Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete Beams without Shear Reinforcement

I denne oppgaven ble ikkelineær elementmetode brukt som et verktøy til å reflektere oppførselen til armerte betongbjelker med ulik geometri numerisk. Elementmetodeprogrammet som ble brukt var DIANA med versjon 10.4, da dette programmet har mange numeriske modeller som representerer ulike egenskaper i armert betong. Hovedmålet med denne oppgaven var å undersøke stabiliteten og nøyaktigheten til numeriske modeller for flere ulike bjelkegeometrier, uten å endre modellene mellom bjelkegeometriene. I 2018 ble et eksperiment på strekkarmerte betongbjelker av varierende høyde og lengde gjennomført (Suchorzewski et al., 2018). Bjelkene var fritt opplagt med to punktlaster, som dermed resulterte i en firepunkts lastpåkjennelse. Testene ble gjennomført i to serier, hvor bjelkehøyden ble skalert i den første serien, og bjelkelengden ble skalert i den andre serien. Det var tre forskjellige geometrier i hver serie, men seriene hadde én felles geometri, som resulterte i at totalt fem forskjellige geometrier skulle bli simulert numerisk. Som følge av de varierende bjelkegeometriene ble tre ulike bruddmekanismer observert, nemlig momentbrudd, skjærstrekk og skjærtrykk. Dermed ga eksperimentet gode muligheter til å undersøke hvordan ulike numeriske modeller klarte å representere armerte betongbjelker med varierende geometrier og bruddmekanismer. De numeriske modellene var begrenset til å være lokale, “smeared”, totaltøynings-baserte rissmodeller. I tillegg var de numeriske modellene forenklet ved at kun elementer med 2D plan spenning ble brukt, samt symmetri-randbetingelser. Modelleringsvalgene i denne oppgaven kan deles inn i to kategorier, de konstante og de varierende. De konstante modelleringsvalgene, altså de som var felles i alle analysene, ble i stor grad preget av forskningsartikler og retningslinjer for ikkelineære analyser av armert betong. De varierende modelleringsvalgene omhandlet innflytelsen av ulike modeller for den resterende skjærstivheten i riss, ulike rissmodeller og “tension stiffening”. Derved inneholder denne masteroppgaven tre delundersøkelser som analyserer effekten av de varierende modelleringsvalgene. De ulike modellene for skjærstivhet i riss besto av den skadebaserte, Al-Mahaidi og den tilslagsbaserte modellen. Den numeriske oppførselen varierte stort mellom modellene, og de viste ulike styrker og svakheter. I den andre analysen ble den roterende rissmodellen, den ikke-roterende rissmodellen og tre variasjoner av terskelverdien til den roterende til ikke-roterende rissmodellen. Det viste seg at den roterende til ikke-roterende rissmodellen hadde en oppførsel og kapasitetsestimering som kan sies å være i mellom den roterende og ikke-roterende modellen. Dermed, ettersom verken den roterende eller ikke-roterende modellen klarte å gi konsistente og presise simuleringer av alle bjelkene, klarte heller ikke den roterende til ikke-roterende modellen dette. I den tredje og siste analysen ble påvirkningen av tension stiffening analysert. Inkluderingen av denne effekten forbedret de numeriske estimeringene for noen av bjelkene, men ikke alle. Summert sett var ingen av de numeriske modellene overlegne. Resultatene viste heller at brukbarheten til de ulike numeriske modellene varierte for ulike geometrier og bruddmekanismer. Dermed ble også konklusjonen at ingen av de numeriske modellene som ble brukt i denne oppgaven klarte å gi gode nok estimater for alle variasjonene av geometrier og bruddmekanismer vist i eksperimentet