On the Shear-Deformation Theories for the Analysis of Concrete Shells Reinforced with External Composite Laminates

• Published in: Проблемы прочности
• Date: 2003
• Main Author: Ferreira, A. J. M.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2003
• Subjects: Научно-технический раздел
• Online Access: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46961
• Journal Title: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Cite this: On the Shear-Deformation Theories for the Analysis of Concrete
 Shells Reinforced with External Composite Laminates / A.J.M. Ferreira // Проблемы прочности. — 2003. — № 2. — С. 37-47. — Бібліогр.: 18 назв. — англ.

A third-order theory of shear deformation is
 used for description o a stress-strain state of
 concrete shells reinforced with external composite
 laminates. Reinforced concrete structures
 play a key role in civil engineering. Corrosion
 of steel re-bars is currently urgent, this problem
 complicated due to porosity of concrete. To get
 an adequate solution of the problem of strengthening
 and retrofitting of degraded structures, external
 composites bonded to the faces of
 concrete structures are widely used. Deformation
 of such kind of structures is highly nonlinear.
 For the development of nonlinear
 geometric and material models, we resort to the
 numerical methods, in particular, to a finite-element
 method. In the analysis of composite laminates,
 high-order shear deformations are more
 and more required. The proposed theory is an alternative
 to the first-order one developed by
 Ferreira et. al. earlier. The theory has been
 approbated on a shell element which structure
 represents a layered discretization of laminate
 materials. For modeling of the deformation of
 concrete in compression, perfectly plastic behavior
 and strain-hardening plasticity o f the material
 have been considered. We have discussed
 a dual criterion of yielding and fracture of the
 material in terms of stresses and strains which
 is supplemented with a broken-line representation
 of tension deformation curve, the horizontal
 portion of this line corresponding to the
 beginning of yielding. The behavior of unidirectional
 composites is linear-elastic (brittle). Finite-
 element analysis of a stress-strain state of a
 concrete bar reinforced with composite strips
 has been performed for three-point bending.
 The observable reinforcement effects are described,
 results of the application of the third-order
 theory and comparative analysis of the
 reinforcement of a concrete structure with composite
 strips and the steel are given. Предложена теория сдвиговой деформации третьего порядка для описания напряженно-
 деформированного состояния бетонных оболочек, армированных внешними композитными
 ламинатами. Армированные бетонные конструкции - главные компоненты в строительной
 отрасли. Коррозия стальных балок, используемых для армирования железобетонных конструкций,
 является очень актуальной проблемой, которая усугубляется за счет пористости
 бетона. В качестве адекватного решения проблемы упрочнения и модификации ослабленных
 конструкций практикуется использование внешних композитных ламинатов, которые закрепляются
 на наружных поверхностях бетонных конструкций. Деформирование такого
 рода конструкций характеризуется значительной нелинейностью. Для разработки нелинейных
 геометрических моделей и моделей материала используются численные методы, в
 частности метод конечных элементов. Для анализа композитных ламинатов все чаще
 используются сдвиговые деформации высокого порядка. Предлагаемая теория является
 альтернативой теории первого порядка, ранее предложенной Феррейра с соавторами.
 Теория опробована на элементе оболочки, структура которого позволяет воспроизвести
 послойную дискретизацию ламинатных материалов. Для моделирования деформирования
 бетона при сжатии использовались подходы идеально пластического и пластически-упроч-
 няемого поведения материала. Рассмотрен двойственный критерий течения и разрушения
 материала с точки зрения напряжений и деформаций, который применяется в сочетании с
 представлением деформационной кривой при растяжении в виде ломаной линии с горизонтальным
 участком, соответствующим началу пластического течения. Однонаправленные
 композитные полосы характеризуются линейно-упругим (хрупким) поведением. Выполнен
 конечно-элементный расчет напряженно-деформированного состояния армированной композитными
 полосами бетонной балки, подвергнутой трехточечному изгибу. Описаны наблюдаемые
 эффекты армирования, результаты применения теории третьего порядка и дан
 сравнительный анализ упрочнения бетонной конструкции композитными полосами и стальной
 арматурой. Запропоновано теорію зсувної деформації третього порядку для опису на-
 пружено-деформованого стану армованих зовнішніми композитними ламінатами
 бетонних оболонок. Армовані бетонні конструкції - головні компоненти
 в галузі будівництва. Корозія стальних балок, що використовуються
 для армування залізобетонних конструкцій, - дуже актуальна проблема, яка
 посилюється за рахунок пористості бетону. Адекватним вирішенням
 проблеми зміцнення і модифікації ослаблених конструкцій є використання
 зовнішніх композитних ламінатів, котрі закріпляються на зовнішніх поверхнях
 бетонних конструкцій. Деформування такого роду конструкцій характеризується
 значною нелінійністю. Для розробки нелінійних геометричних
 моделей та моделей матеріалу використовуються числові методи, зокрема
 метод скінченних елементів. Для аналізу композитних ламінатів часто використовують
 зсувні деформації високого порядку. Запропонована теорія є
 альтернативою теорії першого порядку, яку запропонував раніше Феррейра
 зі співавторами. Теорія опробована при розрахунку елемента оболонки,
 структура якого дозволяє відтворити пошарову дискретизацію ламінатних
 матеріалів. Для моделювання деформування бетону при стиску використовувалися
 підходи ідеально пластичної та пластично-зміцнюваної поведінки
 матеріалу. Розглянуто двоїстий критерій текучості і руйнування матеріалу
 з точки зору напружень та деформацій, який використовується в
 поєднанні з представленням деформаційної кривої при розтязі у вигляді
 ломаної лінії з горизонтальною ділянкою, що відповідає початку пластичної
 текучості. Односпрямовані композитні смуги характеризуються лінійно-
 пружною (крихкою) поведінкою. Виконано скінченноелементний розрахунок
 напружено-деформованого стану армованої композитними смугами бетонної
 балки, яку піддавали триточковому згину. Описано спостережувані
 ефекти армування, результати використання теорії третього порядку і проведено
 порівняльний аналіз зміцнення бетонної конструкції композитними
 смугами і стальною арматурою.