مدل سازی انتقال پیش تنیده در عناصر بتن پیش کشیده
چکیده
سه مدل برای شبیه‌‌سازی انتقال نیروی پیش تنیده از فولاد به بتن در عناصر بتونی پیش کشیده توسعه یافتند. اولی، یک مدل تحلیلی بر اساس نظریه‌ی سیلندر با دیواره‌ی ضخیم است و ویژگی‌های مادی خطی برای هر دوی فولاد و بتون را در نظر می‌گیرد. دومی یک مدل عنصر متناهی (FE) محور-متقارن با ویژگی‌های مادی خطی است؛ آن برای بررسی مدل تحلیلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. مدل سوم، یک مدل FE غیرخطی سه بعدی است. این مدل، رفتار پس از ترک خوردگی بتون و همچنین انقباض بتون و زمان انتشار پیش تنیدگی را در نظر می‌گیرد. یک بیان جدید از مدل تحلیلی، برای تخمین طول انتقال و همچنین توزیع تنش (فشار) در طول تاندون (عصب، زردپی) توسعه می‌یابد. مقاله همچنین یک مطالعه‌ی پارامتری را برای توضیح تاثیر قطر فولاد پیش تنیده، پوشش بتون، قدرت بتون، پیش‌تنیدگی اولیه، اندازه‌ی بخش، ناهمواری سطح فولاد پیش تنیده، زمان انتشار پیش تنیدگی، و طول عضو در انتقال تنش (فشار) در عناصر بتونی پیش کشیده ارائه می‌دهد.
1. پیشگفتار
نیروی پیش تنیده در عناصر بتونی پیش تنیده، از فولاد به بتون نسبت به یک طول مشخص، که به عنوان طول مخابره (انتقال) شناخته می‌شود، منتقل می‌شود. فرمول‌های طول انتقال در کد طراحی جاری اساسا به طور تجربی برای انواع نرمال بتون توسعه می‌یابند. به دلیل نوآوری سریع در صنعت ساخت و ساز و معرفی انواع جدید مواد بتونی (یعنی، قدرت بالا، خود-فشردگی و غیره)، نیاز به تست‌های تجربی برای تخمین طول انتقال (مخابره) است [1]. شرح‌های مدلها برای نوع جدیدی از ماده‌ی بتونی را بر اساس ویژگی‌های مکانیکی موادی که می‌توانند با استفاده از تست‌های ساده سنجیده شوند، مطلوب خواهند بود [2]. طول انتقال تحت تاثیر فاکتورهای بسیاری است مانند قطر فولاد پیش تنیده، نوع انتشار، پیش تنیدگی اولیه یا موثر، طول بتون، نوع تاندون، شرط پیوند، پوشش بتونی، شرایط سطح و اندازه‌ی بخش روی طول انتقال [11-3]. تا این تاریخ، هیچ توافق کاملی روی فاکتورهای مورد استفاده در فرمول‌ها برای پیش‌بینی طول انتقال وجود ندارد [3]. هدف این مطالعه، توسعه‌ی مدلی است که مواد بتونی مختلف و تقویت فولاد به عنوان یک بیان شکل-بسته را برای پیش‌بینی طول انتقال برای استفاده در مرحله‌ی اولیه‌ی طراحی که بتون‌های جدید در آن استفاده می‌شوند در نظر می‌گیرد. علاوه‌براین، این مطالعه، یک مدل عنصر متناهی را برای شناخت تاثیر پارامترهای مختلف روی انتقال پیش تنیده توسعه خواهد داد.
این مقاله در نه بخش سازماندهی می‌شود. بخش‌های 2 و 3، پیش‌زمینه‌ی مختصری را به ترتیب درباره‌ی کار مدلبندی پیشین و انتقال پیش تنیدگی ارائه می‌دهند. در بخش 4، یک بیان تحلیل برای محاسبه‌ی طول انتقال و توزیع تنش (فشار) ارائه می‌شود. مدلهای محور-متقارن و عنصر متناهی (FE) 3 بعدی در بخش‌های 5 و 6 توسعه می‌یابند. بخش 7، یک مطالعه‌ی پارامتری را ارائه می‌دهد در حالی که بخش 8 به بررسی فرضیات مورد استفاده در مدل تحلیلی می‌پردازد. در نهایت، خلاصه و نتیجه‌گیری‌ها در بخش 9 ارائه می‌شوند.
