Teoria stosowana w rozwiązaniu nieliniowym nosi nazwę CDP i została opisana w podstawach teoretycznych [4]. Model materiałowy jest częścią biblioteki ABAQUS do symulacji betonu.
Symulacja została zakończona, gdy model osiągnął maksymalną nośność, a następnie przeszedł w stan plastyczny i stan pokrytyczny, co zaobserwowano na krzywej obciążenie-odkształcenie. W tym przypadku nie zastosowano żadnych predefiniowanych kryteriów zatrzymania, jak ma to miejsce w CSFM.
Założenia i właściwości modelu:
- Wykorzystuje koncepcje izotropowej sprężystości z uszkodzeniami w połączeniu z izotropową plastycznością rozciągającą i ściskającą do charakteryzowania niesprężystego zachowania betonu.
- Przeznaczony jest do zastosowań, w których beton jest poddany monotonicznym, cyklicznym i/lub dynamicznym obciążeniom przy niskich ciśnieniach bocznych.
- Składa się z kombinacji niestowarzyszonej plastyczności z wielokrotnym wzmocnieniem oraz skalarnej (izotropowej) sprężystości z uszkodzeniami, w celu dokładnego opisania nieodwracalnych uszkodzeń powstających podczas procesu pękania.
- Compression softening i tension stiffening są stosowane przy założeniu doskonałej przyczepności dla prętów zbrojeniowych modelowanych niezależnie.
- Łączna liczba węzłów: 46 003
- Łączna liczba elementów: 37 892
- 27 600 liniowych elementów sześciościennych C3D8 – pełna całkowanie, usuwanie elementów włączone
- 10 192 liniowych elementów prętowych T3D2
- Rozmiar siatki – 50 mm dla betonu i zbrojenia
- Warstwa pośrednia między więzami tylko-ściskającymi reprezentującymi grunt a betonową ławą fundamentową dostarcza informacji o stanie kontaktu i naprężeniach kontaktowych.
- Cienka warstwa o grubości 10 mm z modułem sprężystości 1 000 MPa, symulująca warstwę pośrednią dla wyników dotyczących parcia gruntu.
34) Model + zbrojenie, siatka
Modele materiałowe dla Concrete-Damage-Plasticity
Ewolucja modelu materiałowego pod wpływem ściskania wykazuje compression softening po osiągnięciu 20 MPa, natomiast w rozciąganiu przyjmuje wartość 0,2 MPa, co w przybliżeniu symuluje zerową wytrzymałość na rozciąganie. Dokładna wartość zerowa powoduje rozbieżność modelu.
35) Modele materiałowe betonu na ściskanie, rozciąganie i zbrojenia
Concrete-Damage-Plasticity - Low-Stiffness-Soil (LSS)(GMNA)
Maksymalna siła obciążająca przyłożona do modelu wynosi -2 029 kN. Minimalne (ściskające) odkształcenie wynosi -0,04 i zlokalizowane jest w miejscu styku słupa z fundamentem. Z kolei maksymalne (rozciągające) odkształcenie zidentyfikowano na dolnej powierzchni ławy fundamentowej i wynosi 0,105. Nadmierne odkształcenia ściskające zostały ocenione jako główny mechanizm zniszczenia, charakteryzujący się miażdżeniem betonu.
36) Maksymalna przyłożona siła, minimalne naprężenie główne
37) Minimalne odkształcenie plastyczne, maksymalne odkształcenie plastyczne
38) Uszkodzenie na rozciąganie, uszkodzenie na ściskanie
W odniesieniu do nośności zbrojenia, analiza została zakończona przy odkształceniu plastycznym wynoszącym 6% w prętach, odpowiadającym naprężeniu Von-Misesa równemu 439 MPa. Pręty podłużne, poprzeczne poziome strzemiona oraz pionowe ramiona strzemion są wykorzystywane w gałęzi plastycznej z wzmocnieniem diagramu. Obserwuje się jednoczesne zniszczenie zarówno zbrojenia podłużnego, jak i poprzecznego. Ta interakcja skutkuje złożonym mechanizmem zniszczenia, w którym pręty podłużne ulegają zginaniu, strzemiona są rozciągane wskutek poprzecznego zginania, a pionowe ramiona strzemion, poddane siłom ścinającym w betonie, ulegają osiowemu zerwaniu na rozciąganie.
39) Naprężenia w zbrojeniu
40) Nieliniowe ugięcia
41) Obszar kontaktu i naprężenia kontaktowe
Concrete-Damage-Plasticity – High-Stiffness-Soil (HSS)(GMNA)
Maksymalna siła obciążająca przyłożona do modelu wynosi -4 181 kN. Minimalne (ściskające) odkształcenie wynosi -0,0175, co stanowi redukcję o około 56% w porównaniu z wartościami zarejestrowanymi dla LSS. Istotna zmiana dotyczy lokalizacji tego odkształcenia, które przenosi się na dolną powierzchnię ławy fundamentowej, zamiast na styk słupa z fundamentem. Zmiana ta wynika przede wszystkim z dominacji naprężeń pionowych, które spowodowały przemieszczenie odkształcenia szczytowego. Jednocześnie maksymalne (rozciągające) odkształcenie obserwowane jest na dolnej powierzchni ławy fundamentowej i wynosi 0,0451.
Redukcja wartości odkształceń może być przypisana zwiększonej sztywności gruntu, zjawiskom ograniczenia bocznego oraz zmniejszonym odkształceniom w porównaniu z LSS. Ponadto naprężenie w stanie ograniczenia bocznego w betonie osiąga wartość -166 MPa. Odkształcenie w stanie ograniczenia bocznego uwydatnia pokrytyczne zachowanie betonu, w tym compression softening i miażdżenie betonu.
42) Maksymalna przyłożona siła, minimalne naprężenie główne
43) Minimalne odkształcenie plastyczne, maksymalne odkształcenie plastyczne
44) Uszkodzenie na rozciąganie, uszkodzenie na ściskanie
Koncentracja naprężeń jest zlokalizowana głównie pod obszarem słupa, co skutkuje podwyższonymi naprężeniami kontaktowymi wynoszącymi 3,41 MPa oraz znacznym gradientem ścinania. Stan ten zwiększa prawdopodobieństwo zniszczenia przez przebicie. Pręty zbrojenia podłużnego i strzemiona odgrywają kluczową rolę w przenoszeniu zachowania plastycznego. Zlokalizowane naprężenia powodują uplastycznienie w bezpośrednim sąsiedztwie obszaru słupa na ławie fundamentowej. Siły rozciągające w prętach zbrojeniowych, wynikające ze zginania ławy fundamentowej w obu kierunkach, w połączeniu z siłą ścinającą przenoszoną przez pionowe ramiona strzemion, przyczyniają się do manifestacji plastyczności. Główny mechanizm zniszczenia charakteryzuje się naprężeniami rozciągającymi wzdłuż prętów zbrojeniowych.
45) Naprężenia w zbrojeniu
46) Nieliniowe ugięcia
47) Obszar kontaktu i naprężenia kontaktowe