รอยแตกร้าว - แบบจำลองคอร์ดรับแรงดึง - การตรวจสอบ

บทนำ 

จุดแข็งของแบบจำลองคอร์ดรับแรงดึงอยู่ที่การผสมผสานที่สมดุลระหว่างความสมจริงทางกายภาพและประสิทธิภาพในการคำนวณ แบบจำลองนี้รักษากลศาสตร์พื้นฐานที่ควบคุมพฤติกรรมการแตกร้าว ได้แก่ การทำงานของแรงยึดเหนี่ยว ความไม่เข้ากันของความเครียดระหว่างเหล็กเสริมและ Concrete และสมดุล ในขณะที่ยังคงเหมาะสมสำหรับกระบวนการทำงานทางวิศวกรรมในทางปฏิบัติ

การถ่ายแรงตามแนวแกนระหว่างเหล็กเสริมและ Concrete เกิดขึ้นผ่านกลไกแรงยึดเหนี่ยวที่ทำงานผ่านปฏิสัมพันธ์แรงเฉือน ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วยอมให้เกิดการเลื่อนไถล และส่งผลให้เกิดการเสียรูปที่ไม่เข้ากันของทั้งสองส่วนประกอบ

แบบจำลองยังสามารถจับพฤติกรรมที่แตกต่างกันของ Concrete ที่มีเหล็กเสริมน้อยและมากผ่านการกำหนดสูตรของความเครียดเฉลี่ย ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการประเมินระยะห่างของรอยแตกร้าวและความกว้างของรอยแตกร้าว

แนวคิดพื้นฐานมาจากสมการ (รูปที่ 01a) สำหรับการคำนวณความกว้างของรอยแตกร้าว ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจหลักการทั้งหมด ความเครียดเฉลี่ยบนเหล็กเสริมคำนวณโดยการลบส่วนของความเครียดดึงเฉลี่ยใน Concrete และอินทิเกรตตลอดความยาวระหว่างรอยแตกร้าว 

01a) การคำนวณความกว้างของรอยแตกร้าว - สมการสำคัญ

แบบจำลอง IDEA StatiCa สำหรับ SLS พิจารณา:

• องค์ประกอบแรงยึดเหนี่ยวระหว่างเหล็กเสริมและ Concrete 
• ความไม่เข้ากันของสนามความเครียดสำหรับเหล็กเสริมและ Concrete
• ความเครียดเฉลี่ย -> การเสริมความแข็งจากแรงดึง
• รูปแบบรอยแตกร้าวที่เสถียร
  

01b) แบบจำลองคอร์ดรับแรงดึง - แบบจำลองทางกลศาสตร์และการคำนวณความกว้างของรอยแตกร้าว

พารามิเตอร์หลักของ TCM

การคำนวณความกว้างของรอยแตกร้าวเป็นกระบวนการหลายระดับที่เกิดขึ้นในเบื้องหลังของ IDEA StatiCa Detail พารามิเตอร์หลักสามตัวควบคุมความกว้างของรอยแตกร้าว:

• อัตราส่วนเหล็กเสริมที่มีประสิทธิผล
• ระยะห่างของรอยแตกร้าว
• ความเครียดเฉลี่ย

02) สมการพื้นฐานของกระบวนการทำงานสำหรับ TCM - ความกว้างของรอยแตกร้าว

ไดอะแกรมวัสดุถูกปรับตามอัตราส่วนเหล็กเสริมทั่วทั้งแบบจำลอง ซึ่งหมายความว่าสำหรับอัตราส่วนเหล็กเสริมที่แตกต่างกัน จะใช้แบบจำลองวัสดุที่แตกต่างกันสำหรับเหล็กเสริม ในกรณีของเรา อัตราส่วนเหล็กเสริมยังคงคงที่เนื่องจากการกระจายเหล็กเสริมที่สม่ำเสมอและเส้นผ่านศูนย์กลางที่สม่ำเสมอ 

03) การเปลี่ยนแปลงไดอะแกรมวัสดุสำหรับอัตราส่วนเหล็กเสริมที่แตกต่างกัน

ความสัมพันธ์ระหว่างระยะห่างของรอยแตกร้าวและอัตราส่วนเหล็กเสริมแสดงแนวโน้มแบบไม่เชิงเส้น

04) ความสัมพันธ์การพึ่งพาระยะห่างของรอยแตกร้าวกับอัตราส่วนเหล็กเสริมที่มีประสิทธิผล

