تأثیر کاهش پارامتر آسیب کششی در تحلیل غیرخطی سازه‌‌های بتن مسلح به روش آسیب پلاستیک بتن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد سیرجان. گروه سازه

2 گروه مهندسی عمران دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرمان، کرمان، ایران

چکیده

عموماً یکی از قسمت‌‌های مهم در مدل‌سازی سازه‌‌های بتن مسلح، معرفی رفتار مصالح بتن و فولاد در نرم‌افزار‌‌های اجزای محدود می باشد. در نرم‌افزار آباکوس برای تحلیل غیرخطی بتن مسلح روش‌های مختلفی وجود دارد، که یکی از این روش‌ها استفاده از مدل آسیب پلاستیک بتن است. در این روش، معرفی مشخصات مکانیکی بتن در قسمت‌های آسیب فشاری و کششی بتن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، بطوری که وارد نمودن تعداد نقاط زیاد پارامتر‌های آسیب فشاری و کششی بتن، باعث افزایش زمان تحلیل نرم‌افزار و گاهی سبب عدم همگرایی حل مسأله می‌گردد. در مدل‌سازی عددی در نرم‌افزار آباکوس به روش آسیب پلاستیک بتن دو شرط وجود دارد که بایستی رعایت گردند. اولاً کرنش‌های پلاستیک بتن مثبت باشند و ثانیاً با افزایش مقدار کرنش بتن، مقدار کرنش‌های پلاستیک بتن نیز صعودی باشند. به همین دلیل این دو شرط موجب حذف و کاهش برخی نقاط در اطلاعات ورودی مصالح بتن در روش آسیب پلاستیک بتن می‌گردند. در این تحقیق برای تحلیل یک سازه بتن مسلح با نرم‌افزار آباکوس در قسمت آسیب فشاری بتن، ابتدا تعداد نقاط پارامترهای تنش فشاری بتن، کرنش فشاری بتن و آسیب فشاری (dc) بطور کامل وارد می‌شوند. بعد در قسمت آسیب کششی بتن، تعداد نقاط پارامتر خسارت کششی بتن (dt) نیز بطور کامل وارد می‌گردند. سپس تعداد نقاط تنش کششی بتن و کرنش ترک‌خوردگی بتن کاهش داده می‌شوند تا تأثیر کاهش این نقاط بر ظرفیت سازه بتن مسلح مشخص شود. نتایج تحلیل غیرخطی سازه بتن مسلح در اثر کاهش تعداد نقاط پارامترهای مذکور به صورت منحنی‌های نیرو - جابه‌جایی مشخص گردیده‌اند و نتایج نشان می‌دهند که با کاهش تعداد این نقاط، با خطای کمی، زمان اجرای تحلیل سازه بطور چشم گیری کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

EEffect of Tensile Damage Parameter Reducing in Non-linear Analysis of Reinforced Concrete Structures using Concrete Damage Plasticity Method

نویسندگان [English]

  • Ehsan Araghizadeh 1
  • Ramin Tabatabaei Mirhosseini 2
1 Student
2 Civil Engineering Dept., Islamic Azad University, Kerman Branch, Kerman, Iran
چکیده [English]

