Numerical study on the influence of cover thickness and rebar spacing on effective areas in reinforced concrete ties

Abstract

Nøyaktige estimater av rissdannelse, -fordeling, -vidde og påvirkningen dette har på konstruksjoner er essensielt for å dimensjonere for tiltenkt levetid. Formålet med denne oppgaven er å gjennomføre endelige elementanalyser på strekkstaver i armert betong for å undersøke innflytelsen overdekning og senteravstand har på rissvidder og rissfordeling.

En litteraturstudie har blitt gjennomført med fokus på to områder: undersøke numeriske metoder for å estimere rissvidder og modellering av betong med elementanalyse. Som teorien tilsier er det behov for bedre metoder for rissviddeberegning og estimasjon av effektive strekksoner. Modellene har blitt validert ved å rekonstruere og bruke eksperimentene av Yannopoulos og Bresler og Bertero som referansetester. Fire modeller har blitt konstruert med ulik senteravstand og overdekning.

De numeriske resultatene fra elementanalysene støtter idéen i Eurokode 2 om at et tilfeldig tverrsnitt kan transformeres til et ekvivalent aksesymmetrisk tverrsnitt. Det er kommet frem til at overdekning og senteravstand påvirker de effektive strekksonene rundt armeringen. De effektive arealene i to av prøvene er blitt overestimert av Eurokode 2, sammenlignet med hva de numeriske resultatene indikerer.

En reduksjonsfaktor ζ er blitt utledet basert på reduksjon av heftspenninger som bidrar til strekkstivhet. I praksis reduserer faktoren den totale omkretsen av armering som bidrar til heft. Et forslag til hva ζ kan være er presentert, og er knyttet til de kjente størrelsene: overdekning og senteravstand.

Accurate predictions of crack propagation, distribution, width, and effect on structures are crucial to design for intended service life. The purpose of this thesis is to conduct finite element analyses on reinforced concrete ties to investigate the influence of cover thickness and rebar spacing on crack widths and crack spacing.

A literature review has been carried out where numerical methods of estimating crack widths as well as finite element modelling of concrete has been studied. As the theory suggests, more refined and improved methods for estimating effective tensile areas and crack width calculations are necessary. The models have been validated by reconstructing the experiments of Yannopoulos and Bresler and Bertero and using them as benchmarks. Four models have been constructed with varying rebar spacing and cover thickness.

Numerical results from the finite element analyses support the idea in Eurocode 2 that an arbitrary cross section can be transformed into an equivalent axisymmetric section. Cover thickness and rebar spacing affect the effective tensile area around rebars. The effective area of two specimens have been overestimated by Eurocode 2, compared to tension zones indicated by numerical results.

A reduction factor ζ has been derived based on the diminution of bond stress that contribute to tensile stiffening. In practice, this reduces the total perimeter of all rebars contributing to bond. A proposition has been raised for the value of ζ based on the cover thickness and rebar spacing.