Dynamic loaded reinforced concrete Influence of bond-slip behaviour
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesis
Abstract [en]
Reinforced concrete is one of the most widely used materials of the 20th century.Concrete, which exhibits good abilities in resisting compressive forces, is combinedwith steel, which can resist tensile forces. The transfer of the forces between thematerials is guaranteed by the phenomenon of bond. In a section, where strainin concrete and steel is different, a relative displacement occurs which is calledbond-slip behaviour. Structures are subjected to a static load and sometimes alsoa dynamic load. A static load is a load that remains constant throughout the lifespanof a structure. In contrast, a dynamic impact load occurs when two bodiescollide. The force grows rapidly in a short time interval until a peak and thendrops again to the initial value. In this thesis, bond-slip behaviour of concreteand reinforcement under static and impact loading, as well as various numericalsimulation methods, are investigated.The first aim of the thesis was to design and conduct a series of pull-out experiments.The results were considered erroneous and therefore unsuitable to be abase for numerical investigations. Therefore, experimental data were obtainedfrom the literature. The static pull-out model was created and calibrated to fit theexperimental curve. In the next step, the impact loading experiment conductedin Chalmers University was utilized to create and calibrate a new model, with theparameters determined during previous calibration. Different bond coefficientsand two simulation methods (Cohesive method, Connector method) were studiedregarding deflection over time and plastic strain. Computational time study is alsoa part of this thesis.The results of the two methods are different but comparable. The Cohesive methodexhibits reduced stiffness under static loading, which correlates with experimentalresults, but when the non-linear behaviour initiates, it underestimates the experimentalresponse and at that moment the Connector method is a better representation.Under impact loading, the Connector method is more effective indemonstrating the failure mode and is more time-efficient. The Cohesive methodgives results that are closer to the experiment in regards to deflection over time. Itwas also discovered that lower bond strength primarily results in bending failure,which is a positive effect as this failure is less brittle than shear failure.Keywords: Bond, Bond-slip, Slip, Reinforced concrete, Impact loading, Repeatedloading, Finite element method, FEM, Cohesive method, Connector method.
Abstract [sv]
Armerad betong är ett av de mest inflytelserika materialen från 1900-talet. Betong,som har god förmåga att motstå tryckkrafter, kombineras med stål somkan motstå dragkrafter. Överföringen av krafter mellan materialen garanteras avfenomenet vidhäftning. I ett tvärsnitt där töjningen i betong och stål är olika, skeren relativ förskjutning som benämns “bond-slip”. Strukturer utsätts för statisk belastningoch ibland även dynamisk belastning. En statisk belastning är en last somförblir konstant under en strukturs livslängd. En dynamisk stötbelastning uppstårnär två kroppar kolliderar. Kraften ökar snabbt under en kort tidsintervall tills entopp nås och sedan sjunker den åter till ursprungsvärdet. I denna uppsats undersöksden relativa förskjutningen av armeringen under statisk och stötbelastning,samt olika numeriska simuleringsmetoder.Det första målet med uppsatsen var att utforma och genomföra en serie utdragsförsök.Resultaten ansågs felaktiga och därför otillräckliga som grund för vidareundersökningar. Därför användes experimentell data från litteraturen för att kalibreraen numerisk model som kan simulera när armeringen dras ut ur betongen.Därefter användes experimentella resultat av stötbelastade balkar för att kalibreraen numerisk modell. Armeringens kontakt med betongen modellerades på tvåolika sätt (Cohesive Method och Connector Method) och med olika nivåer av vidhäftningshåjllfastet.Syftet var att studera deformationen av balken samt plastiskatöjningar och beräkningstid.Resultaten av de två metoderna är olika men jämförbara. Den kohesiva metodenvisar minskad styvhet under statisk belastning, vilket korrelerar med experimentellaresultat, men när det icke-linjära beteendet startar, underskattar dende experimentella resultaten och vid det ögonblicket är “kopplingsmetoden” enbättre representation. Under stötbelastning är “kopplingsmetoden” effektivare föratt demonstrera brottmoden och är mer tidsbesparande. Den “kohesiva metoden”visar resultat närmare experimentet när det gäller böjning över tid. Det upptäcktesockså att lägre vidhäftningsstyrka resulterar i högre grad av böjskada, vilket ären positiv effekt eftersom detta brott är mindre sprött än skjuvbrott.
Place, publisher, year, edition, pages
2024.
Series
TRITA-ABE-MBT ; 24313
Keywords [en]
Bond, Bond-slip, Slip, Reinforced concrete, Impact loading, Repeated loading, Finite element method, FEM, Cohesive method, Connector method.
Keywords [sv]
Nyckelord: Vidhäftning, “Vidhäftnings-glidning”, Glidning, Armerad betong, Stötbelastning, Upprepad belastning, Finit elementmetod, FEM, “Kohesiv metod”, “Kopplingsmetod”.
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-353109OAI: oai:DiVA.org:kth-353109DiVA, id: diva2:1897209
External cooperation
Czech Technical University in Prague
Supervisors
Examiners
2024-09-122024-09-12