abstract
Three models were developed to simulate the transfer of prestress force from steel to concrete in pretensioned concrete elements. The first is an analytical model based on the thick-walled cylinder theory and considers linear material properties for both steel and concrete. The second is an axi-symmetric finite element (FE) model with linear material properties; it is used to verify the analytical model. The third model is a three dimensional nonlinear FE model. This model considers the post-cracking behaviour of concrete as well as concrete shrinkage and the time of prestress releasing. A new expression from the analytical model is developed to estimate the transmission length as well as the stress distribution along the tendon. The paper also presents a parametric study to illustrate the impact of diameter of prestressing steel, concrete cover, concrete strength, initial prestress, section size, surface roughness of prestressing steel, time of prestress release, and the member length on the transfer of stress in pre-tensioned concrete elements.
1. Introduction
The prestress force in pre-tensioned concrete elements is transferred from the steel to the concrete over a certain length, which is known as the transmission length. The formulae of the transmission length in the current design code are basically developed empirically for normal types of concrete. Because of the rapid innovation in construction industry and introducing of new types of concrete materials (i.e. high-strength, self-compacting etc.), experimental tests are needed to estimate the transmission length [1]. Models account for the new type of concrete material, based on the mechanical properties of materials which can be measured using simple tests, will be desirable [2]. The transmission length is influenced by many factors such as diameter of prestressing steel, initial or effective prestress, concrete strength, type of release, type of tendon, bond condition, concrete cover, surface condition and size of the section on the transmission length [3–11]. To date, no full agreement exists on the factors used in formulae to predict the transmission length [3]. The aim of this study is to develop a model that accounts for different concrete materials and reinforcing steel as a closed-form expression to predict the transmission length to be used in initial design stage where new concretes are used. Moreover, this study will develop a finite element model to understand the influence of different parameters on the prestress transfer. This paper is organised in nine sections. Sections 2 and 3 give a brief background about the previous modelling work and the transfer of prestress, respectively. In Section 4, an analytical expression to calculate the transmission length and the stress distribution is given. Axi-symmetric and 3D finite element (FE) models are developed in Sections 5 and 6. Section 7 presents a parametric study while Section 8 examines the assumptions used in the analytical model. Finally, a summary and conclusions are given in Section 9.
چکیده
1.مقدمه
2. پیش زمینه
2.1 پیش زمینه مدلسازی تحلیلی
2.2 پیش زمینه مدلسازی عنصر محدود
3. انتقال پیش تنیده
4. مدلسازی تحلیلی
4.1 معادله موازنه
4.2 معادله پیوند
4.3 معادله سازگاری
4.4 راه حل مدل
5. مدلسازی تقارن محوری FE بتن پیش کشیده
5.1 اثبات مدل تحلیلی
5.2 تنش پیش بینی شده در بتن
6. مدلسازی FE غیر خطی 3D بتن پیش کشیده
6.1 مدلهای مادی
6.2 مدلسازی پیوند و راه حل مدل
6.3 حساسیت شبکه
6.4 بحث نتایج مدل 3D FE
6.5 اعتبار یابی مدلها
7. مطالعه ی پارامتری
7.1 قطر
7.2 مقاومت بتن
7.3 پیش تنیدگی اولیه
7.4 پوشش بتن
7.5 سطح مقطع بتن
7.6 زمان آزاد سازی
7.7 زبری سطحی فولاد پیش تنیده
7.8 طول عضو پیش کشیده
8. ارزیابی استفاده از مفهوم استوانه دیواره ضخیم در مدلسازی انتقال پیش تنیده
9. نتیجه گیری ها
abstract
1. Introduction
2. Background
2.1. Analytical modelling background
2.2. Finite element modelling background
3. Transfer of prestress
4. Analytical modelling
4.1. Equilibrium equation
4.2. Bond equation
4.3. Compatibility equation
5. FE axi-symmetric modelling of pre-tensioned concrete
5.1. Verification of the analytical model
5.2. Predicted stress in concrete
6. 3D non-linear FE modelling of pre-tensioned concrete
6.1. Material models
6.2. Bond modelling and model solution
6.3. Mesh sensitivity
6.4. Discussion of results of the 3D FE model
6.5. Models validation
7. Parametric study
7.1. Diameter
7.2. Concrete strength
7.3. Initial prestress
7.4. Concrete cover
7.5. Cross-sectional area of concrete
7.6. Time of release
7.7. Surface roughness of prestressing steel
7.8. Length of pre-tensioned member
8. Assessment of using the thick-wall cylinder concept in modelling prestress transfer
9. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه