«

»

Modelarea numerica a betonului armat. Variantele: clasica si cu fibre metalice

Share

Imbunatatirea proprietatilor betonului armat dispers cu fibre metalice este mai accentuata la betonul intarit decat la cel in stare proaspata. Modificarea proprietatilor este influentata de caracteristicile fibrei: tipul si geometria, procentul de armare, orientarea si aderenta la matricea de beton.

La acest nou tip de material, lucrabilitatea scade, betonul avand un caracter de „slab plastic” chiar cu tendinta de „vartos”. In cazul utilizarii unui procent mare de armare sau a unor fibre cu lungimi mult peste cea critica, lucrabilitatea scade foarte mult, fibrele avand tendinta de aglomerare (dispunere neuniforma a fibrelor in masa betonului), cu efecte critice asupra caracteristicilor mecanice. Acest dezavantaj poate fi compensat cu cheltuieli suplimentare la punerea in opera.

In acest caz, modelarea numerica se impune ca o verificare teoretica sau ca un studiu comparativ cu incercarile experimentale.

 

Modelarea numerica prin metoda elementului finit

Forme de elemente finite utilizate

Orice corp fizic, cu o forma data, trebuie analizat in vederea alegerii celor mai adecvate elemente de discretizare. De cele mai multe ori, alegerea tipului de element finit este dictata de geometria corpului si numarul de coordonate spatiale independente, necesare descrierii sistemului.

Unele tipuri de elemente finite cu forme unidimensionale si bidimensionale sunt prezentate in fig. 1 si 2. Cand geometria, proprietatile materialului si alti parametri (tensiuni, deplasari, presiuni, temperatura) pot fi descrisi folosind o singura coordonata spatiala, se poate utiliza elementul finit unidirectional (fig. 1) chiar daca acest element are sectiune transversala. De obicei, el este simetric reprezentat ca un segment liniar.

In unele cazuri, aria transversala a acestui element poate varia in lungul axei sale.

Cand configuratia si celelalte detalii ale problemei respective pot fi descrise in functie de doua coordonate spatiale independente, pot fi utilizate elemente de tip bidirectional (fig. 2), elementul de baza fiind de forma triunghiulara.

Etape in analiza elementelor finite

O mare parte dintre aceste etape este efectuata cu succes de programul in sine de calcul cu element finit, deci succesiunea etapelor se simplifica mult:

• etapa pregatitoare in care a fost realizata discretizarea cu precizie a domeniului intr-un program CAD, dupa care a fost importata in programul de calcul;

• introducerea caracteristicilor fizico-mecanice ale materialelor com­ponente si modul de analiza plana de tensiuni in domeniul neliniar;

• analiza si interpretarea rezultatelor.

Etapa de discretizare in care au fost abordate doua variante (fig. 3):

a) grinda din beton armat in varianta clasica, unde s-au folosit elemente finite triunghiulare pentru reprezentarea betonului si liniare pentru armatura longitudinala si transversala;

b) grinda din beton armat in varianta clasica, dar si dispers cu fibre metalice, utilizand elemente finite triunghiulare pentru reprezentarea betonului si liniare pentru repre­zentarea armaturii disperse (fibre metalice), respectiv a celei clasice (bare de rezistenta si etrieri). La reprezentarea fibrelor, s-a simulat un unghi de orientare a = 00, fata de centrul lor de greutate.

Introducerea caracteristicilor fizi­co-mecanice ale materialelor componente si modul de analiza plana de tensiuni in domeniul neliniar

Modelul studiat are aria sectiunii transversale A = 108 cm2 (12 x 9 cm) si lungimea de 150 cm, cu o schema statica simplu rezemata (fig. 4). Distanta dintre reazeme este de 120 cm, actionat de doua forte concentrate, dispuse la o distanta de 40 cm intre ele, cat si fata de reazeme, astfel incat pe treimea mijlocie sa se obtina un moment incovoietor constant.

Clasa betonului utilizat este C20/25, cu un modul de elasticitate longitudinal teoretic E = 3000N/mm2. Armatura este  dispersa, orientata (unghiul de orientare s-a considerat a fi egal cu a = 00), cu diametrul Ø = 1,05 mm, aria sectiunii transversale A ╗ 1 mm2, modul de elasticitate E = 210.000 N/mm2, rezistenta la rupere Rti = 200 N/mm2, lungimea lf = 50 mm.

Analiza si interpretarea rezultatelor. In urma treptelor de incercare, s-au obtinut diagramele de incarcare–deplasare (P-d), in fig. 5 si 6, pentru cele doua variante, si hartile de tensiuni aferente treptelor de incarcare (fig. 7).

Sunt prezentate cateva dintre valorile treptelor de incarcare, precum si ale deplasarilor aferente, pentru grinda din beton armat in varianta clasica (tabelul 1) si pentru cea din beton armat in varianta clasica, dar si dispers cu fibre metalice (tabelul 2). Reducerea deplasarilor pe treptele de incarcare ale grinzii din beton armat dispers cu fibre metalice, in comparatie cu deplasarile grinzii din beton armat clasic, este prezentata in tabelul 2, coloana 3.

Concluzii

Elementul liniar din beton armat dispers cu fibre metalice, comparativ cu cel din beton armat clasic, se comporta astfel:

• capacitatea de preluare a incarcarii creste cu ~2,5%, la cedarea elementului din beton armat clasic si ~7,5%, la cedarea elementului din beton armat clasic, dar si cu fibre metalice.

• deplasarea se reduce cu 0,5–2,5%.

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 33 – decembrie 2007

 

Autori:
Liviu GHERMAN,
Nicolae FLOREA,
Petru MIHAI,
Paul Ioan VODA – Universitatea Tehnica „Gh. Asachi“, Facultatea de Constructii si Instalatii Iasi

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2007/12/09/modelarea-numerica-a-betonului-armat-variantele-clasica-si-cu-fibre-metalice/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.