Numeryczna analiza efektów mechanicznych korozji stali zbrojeniowej w betonie
Wariant tytułu
Numerical analysis of mechanical effects of rebar corrosion in concrete structures
Autor
Pluciński, Piotr
Promotor
prof. zw. dr hab. inż. Czesław Cichoń
Data wydania
2008
Wydawca
[s.n.]
Język
polski
Abstrakt
W pracy opracowano model matematyczny i model numeryczny do opisu efektów mechanicznych korozji stali zbrojeniowej w konstrukcjach żelbetowych.
Praca ogranicza się do analizy skutków mechanicznych tworzenia się i pęcznienia rdzy tylko w przekroju poprzecznym pręta zbrojeniowego, co ogranicza rzeczywisty problem przestrzenny mechaniki do problemu płaskiego stanu odkształcenia.
Rozważa się dwa typy korodowania przekroju poprzecznego zbrojenia, a mianowicie korozję równomierną (ang. uniform corrosion) i korozję wżerową (ang. pitting corrosion).
Efektem mechanicznym korozji zbrojenia jest wzrost naprężeń w betonie, aż do stanu przekroczenia w pewnym punkcie (lub w kilku punktach) granicy wytrzymałości betonu na rozciąganie i w efekcie rozpoczęcie procesu propagacji rysy. Wymaga to śledzenia skutków procesu przemiany stali w rdzę i jej pęcznienia. Powoduje to konieczność opisu zmiany obszarów zajmowanych przez aktualny przekrój poprzeczny stali zbrojeniowej i rosnący produkt korozji w wytężonym betonie. Końcowym efektem analizy jest opis stanu przemieszczeń i naprężeń w konstrukcji, a w szczególności w skorodowanych częściach przekroju poprzecznego pręta zbrojeniowego ze wskazaniem miejsc, w których rozpocznie się propagacja rys podstawowych i drugorzędnych.
W pracy do opisu efektów mechanicznych przemiany stali w rdzę, a następnie skutków przyrostu objętości rdzy wykorzystano metodę przyrostową MES w uaktualnionym opisie Lagrange'a.
Model numeryczny zaimplementowano do systemu MATLAB. Do budowania siatek skończenie elementowych wykorzystano program ANSYS.
In dissertation the mathematical and numerical models that describe mechanical effects of the corrosion of reinforcing steel bars in concrete structures have been presented. The volume expansion of rust induces stresses that lead to cracking, delamination and spalling of concrete and even the loss of bond between the rebar and concrete. The plane strain state has been assumed and the cross-sections of concrete structures were considered.
Two types of corrosion were analyzed: uniform over the rebar, and pitting, extremely localized corrosion that leads to the creation of small defects in metal. Some theoretical models describing pitting corrosion, which should be verified by experiments, were proposed.
The Rankine criterion for describing the tensile strength of concrete, which determines crack initiation, has been used. An original algorithm of the control of the phase transition steel into rust was elaborated. It needed to take into consideration the actual geometry of the decreasing steel volume and the increasing rust volume. The main aim of the analysis was the description of displacement and stress fields, especially around the rebars, the location of points where the cracks can initiate and the determination of possible directions of the crack propagation.
In the numerical model, the finite element method and the updated Lagrangian formulation were adopted. In result, a set of nonlinear incremental equations were solved.
All algorithms were implemented in the MATLAB language and finite elements meshes were generated using the ANSYS system. Some examples confirmed the usefulness of the analysis method.
Klasyfikacja PKT
630000 Budownictwo
Wydział
Wydział Inżynierii Lądowej
Licencja
Licencja PK
Prawa dostępu
Zasób dostępny dla zalogowanych użytkowników lub z komputerów w domenie PK
