. Smarzewski P., “Numerical analysis of inelastic reinforced high-strength concrete beams with low reinforcement ratio”, Budownictwo i Architektura, vol. 4, no. 1, 2009, pp. 4-30.
• 16. Sinaei H. et al., Evaluation of reinforced concrete beam behaviour using finite element analysis by ABAQUS, Scientific Research and Essays, vol. 7, no. 20, 2012.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).