Modelling of corroded reinforced concrete beams. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF MS_Thesis_of_Hamdi_A._Al-Sakkaf.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

يعتبر تآكل حديد التسليح من أكثر المشاكل خطورة وشيوعاً التي تتعرض لها المنشآت الخرسانية المسلحة خصوصاً في المناطق الساحلية. حيث تتعرض الكمرات التي تحتوي على حديد تسليح متآكل لأضرار مختلفة تؤثر على سلوكها وقوة تحملها ، هذه الأضرار تشمل نقصان التماسك بين حديد التسليح والخرسانة المحيطة به ، تشقق الغطاء الخرساني وانفصاله ، و نقصان مساحة مقطع الحديد المتآكل وصفاته الميكانيكية. هذا البحث يقدم نمذجة ثلاثية الأبعاد بإستخدام طريقة العناصر المحدودة (FEM) في برنامج ABAQUS لمحاكاة كل الأضرار المذكورة الناتجة عن التآكل. قبل البدء بنمذجة الكمرات المعرضة للتآكل، تم إنشاء عدة نماذج لكمرة معينة بدون تآكل لغرض إختبار عدة طرق لنمذجة التماسك بين حديد التسليح والخرسانة وذلك بإستخدام التفاعل بين الأسطح الثلاثية الأبعاد لعناصر الحديد والخرسانة . أظهرت المقارنة مع النتائج التجريبية أن طريقة الترابط التماسكي (Cohesive Behavior) في برنامج ABAQUS هي الأدق في محاكاة الترابط بين الخرسانة وحديد التسليح. بعد ذلك تم تطوير النموذج وذلك بإضافة تأثير التآكل بإستخدام المعادلات التجريبية المناسبة التي تصف أضرار التآكل من الدراسات السابقة في هذا المجال . تم التحقق من النموذج عبر المقارنة مع نتائج تجريبية من عدة أبحاث سابقة لكمرات ذات حديد تسليح متآكل ذات أنواع إنهيار مختلفة (إنهيار نتيجة عزوم الإنعطاف أو قوة القص أو إنهيار نتيجة فقدان التماسك بين الحديد والخرسانة). وقد أظهرت المقارنة بين نتائج التى تم الحصول عليها من النمذجة والنتائج التجريبية لمنحنى الحمل مقابل الازاحة تشابه جيد وكانت الفروقات كا قيمة أعلى للحمل أقل من 5% لكل الحالات . في الأخير تم إجراء دراسة عوامل التأثير لإختبار تأثير أنواع أضرار التأكل ، درجة التآكل ، و أثر تغيير المنطقة المعرضة للتآكل في سلوك وقدرة تحمل الكمرات . وقد وجد أن أخطر آثار التآكل هو الفقدان الكامل للتماسك بين حديد التسيح والخرسانة لأنه يودي إلى إنهيار مفاجئ للكمرة وكأنها لاتحتوي على أي حديد تسليح بالإضافة إلى أن هذا الانهيار قد يحدث في حالات يكون التآكل فقط في منطقتي الربع الطرفي من بحور الكمرات البسيطة لأن هذه المناطق حرجة بالنسبة للتماسك . لوحظ ايضا من خلال نتائج الدراسة أن الإختلاف في درجة التآكل في الاتجاه العرضي للكمرة يسبب إزاحة جانبية عند التحميل بسبب مقطع الكمرة الغير متماثل .

English Abstract

Corrosion of reinforcement steel in reinforced concrete (RC) structure is the most common durability problem especially in coastal regions. Corroded RC beam experiences different deterioration problems that affect its load carrying capacity such as loss of bond between reinforcement bars (rebars) and the surrounding concrete, cracking or spalling of concrete cover, and loss in area and strength of the rebar. This study has developed a three-dimensional (3D) model using finite element (FE) analysis in ABAQUS to simulate corroded beams considering all corrosion-induced damages (bond loss, cracking of concrete, and reduction in steel area and strength). Prior to modeling the corroded beam, several FE models in ABAQUS constructed first for a selected un-corroded short beam to investigate different approaches for modeling the bond as 3D surface interaction without inserting additional interface elements. Comparison between FE and the experimental results of the selected beam showed that using surface-based cohesive behavior, which is a mechanical model based on traction-separation behavior, is found to be accurate for modeling the bond in 3D model of RC beams. Then, the proposed finite element model was conducted to include all damage parameters due to corrosion in the model and use the appropriate reduction empirical models available in the literature for corrosion-induced damages. Validation of the model was conducted with experimental simply supported beams, tested by other researchers, having different failure modes (flexural, shear, bond). Good matching between FE and experimental load deflection curves was observed and the difference in the ultimate load capacities was less than 5% for all cases. Finally, a parametric study was conducted to investigate the effects of different types of corrosion damages, corrosion degree, and location of the corrosion, in the behavior response and capacity of the corroded beam. Results illustrated that the most critical corrosion-induced damage is the complete loss of bond between reinforcement and the concrete as it causes sudden failure and the beam behaves as un-reinforced beam. Moreover, this failure can happen in situations where the corrosion is only at extreme quarters of the beam span, where bond is most critical at these locations. It was also noted that variation of corrosion level in the lateral direction caused lateral deflection due to the developed un-symmetry of the cross section.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering Research > Corrosion Research > Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Sharif, Alfarabi
Committee Co-Advisor:	Al-Osta, Mohammed
Committee Members:	Ahmad, Shamshad and Rahman, Muhammad and Al-Gadhib, Ali
Depositing User:	HAMDI AHMED AL-SAKKAF (g201206080)
Date Deposited:	23 Oct 2016 12:06
Last Modified:	01 Nov 2019 16:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140047