The effect of beam width and crack-depth ratio on mode I fracture toughness of RCB: an experimental and numerical study
Description
In the present work, the fracture performance of pre-cracked reinforced concrete beams was investigated numerically and experimentally. Experimental and numerical programs were designed to examine the effect of beam width, b, (120 and 250 mm) and crack-to-depth ratio, a/d, (0.1, 0.2 and 0.3) for concrete strength, fc, (40 MPa), on the behavior of stress intensity factor, K1C, and fracture energy, G, for reinforced concrete, RC, beams. The work utilized beams with three-point loading conditions experimentally. Through the use of the ANSYS program, a comprehensive 3-D finite element analysis was conducted with utmost precision to simulate and idealize all experimental specimens. It has been confirmed through numerical and experimental outcomes that the stress intensity factor for RC concrete beams experiences a significant increase as the a/d increases. Furthermore, the fracture toughness values in this study show a slight increase due to the utilization of RC concrete beams with wider width. The validity of the presented concept was demonstrated by comparing the experimentally measured load vs. deflection values to the predicted numerical values and finding them to be acceptable.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
في العمل الحالي، تم فحص أداء الكسر للعوارض الخرسانية المسلحة المتصدعة مسبقًا رقميًا وتجريبيًا. تم تصميم البرامج التجريبية والعددية لفحص تأثير عرض الحزمة، b، (120 و 250 مم) ونسبة التشقق إلى العمق، a/d، (0.1، 0.2 و 0.3) لقوة الخرسانة، fc، (40 ميجا باسكال)، على سلوك عامل شدة الإجهاد، K1C، وطاقة الكسر، G، للخرسانة المسلحة، RC، الحزم. استخدم العمل عوارض ذات ظروف تحميل ثلاثية النقاط تجريبيًا. من خلال استخدام برنامج ANSYS، تم إجراء تحليل شامل للعناصر المحدودة ثلاثية الأبعاد بأقصى قدر من الدقة لمحاكاة جميع العينات التجريبية وإضفاء الطابع المثالي عليها. تم التأكيد من خلال النتائج العددية والتجريبية على أن عامل شدة الإجهاد لعوارض الخرسانة المسلحة يواجه زيادة كبيرة مع زيادة التيار المتردد. علاوة على ذلك، تظهر قيم صلابة الكسر في هذه الدراسة زيادة طفيفة بسبب استخدام عوارض الخرسانة المسلحة ذات العرض الأوسع. تم إثبات صحة المفهوم المقدم من خلال مقارنة الحمل المقاس تجريبيًا مقابل قيم الانحراف بالقيم العددية المتوقعة وإيجادها مقبولة.Translated Description (French)
Dans le présent travail, la performance de rupture des poutres en béton armé pré-fissurées a été étudiée numériquement et expérimentalement. Des programmes expérimentaux et numériques ont été conçus pour examiner l'effet de la largeur de la poutre, b, (120 et 250 mm) et du rapport fissure/profondeur, a/d, (0,1, 0,2 et 0,3) pour la résistance du béton, fc, (40 MPa), sur le comportement du facteur d'intensité de contrainte, K1C, et de l'énergie de rupture, G, pour les poutres en béton armé, RC. Les travaux ont utilisé expérimentalement des poutres avec des conditions de chargement en trois points. Grâce à l'utilisation du programme ANSYS, une analyse par éléments finis 3D complète a été menée avec la plus grande précision pour simuler et idéaliser tous les spécimens expérimentaux. Il a été confirmé par des résultats numériques et expérimentaux que le facteur d'intensité de contrainte pour les poutres en béton RC connaît une augmentation significative à mesure que l'a/n augmente. En outre, les valeurs de ténacité à la rupture dans cette étude montrent une légère augmentation due à l'utilisation de poutres en béton RC de plus grande largeur. La validité du concept présenté a été démontrée en comparant les valeurs de charge et de déflexion mesurées expérimentalement aux valeurs numériques prédites et en les trouvant acceptables.Translated Description (Spanish)
En el presente trabajo se investigó numérica y experimentalmente el comportamiento a la fractura de vigas de hormigón armado pre-agrietadas. Se diseñaron programas experimentales y numéricos para examinar el efecto del ancho de la viga, b, (120 y 250 mm) y la relación grieta-profundidad, a/d, (0.1, 0.2 y 0.3) para la resistencia del concreto, fc, (40 MPa), sobre el comportamiento del factor de intensidad de tensión, K1C, y la energía de fractura, G, para el concreto armado, RC, vigas. El trabajo utilizó vigas con condiciones de carga de tres puntos experimentalmente. Mediante el uso del programa ANSYS, se realizó un análisis exhaustivo de elementos finitos en 3D con la máxima precisión para simular e idealizar todas las muestras experimentales. Se ha confirmado a través de resultados numéricos y experimentales que el factor de intensidad de tensión para las vigas de hormigón RC experimenta un aumento significativo a medida que aumenta el a/d. Además, los valores de tenacidad a la fractura en este estudio muestran un ligero aumento debido a la utilización de vigas de hormigón RC con mayor ancho. La validez del concepto presentado se demostró comparando los valores de carga vs. deflexión medidos experimentalmente con los valores numéricos predichos y encontrándolos aceptables.Files
3898.pdf
Files
(5.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:2eca3adffc2cf5bf070d41d85013f62a
|
5.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تأثير عرض الشعاع ونسبة عمق الشقوق على صلابة الكسر في النمط الأول من RCB: دراسة تجريبية ورقمية
- Translated title (French)
- The effect of beam width and crack depth ratio on mode I fracture toughness of RCB : an experimental and numerical study
- Translated title (Spanish)
- El efecto del ancho de la viga y la relación de profundidad de grieta en la tenacidad a la fractura en modo I de RCB: un estudio experimental y numérico
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4389914043
- DOI
- 10.3221/igf-esis.67.03