تحليل مودال و غيرخطي تيرهاي بتني ترك‌خورده ومدل‌سازي اجزا محدود براي ارزيابي خسارت

Modal and Nonlinear Analysis of Cracked Concrete Beams and FE Modeling for Damage Assessment

چكيده- براي بررسي نظري و عملي تاثير افزايش خسارت بر مشخصات ديناميكي سازه‌هاي بتني كه هدف اصلي اين پژوهش است، مي‌توان مشخصات ديناميكي سازه مانند بسامد‌هاي طبيعي و شكل‌هاي مودي را با استفاده از مدل تحليلي نرم‌افزاري كه توانايي ارزيابي سامانه با وجود ترك، به‌ويژه ترك‌هاي خمشي را داشته باشد، به‌دست آورد. در اين پژوهش براي دست‌يابي به اين مدل، نمونه‌هاي آزمايشگاهي در آزمايشگاه با مدل تحليلي اجزا محدود مناسب، مدل‌سازي و نتايج آن با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شده است. اين نمونه‌ها شامل تيرهاي بتني مسلح و پيش‌تنيده‌اي است كه در آزمايشگاه ساخته شده‌ است. در اين مقاله براي آشنايي با نكات خاص مربوط به تحليل استاتيكي غيرخطي و تحليل ديناميكي (مودال) براي اعضاي بتن‌آرمه خسارت‌ديده، چگونگي مدل‌سازي تحليلي يكي از اين نمونه‌ها نشان داده شده است. در اين پژوهش، مدل‌سازي اجزا محدود با دو پيچيدگي همراه شده است؛ نخست، ماهيت مدل‌سازي ماده‌اي مانند بتن است كه با وجود ترك‌خوردگي و ساختار حاكم بر شكست بتن از يك روند غيرخطي تبعيت مي‌كند و امري پيچيده و حساس است؛ دوم، رفتار چندگانه بتن و فولاد به‌ويژه در كنار هم، بر دشواري مدل‌سازي افزوده و نياز به رعايت بسيار دقيق نكات را ايجاد مي‌كند. اين مطالعه نكات ويژه‌اي دارد كه ارايه آن‌ها طي اين مقاله مي‌تواند براي مطالعات مشابه مفيد باشد؛ بنابراين نخست نرم‌افزار اشاره شده معرفي و موارد لازم و مهم براي استفاده از آن گفته خواهد شد و سپس روند مدل‌سازي عضو بتن‌آرمه و مقايسه نتايج به‌دست‌آمده با آزمايش، ارايه خواهد شد.

Abstract: For theoretical and practical investigation of damage increase on dynamic characteristics of concrete structures can use analytical model to extract dynamic characteristics such as natural frequency and mode shape. In this research, results of experimental and finite element analytical model for various specimens were compared. These specimens include RC beams and pre-stress concrete beams that constructed in laboratory. In this paper, one of the specimens was modeled for showing how modeling cracked concrete beams and specials notes related to nonlinear static analysis and modal analysis. In test case, damages are produced step-by-step applying the static load and modal characteristics of the specimen are measured via modal test immediately after loading step. However, in finite element modeling case is two complicated problems. Firstly, because concrete is a composite material, modeling of cracked concrete is very difficult. Secondly, in RC structures, both the concrete and steel have nonlinear behavior. Results of this research include peculiar notes that can be useful for other similar researches