Numerical simulation of chemo-mechanical degradation of concrete and its impact on RC structures bearing capacity

• Autorzy: Zaborski A.

Warianty tytułu

PL

Numeryczna symulacja chemomechanicznej degradacji betonu i jej wpływu na nośność konstrukcji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

W niniejszej pracy analizuje się sprzężenie chemiczno-mechanicznego uszkodzenia materiału poprzez symulacje numeryczne procesów transportu i degradacji materiału. Transport substancji agresywnych opisany został równaniami dyfuzji z członem źródłowym określonym równaniem stechiometrycznym i stałą szybkości reakcji. Degradację betonu określa skalarny parametr uszkodzenia z równaniami ewolucji uszkodzenia chemicznego i mechanicznego. Do rozwiązania równań dyfuzji zastosowano automaty komórkowe, otrzymując warstwice koncentracji substancji i parametru zniszczenia. Nośność rezydualna przekroju została oszacowana na podstawie numerycznej symulacji testów niszczących, uzyskując obraz zmieniających się krzywych interakcji sił przekrojowych. Numeryczna symulacja potwierdziła wpływ synergicznego oddziaływania obciążenia mechanicznego i środowiskowego na degradację betonu oraz spadek nośności przekroju żelbetowego.

Słowa kluczowe

EN

concrete; concrete corrosion; chemo-mechanical degradation; chemical degradation; mechanical damage; numerical simulation; building material

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Architectura
• Rocznik: 2014
• Tom: 13
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.19-29,fig.,ref.

Twórcy

autor

Zaborski A.

• Institute of Structural Mechanics, Cracow University of Technology, 24 Warszawska St., 31-155 Krakow, Poland

Bibliografia

• Bangert F., Grasberger S., Kuhl D., Meschke G., 2003. Environmentally induced deterioration of concrete: physical motivation and numerical modeling. Engng. Fracture Mech. 70, 891-910.
• Banthia N., Biparva A., Mindess S., 2005. Permeability of concrete under stress. Cem. Concr. Res. 35, 1651-1655.
• Bazant Z.P., 1988. Material models for structural creep analysis. In: Mathematical modeling of creep and shrinkage of concrete. Wiley, New York, 99-215.
• Biondini F., Bontempi F., Frangopol D.M., Malerba P.G., 2004. Cellular automata approach to durability analysis of concrete structures in aggressive environments. J. Struct. Engng. 130, 11, 1724-1737.
• Cervera M., Olivier J., Prato T., 1999. Thermo-chemo-mechanical model for concrete. II: Damage and creep. J. Engng. Mech. 125, 9, 1028-1039.
• Choinska M., Khelidj A., Chatzigeorgiou G., Pijaudier-Cabot G., 2007. Effects and interactions of temperature and stress-level related damage on permeability of concrete. Cem. Concr. Res. 37, 79-88.
• Comi C., Kirchmayr B., Pignatelli R., 2012. Two-phase damage modeling of concrete affected by alkali-silica reaction under variable temperature and humidity conditions. Int. J. Solids Struct. 49, 3367-3380.
• Fafard M., Boudjelal M.T., Bissonnette B., Cloutier A., 2001. Three-dimensional viscoelastic model with nonconstant coefficients. J. Engng. Mech. 127, 808-815.
• Glasser F.P., Marchand J., Samson E., 2008. Durability of concrete - degradation phenomena involving detrimental chemical reaction. Cem. Concr. Res. 38, 226-246.
• Kattan P.L., Voyiadjis G.Z., 2001. Decomposition of damage tensor in continuum damage mechanics. J. Engng. Mech. 129, 940-944.
• Kuhl D., Bangert F., Meschke G., 2004. Coupled chemo-mechanical deterioration of cementitious materials. Part I: Modeling. Int. J. Solids Struct. 41, 15-40.
• Le Bellégo C., Gérard B., Pijaudier-Cabot G., 2000. Chemo-mechanical effects in mortar beams subjected to water hydrolysis. J. Engng. Mech. 126, 3, 266-272.
• Meschke G., Grasberger S., 2003. Numerical modeling of coupled hygromechanical degradation of cementitious materials. J. Engng. Mech. 129, 4, 383-392.
• Nguyen V.H., Nedjar B., Torrenti J.-M., 2007. Chemo-mechanical coupling behavior of leached concrete. Part II: Modelling. Nucl. Engng Des. 237, 2090-2097.
• Papanikolaou V.K., 2012. Analysis of arbitrary composite sections in biaxial bending and axial load. Comp. Struct. 98-99, 33-54.
• Pouya A., Vu M.-N., Ghabezloo S., Bendjeddou Z., 2013. Effective permeability of cracked unsaturated materials. Int. J. Solids Struct. 50, 3297-3307.
• Saetta A., Vitaliani R., 2004. Experimental investigation and numerical modeling of carbonation process in reinforced concrete structures. Part I: Theoretical formulation. Cem. Concr. Res. 34, 571-579.
• Saetta A., Scotta R., Vitaliani R., 1998. Mechanical behavior of concrete under physical-chemical attacks. J. Engng. Mech. 124, 10, 1100-1109.
• Saetta A., Scotta R., Vitaliani R., 1999: Coupled environmental-mechanical damage model of RC structures. J. Engng. Mech., 125, 8, 930-940.
• Samson E., Marchand J., 2007. Modeling the transport of ions in unsaturated cement-based materials. Comp. Struct. 85, 1740-1756.
• Samson E., Marchand J., Beaudoin J.J., 1999. Describing ion diffusion mechanisms in cement-based materials using the homogenization technique. Cem. Concr. Res. 29, 1341-1345.
• Samson E., Marchand J., Beaudoin J.J., 2000. Modeling the influence of chemical reactions on the mechanisms of ionic transport in porous materials. Cem. Concr. Res. 30, 1895-1902.
• Samson E., Marchand J., Snyder K.A., Beaudoin J.J., 2005. Modeling ion and fluid transport in unsaturated cement systems in isothermal conditions. Cem. Conr. Res. 35, 141-153.
• Schneider U., Chen S.-W., 1998. The chemomechanical effect and the mechanochemical effect on highperformance concrete subjected to stress corrosion. Cem. Concr. Res. 28, 4, 509-522.
• Schneider U., Chen S.-W., 2005. Deterioration of high-performance concrete subjected to attack by the combination of ammonium nitrate solution and flexure stress. Cem. Concr. Res. 35, 1705-1713.
• Torrenti J.M., Nguyen V.H., Colina H., Le Maou F., Benboudjema F., Deleruyelle F., 2008. Coupling between leaching and creep of concrete. Cem. Concr. Res. 38, 816-821.
• Werner K.-C., Chen Y., Odler I., 2000. Investigations on stress corrosion of hardened cement pastes. Cem. Concrete Res. 30, 1443-1451.
• Xi Y., Willam K., Frangopol D.M., 2000. Multiscale modeling of interactive diffusion processes in concrete. J. Engng. Mech. 126, 3, 258-265.
• Zaborski A., 1995. Corrosion of reinforced concrete due to stress-assisted diffusion. Arch. Civ. Engng. 41, 447-460.
• Zaborski A., 2010. Application of cellular automat simulation to concrete corrosion damage under loading (in Polish). Czas. Tech. 107, 9, 147-160.
• Zaborski A., 2012. Numerical simulation of concrete corrosion impact on the RC elements bearing capacity (in Polish). Ochrona przed Korozją 6, 279-281.