Introducing the behavior of reinforced concrete materials is generally considered as one of the complex parts of modeling in finite element software. Thus, entering accurate material information has an effective role in software output results. There are several methods in ABAQUS software for nonlinear analysis of reinforced concrete, one of which is the use of a Concrete Damage Plasticity (CDP) model. In this method, entering the mechanical properties of concrete is of special importance, so that in case of insufficient data entry, many errors are created in the results and sometimes cause no convergence despite spending a lot of time analyzing in the software. In numerical modeling in ABAQUS using the CDP method, two conditions must be observed. Firstly, the sing of the plastic strains of the concrete are positive and secondly, with increasing the concrete strain, the plastic strains of concrete are also upward. These conditions cause the elimination and reduction of some points in the input information of concrete materials in the CDP method. In this study, the analysis procedure is performed by varying the number of stress points and tensile strain and tensile damage parameter (dt), this analysis is repeated. The results obtained by nonlinear analysis of reinforced concrete structure due to the reduction of the number of points of the mentioned parameters are specified as force-displacement curves and the results show that by reducing the number of these points, with a minor error, the time of structural analysis is significantly reduced.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete damage plasticity model
  • Non-linear Analysis
  • Concrete tensile damage parameter
  • Abaqus
  • Reinforced concrete
 [1] J. Lubliner, J. Oliver, S. Oller, E. Oñate, A plastic-damage model for concrete, International Journal of solids and structures, 25 (1989) 299-326.
[2] J. Faleiro, S. Oller, A.H. Barbat, Plastic‐damage analysis of reinforced concrete frames, Engineering Computations,  (2010).
[3] A.C.T. Chen, W.-F. Chen, Constitutive relations for concrete, Journal of Engineering Mechanics, 101 (1975).
[4] F.B. Lin, Z.P. Bažant, J.C. Chern, A.H. Marchertas, Concrete model with normality and sequential identification, Computers & structures, 26 (1987) 1011-1025.
[5] P. Grassl, M. Jirásek, Damage-plastic model for concrete failure, International journal of solids and structures, 43 (2006) 7166-7196.
[6] J. Mazars, G. Pijaudier-Cabot, Continuum damage theory—application to concrete, Journal of engineering mechanics, 115 (1989) 345-365.
[7] S. Fichant, C. La Borderie, G. Pijaudier‐Cabot, Isotropic and anisotropic descriptions of damage in concrete structures, Mechanics of Cohesive‐frictional Materials: An International Journal on Experiments, Modelling and Computation of Materials and Structures, 4 (1999) 339-359.
[8] J. Lee, G.L. Fenves, Plastic-damage model for cyclic loading of concrete structures, Journal of engineering mechanics, 124 (1998) 892-900.
[9] R. Faria, J. Oliver, M. Cervera, A strain-based plastic viscous-damage model for massive concrete structures, International journal of solids and structures, 35 (1998) 1533-1558.
[10] P. Grassl, M. Jirásek, Plastic model with non‐local damage applied to concrete, International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 30 (2006) 71-90.
[11] M. Ortiz, A constitutive theory for the inelastic behavior of concrete, Mechanics of materials, 4 (1985) 67-93.
[12] J.C. Simo, J.W. Ju, Strain-and stress-based continuum damage models—I. Formulation, International journal of solids and structures, 23 (1987) 821-840.
[13] R.K.A. Al-Rub, S.-M. Kim, Computational applications of a coupled plasticity-damage constitutive model for simulating plain concrete fracture, Engineering Fracture Mechanics, 77 (2010) 1577-1603.
[14] U. Häussler-Combe, J. Hartig, Formulation and numerical implementation of a constitutive law for concrete with strain-based damage and plasticity, International Journal of Non-Linear Mechanics, 43 (2008) 399-415.
[15] M. Sun, D. Xin, C. Zou, Damage evolution and plasticity development of concrete materials subjected to freeze-thaw during the load process, Mechanics of Materials, 139 (2019) 103192.
[16] L. Qingfu, G. Wei, K. Yihang, Parameter calculation and verification of concrete plastic damage model of ABAQUS, in:  IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing, 2020, pp. 12036.
[17] K. Hibbitt, ABAQUS: User’s Manual; Hibbitt, Karlsson, and Sorensen, Inc.: Pawtucket, RI, USA,  (2013).
[18] S. Oller, A continuous damage model for frictional materials, Technical University of Catalonia, Barcelona, Spain,  (1988).
[19] S. Oller, Nonlinear dynamics of structures,  (2014).
[20] M. Poliotti, J.-M. Bairán, A new concrete plastic-damage model with an evolutive dilatancy parameter, Engineering structures, 189 (2019) 541-549.
[21] F. Lopez-Almansa, B. Alfarah, S. Oller, Numerical simulation of RC frame testing with damaged plasticity model. Comparison with simplified models, in:  Second European conference on Earthquake Engineering and Seismology, Istanbul, Turkey, 2014.
[22] D.A. Hordijk, Tensile and tensile fatigue behaviour of concrete; experiments, modelling and analyses, Heron, 37 (1992).
[23] F.J. Vecchio, M.B. Emara, Shear deformations in reinforced concrete frames, ACI Structural journal, 89 (1992) 46-56.
[24] M.B. Emara, Shear deformations in reinforced concrete frames.,  (1992).
[25] B. Alfarah, F. López-Almansa, S. Oller, New methodology for calculating damage variables evolution in Plastic Damage Model for RC structures, Engineering Structures, 132 (2017) 70-86.