Solution of the concrete thermal creep problem by finite element method
Keywords:
exotherm, enthalpy, finite elements method.Abstract
Abstract. Recently, the strength and stiffness analysis methods of buildings and structures have been rapidly developed in the direction of consideration the actual operating conditions of structures. The article is concerned with the studying of the stress-strain state of concrete and reinforced concrete structures taking into account constrained deformations and creep. Constrained deformations often appear at a young age of concrete, and their residual effect continue to exist for a long time. The main content of the article is based on the calculation theory what concerns structures as ideal systems with elastic and plastic characteristics. In addition, in the article the authors expound the basic calculation concepts of the elastic-plastic systems what provide property to change their stress state in time. The article also considers the mathematical modeling process of full deformations of reinforced concrete structures during operation under high-temperature conditions, or taking into account the effect of exothermy within hardening massive concrete structures. In this article much attention is paid to process of realizing the creep temperature function in the finite element method to calculate buildings and structures. The results of verification of the considered creep function are presented by comparing the analytical solutions with the experimental data obtained for different values of the ambient temperature of the test samples. Particular attention is paid to the theory of the thermal and moisture content of concrete, the intensity of which depends on temperature, as well as on the elastic-instantaneous properties of some objects that depend on the concrete age. The obtained results of the research make it possible to better analyze the stress-strain state of the structures, which is caused by temperature and humidity changes of concrete, taking into account creep.References
Aleksandrovsky S.V. Raschet betonnyh i zhelezobetonnyh konstrukcij na temperaturnye i vlazhnostnye vozdejstvija (s uchetom polzuchesti) [Calculation of concrete and reinforced concrete structures for temperature and humidity effects (taking into account creep)] / Aleksandrovsky S.V. – Moscow : Strojizdat, 1966. – 443 p. (in Russian).
Harutyunyan N.H. Nekotorye voprosy teorii polzuchesti [Some questions of the theory of creep ] / Harutyunyan N.H. – Moscow : Gostehteorizdat, 1952. – 323 p. (in Russian).
Gorodetsky А.S. Komp'juternye modeli konstrukcij [Computer construction models] / А. S. Gorodetsky, I.D. Yevzerov. – Moscow : Изд-во АСВ, 2009. –360 p. (in Russian).
Tamrazyan А.G. Mehanika polzuchesti betona: monografija [Mechanics of creep of concrete: monograph ] / А.G. Tamrazyan, S.G. Yesayan. – Moscow : MGSU, 2012. – 490 p. (in Ukrainian).
ACI Manual of Concrete Practice: Part 1 – 1980. – U.S.A., American Concrete Institute, 1980. – 453 p. – (Manual).
Guide for Modeling and Calculating Shrinkage and Creep in Hardened Concrete: ACI 209.2R-08. – U.S.A., American Concrete Institute, 2008. – 48 p. – (Guide for modeling and calculating).
Bazant Z. P. Concrete creep at variable humidity: constitutive law and mechanism / Z. P. Bazant, J. C. Chern // Materiaux et constructions. – Vol. 18, № 103 – 1985. – pp. 1 – 20.
Bazant Z. P. Mathematical model for creep and thermal shrinkage of concrete at high temperature / Z. P. Bazant // Nuclear engineering and Design. -– 1982. – pp. 183 – 191.
Bazant Z. P. Mathematical Modeling of Creep and Shrinkage of Concrete / Z. P. Bazant // John Wiley & Sons Ltd. Chapter 2. – Material Models for Structural Analysis. – 1988. – pp. 98 – 215.
Bazant Z. P. Temperature effect on Concrete Creep Modeled by Microprestress-Solidification Theory / Zdenek Bazant, Gianluca Cusatis, Luigi Cedolin // Journal of engineering mechanics. – 2004. – pp. 691 – 699.
Granja J. L. Hygrometric Assessment of internal Relative Humidity in Concrete: Practical Application issues / Jose Luis Granja, Miguel Azenha, Christoph de Sousa, Rui Faria, Joaquim Barros // Journal of Advanced Concrete Technology. – Vol. 12. – 2014. – pp. 250– 265.
Naus D. J. The effect of elevated temperature on concrete materials and structures – a literature review / D. J. Naus. – Oak Ridge National Laboratory, 2008. – 186 p.
Jensen V. Relative Humidity Measured by Wooden Stick Method in Concrete Structures: Long Term Measurements and Reduction of Humidity by Surface Treatment / Viggo Jensen // 6th Int. Conf. on Durability of Concrete, ACI/Canmet. – Thessaloniki, Greece 2003.
Rust C. K. Role of Relative Humidity in Concrete Expansion due to Alkali-Silica Reaction and Delayed Ettringite Formation: Relative Humidity Thresholds, Measurement Methods, and Coatings to Mitigate Expansion: Thesis for the Degree of Master of Science in Engineering : May 2009 / Charles Karissa Rust – Texas, 2009. – 106 p.
Willam K. Thermal response of reinforced concrete structures in nuclear power plants / Kaspar Willam, Yunping Xi, Keun Lee, Byunhun Kim. – College of engineering and applied science, 2009. – 210 p.
Zhou J. Internal relative humidity distribution in concrete considering self-desiccation at early ages / Jikai Zhou, Xudong Chen, Jilan Zhang, Yan Wang // International Journal of the Physical Sciences . – Vol. 6(7). – 2011. – pp. 1604-1610.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Редакція Видання категорично засуджує прояви плагіату в статтях та вживає всіх можливих заходів для його недопущення. Плагіат розглядається як форма порушення авторських прав і наукової етики.
При виявлені у статті більш ніж 25% запозиченого тексту без відповідних посилань та використання лапок, стаття кваліфікується як така, що містить плагіат. У цьому випадку стаття більше не розглядається редакцією, а автор отримує перше попередження.
Автори, в статтях яких повторно виявлено плагіат, не зможуть публікуватися в усіх журналах Видавництва ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури».
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