คำอธิบายแบบจำลอง

แบบจำลองทดสอบที่พัฒนาขึ้นอย่างละเอียดเพื่อวัตถุประสงค์ในการประเมิน ถูกสร้างขึ้นโดยใช้คานที่มีหน้าตัดสี่เหลี่ยมขนาด 250 x 1000 มม. และความยาว 4000 มม. แบบจำลองนี้ถูกกระทำด้วยแรงตามแนวแกน 500 kN เหล็กเสริมถูกจัดเรียงอย่างมีกลยุทธ์เป็นห้าชั้นที่แตกต่างกัน กระจายตลอดความสูงของหน้าตัด โดยแต่ละชั้นประกอบด้วยเหล็กเสริมเส้นผ่านศูนย์กลาง 16 มม. จำนวนสองเส้น

05) คำอธิบายแบบจำลอง

ผลลัพธ์

06) ความเค้นสูงสุดระหว่างรอยแตกร้าวและความเครียดเฉลี่ยบนเหล็กเสริม

ระยะห่างของรอยแตกร้าวแสดงสำหรับพารามิเตอร์ s_r0 ซึ่งแทนระยะห่างของรอยแตกร้าวพื้นฐานโดยไม่มีการเฉลี่ย การคำนวณความกว้างของรอยแตกร้าวใช้ค่าความเครียดเฉลี่ยและระยะห่างของรอยแตกร้าวพื้นฐานเพื่อกำหนดความกว้างของรอยแตกร้าวที่สอดคล้องกัน 

07) อัตราส่วนเหล็กเสริม ระยะห่างของรอยแตกร้าว และความกว้างของรอยแตกร้าว

08) กราฟการเสริมความแข็งจากแรงดึงสำหรับแบบจำลองปัจจุบัน 

การคำนวณด้วยมือ

09) ข้อมูลนำเข้าและความเครียดเฉลี่ย

การกำหนดค่าเริ่มต้นสำหรับการคำนวณความกว้างของรอยแตกร้าวไม่รวมการมีส่วนร่วมของกำลังดึงของ Concrete ซึ่งแตกต่างจากผลการวิจัยที่บันทึกและเผยแพร่ในเอกสารอ้างอิง การรวมการมีส่วนร่วมของแรงดึงส่งผลให้ความกว้างของรอยแตกร้าวลดลงประมาณ 3.1% ภายใต้เงื่อนไขปัจจุบัน IDEA StatiCa Detail ไม่คำนึงถึงการมีส่วนร่วมของแรงดึงของ Concrete ระหว่างรอยแตกร้าวสำหรับ TCM ซึ่งนำไปสู่ความกว้างของรอยแตกร้าวที่มากขึ้นและแนวทางที่อนุรักษ์นิยม 

10) การตรวจสอบเชิงวิเคราะห์ความกว้างของรอยแตกร้าว

ข้อสรุปและบทสรุป

สมมติฐานพื้นฐานสำหรับแบบจำลอง SLS มีดังนี้:

• องค์ประกอบแรงยึดเหนี่ยวระหว่างเหล็กเสริมและ Concrete 
• ความไม่เข้ากันของสนามความเครียดสำหรับเหล็กเสริมและ Concrete
• ความเครียดเฉลี่ย -> การเสริมความแข็งจากแรงดึง

พารามิเตอร์สำคัญสามตัวที่มีผลต่อความกว้างของรอยแตกร้าว:

• อัตราส่วนเหล็กเสริมที่มีประสิทธิผล
• ค่าความเครียดเฉลี่ย
• ระยะห่างของรอยแตกร้าว

สำหรับแนวทาง TCM สมมติฐานเริ่มต้นไม่รวมการมีส่วนร่วมของกำลังดึงเฉลี่ยในการกำหนดความกว้างของรอยแตกร้าว แนวทางนี้เบี่ยงเบนจากสมมติฐานในเอกสารอ้างอิงที่ยอมรับ ส่งผลให้การวิเคราะห์มีความอนุรักษ์นิยมมากขึ้น อย่างไรก็ตาม การมีส่วนร่วมนั้นน้อยมาก ประมาณ 3% สำหรับแบบจำลองปัจจุบันและคอนกรีตเกรด C30/37

Attached Downloads

• TCM.zip (ZIP, 12.4 MB)