Finite element analysis of bond behavior in a steel reinforced concrete structure strengthened carbon fibre reinforced polymer (CFRP) strips

Análisis por elementos finitos del comportamiento de la adherencia en una estructura de hormigón reforzado con acero reforzada con tiras de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP)

El artículo trata del análisis de la influencia del polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) en la distribución de tensiones en una viga de hormigón reforzado con acero cargada mediante un ensayo de flexión en cuatro puntos. La simulación de la delaminación se modela mediante MEF con un modelo de material de zona de cohesión. También se analiza la distribución de grietas con refuerzo de CFRP. Por último, el análisis de las pruebas de fatiga se realizó para la probeta de acero (W.Nr. 1.0429 - acero para hormigón), que se utilizó en la viga de hormigón armado. Los resultados de las pruebas de fatiga se utilizan para trazar la curva de vida a fatiga.

INTRODUCCIÓN

En las últimas décadas, el uso de materiales compuestos para reforzar y reparar estructuras de hormigón ha adquirido una importancia significativa en la ingeniería civil [1-3]. Existe un gran número de materiales de construcción nuevos e innovadores en el mercado. Para evitar un impacto drástico de los materiales de construcción ahora o en el futuro, estos materiales, así como su fabricación y uso, deben cumplir las normas ecológicas. La tendencia a desarrollar nuevos materiales de construcción no se caracteriza por inventar algo nuevo, sino por mejorar algo existente desde hace tiempo. El objetivo de este estudio es crear un modelo para simular un experimento de carga de flexión en cuatro puntos de una viga de hormigón armado con y sin polímero reforzado con fibra de carbono.

SIMULACIÓN FEM DE UNA VIGA DE HORMIGÓN ARMADO

En nuestro laboratorio se realizaron mediciones experimentales de la flexión en cuatro puntos de una viga de hormigón armado. La figura 1 muestra el contacto entre la carga y la viga, así como el contacto entre los soportes y la viga. La superficie que representa la mitad del perfil de la viga en T se divide en zonas más pequeñas, cuyos límites se utilizarán posteriormente para crear una malla de elementos de enlace/viga que forman la armadura de acero. Para la discretización de la armadura de acero se ha utilizado el elemento Solid65. Las dimensiones de las vigas de tamaño natural son 3600 mm x 350 mm x 400 mm y la luz entre los apoyos era de 3310 mm. Además, la parte inferior de la viga incluye una ranura fresada en la capa de recubrimiento. 

La ranura tiene 4 mm de anchura, 20 mm de profundidad y 3 000 mm de longitud, y está colocada simétricamente en relación con el plano transversal de simetría de la viga (figura 2).

MODELIZACIÓN DE LA LAMELA Y SU UNIÓN CON EL HORMIGÓN

La unión de la lamela con el hormigón se modela utilizando los elementos de contacto conta173 ble, considerando el contacto con unión adhesiva (bonded always contact), y utilizando un modelo de material cohesivo (CZM - Cohesive Zone Material).