نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

اثر جهت‌گیری المان بر ظرفیت شکست بتن و مسیر گسترش ترک در آزمون بیرون‌کشیدگی انکربولت با استفاده از روش المان‌بندی تکه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه
چکیده
پیش‌بینی دقیق ظرفیت گسیختگی و مسیر گسترش ترک در انکربولت‌های کاشتنی، به‌دلیل رفتار غیرخطی بتن و حساسیت پاسخ عددی به نحوه المان‌بندی، از مسائل مهم در تحلیل اتصال‌های بتنی است. در این پژوهش، اثر نوع و جهت‌گیری المان در چارچوب روش المان‌بندی تکه‌ای بر ظرفیت شکست، مسیر ترک و رفتار پس از اوج بررسی شده است. مدل عددی در نرم‌افزار انسیس، به‌صورت دوبعدی و با فرض کرنش مسطح توسعه یافت و با نتایج آزمایش بیرون‌کشیدگی انکربولت در بتن با مقاومت فشاری ۳۰ مگاپاسکال و عمق کاشت ۶۰ میلی‌متر صحت‌سنجی شد. رفتار غیرخطی بتن با سطح تسلیم منتری - ویلام و گسترش ترک با مدل ناحیه چسبنده شبیه‌سازی گردید. چهار آرایش المان مربعی، غیرموازی، موازی و نامنظم، همراه با یک مدل پیوسته، تحلیل شدند. نوآوری پژوهش، بررسی نظام‌مند اثر جهت‌گیری المان و توسعه یک الگوریتم تولید المان گسسته برای ایجاد خودکار سطوح بالقوه ترک بین المان‌های مجاور است. نتایج نشان داد که المان‌های مربعی و غیرموازی به‌ترتیب ظرفیت شکست را حدود 37 و 15 درصد بیش‌برآورد کرده و مسیر ترک پله‌ای ایجاد می‌کنند. مدل موازی ظرفیت بیشینه را با خطای کمتر از ۲ درصد پیش‌بینی کرد، اما افت بار پس از اوج در آن تندتر بود. بهترین انطباق در مدل نامنظم حاصل شد؛ به‌گونه‌ای که خطای ظرفیت کمتر از ۱ درصد و زاویه ترک حدود ۳۴ درجه بود. مدل پیوسته ظرفیت را حدود ۴۲ درصد بیش‌برآورد کرد. با وجود محدودیت دوبعدی بودن مدل، نتایج نشان می‌دهد توزیع تصادفی جهت المان می‌تواند دقت پیش‌بینی شکست را به‌طور محسوسی بهبود دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of element orientation on concrete breakout capacity and crack propagation in anchor-bolt pull-out using the mesh fragmentation technique

نویسندگان English

ali permanoon
Sadegh Sharafi
Amir Houshang Akhaveissy
Reza Aghayari
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده English

Accurate prediction of the breakout capacity and crack path of post-installed anchors remains a demanding problem, owing to the nonlinear behaviour of concrete and the sensitivity of the numerical response to the discretisation. This study investigates, within the mesh fragmentation technique, the influence of element type and orientation on breakout capacity, crack path and post-peak behaviour. A two-dimensional plane-strain model was developed in ANSYS and validated against an anchor pull-out test on concrete with a compressive strength of 30 MPa and an embedment depth of 60 mm. Concrete nonlinearity was represented by the Menetrey–Willam yield surface and crack propagation by a cohesive zone model. Four mesh arrangements — quadrilateral, antiparallel, parallel and irregular — were analysed together with a continuum model. The novelty lies in the systematic assessment of mesh orientation effects and in a fragmented-mesh generation algorithm that automatically creates potential crack surfaces between adjacent elements. The quadrilateral and antiparallel meshes overestimated the breakout capacity by approximately 37% and 15%, respectively, and produced a stepped crack path. The parallel model predicted the peak capacity within 2%, but exhibited a steeper post-peak load drop. The best agreement was obtained with the irregular model, with a capacity error below 1% and a crack angle of approximately 34°. The continuum model overestimated the capacity by about 42%. Despite the limitations of the two-dimensional idealisation, the results indicate that a random distribution of element orientations appreciably improves the accuracy of failure prediction.

کلیدواژه‌ها English

Mesh Fragmentation Technique
Anchor Bolt Pull-out
Crack Propagation
Finite Element Model
Concrete Failure Capacity