Aνάλυση πολλαπλών κλιμάκων σε δοκίμια σκυροδέματος οπλισμένα με ίνες χάλυβα. - Πετρόπουλος, Μάρκος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2016)
Στην παρούσα εργασία γίνεται ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία(FEM)σε δοκίμια σκυροδέματος οπλισμένα με ίνες χάλυβα και μελετάται η επιρροή των ινών χάλυβα στα μηχανικά χαρακτηριστικά και στην εξέλιξη της βλάβης του σκυροδέματος. Η κύρια διαδικασία συνίσταται στη σύνθεση και δισδιάστατη(2D) ανάλυση 4 κυβικών δοκιμίων από σκυρόδεμα(15x15x15 εκ)σε υπολογιστικό πρόγραμμα.Τα υλικά που αποτελούν τη σύνθεση του σκυροδέματος είναι τσιμέντο,νερό,αδρανή υλικά και ίνες χάλυβα.Η θεωρητική σύνθεση είναι όμοια για τα 4 δοκίμια,ενώ μεταβάλλεται το ποσοστό των ινών κατ’όγκο.Το πρώτο δοκίμιο δε φέρει ίνες ,το δεύτερο δοκίμιο φέρει ίνες(μήκους l=30mm και πάχους d=0.8mm),ενώ το τρίτο και το τέταρτο δοκίμιο φέρουν ίνες (μήκους l=30mm και πάχους d=1mm) σε μεγαλύτερο ποσοστό ινών κ.ο.Τα αδρανή υλικά έχουν γραμμικώς ελαστική συμπεριφορά,ενώ η τσιμεντόπαστα ακολουθεί ισότροπο μοντέλο βλάβης. Aρχικά έγινε ο ορισμός των υλικών,των μηχανικών χαρακτηριστικών και των διατομών των επι μέρους συστατικών του σκυροδέματος.Επιλέχθηκαν αδρανή υλικά από διάφορες κατηγορίες με διατομές 4,8,16,31.5mm . Μετέπειτα,έγινε εισαγωγή των επι μέρους συστατικών στο δοκίμιο με βάση τις συνθέσεις που αναφέρθηκαν προηγουμένως για κάθε δοκίμιο και στη συνέχεια έγινε η συγχώνευση(merge) των συστατικών στο δοκίμιο. Συγκεκριμένα,όσον αφορά τις ίνες χάλυβα ακολουθήθηκε η διαδικασία του ενσωματωμένου στοιχείου(embedded element technique)κατά την οποία οι ίνες επιλέγονται ως ομάδα (embedded element)και ενσωματώνονται στην τσιμεντόπαστα(host element).Mε αυτόν τον τρόπο δεσμεύονται οι μεταφορικοί βαθμοί ελευθερίας κίνησης των ινών σε σχέση με τους αντίστοιχους της μήτρας (host element). Εξάλλου επιβληθηκαν συνοριακές συνθήκες σε κάθε δοκίμιο.Συγκεκριμένα στη κάτω πλευρά του κάθε δοκιμίου επιβλήθηκε πάκτωση που δεσμεύει τις οριζόντιες και κατακόρυφες μετακινήσεις και τη στροφή(δισδιάστατη κατάσταση).Tελικώς, έγινε ανάλυση σε περίπου 6600 πεπερασμένα στοιχεία(FEM) πολύπλευρου σχήματος(quadratic) και τύπου plane stress(επίπεδης τάσης). Τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε μονοαξονική θλίψη και μονοαξονικό εφελκυσμό.H παραμόρφωση επιβλήθηκε στη άνω πλευρά του κάθε δοκιμίου, και υπολογίστηκε το διάγραμμα τάσεων-τροπών(σ-ε) του δοκιμίου και ο συντελεστής βλάβης D της τσιμεντόπαστας. Τα αριθμητικά αποτελέσματα της ανάλυσης επαλήθευσαν τη συμπεριφορά του ινοπλισμένου σκυροδέματος όπως περιγράφεται στη θεωρία. To διάγραμμα τάσεων-τροπών(σ-ε)υπο μονοαξονική θλίψη του άοπλου δοκιμίου με αντίστοιχο που προέκυψε από πειραματική διαδικασία.Η απόκλιση στην θλιπτική αντοχή και στην παραμόρφωση θραύσης από θλίψη ήταν μικρή,αλλα η εξέλιξη της βλάβης του σκυροδέματος ήταν ταχεία. Η προσθήκη ινών επέφερε μικρή αύξηση της θλιπτικής αντοχής και μεγάλη αύξηση της εφελκυστικής αντοχής όπως ήταν αναμενόμενο. Η προσθήκη των ινών χάλυβα στο δοκίμιο επέφεραν αύξηση της παραμόρφωσης θραύσης του σκυροδέματος και μικρή βελτίωση της πλαστιμότητας.Εξάλλου,υπήρξε αύξηση του ισοδύναμου μέτρου ελαστικότητας της τσιμεντόπαστας μετά την παραμόρφωση θραύσης,που συνεπάγεται επιβράδυνση της εξέλιξης της βλάβης του σκυροδέματος.