Estudio numérico sobre elementos de sección circular RC existentes bajo colisión de impacto desigual

May 25, 2024

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 14793 (2022) Citar este artículo

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Los accidentes de tráfico y los incidentes relacionados con el descarrilamiento de trenes se han producido con más frecuencia que nunca en los últimos años, lo que ha provocado algunos daños económicos y víctimas. Las construcciones de hormigón armado (CR) a menudo implican accidentes de trenes y vehículos descarrilados. Rara vez se han estudiado este tipo de colisiones laterales en estudios anteriores. Para hacer esto, en este artículo se crean modelos de elementos finitos (FE) basados ​​​​en simulación de alta fidelidad para simular con precisión la colisión de miembros circulares RC con un tren descarrilado. La estructura de elementos de hormigón armado es común en las estaciones de trenes de alta velocidad. La energía de impacto del cuerpo de impacto es significativa y provoca la falla del miembro estructural. Analiza el comportamiento dinámico de elementos de hormigón armado sometidos a cargas de impacto de luz desigual. Las implementaciones numéricas de los problemas de impacto se discuten desde la perspectiva de las propiedades geométricas, de contacto y de los materiales. La confiabilidad y precisión del código ABAQUS para resolver problemas de impacto se verifican comparando los resultados experimentales del historial de modos de falla, impacto y tiempo de deflexión. Al analizar las características de respuesta al impacto, se utilizaron las variables de control para estudiar el proceso y el modo de falla (incluidas las características de las fuerzas de impacto y reacción, la curva histórica del tiempo de deflexión, la curva de fuerza de impacto-deflexión y la curva de fuerza de reacción-deflexión del rodamiento). La relación de refuerzo, la velocidad de impacto, la resistencia del hormigón y la relación de esbeltez afectan significativamente el patrón y el desarrollo de las fisuras por cortante. Los cambios en la velocidad del impacto y la relación de esbeltez también afectan los modos de falla del miembro.

Las estructuras de hormigón armado son susceptibles a sufrir impactos durante el uso normal o desastres naturales, como el impacto de varios vehículos en los pilares de pasos elevados urbanos y puentes peatonales, el impacto en las columnas de los estacionamientos interiores, el impacto de los barcos en los pilares de los puentes, la infraestructura de los muelles, y también un tren descarrilado en el edificio de la estación de metro. Estos impactos a veces no sólo provocan daños locales en la estructura, sino que incluso pueden provocar el colapso de todo el edificio, lo que provoca víctimas y pérdidas económicas incalculables. Las estructuras de hormigón armado frecuentemente estarán sujetas a cargas repentinas como impactos, terremotos y explosiones durante su vida útil.

La resistencia, la deformación, la elasticidad y el efecto de confinamiento se ven influenciados por los cambios en la sección transversal, el refuerzo y la relación ancho-espesor de los miembros bajo las cargas de impacto lateral1,2,3,4. Ha habido alguna investigación sobre estos factores en la literatura anterior. Se estudiaron los efectos de los parámetros de forma geométrica (secciones circulares, hexagonales, rectangulares y cuadradas)5,6,7,8,9 sobre las propiedades materiales de los tubos huecos de acero y probetas CFST sometidos a ensayos de compresión axial10,11,12. ,13,14,15,16. Los resultados mostraron que las muestras circulares son las muestras ideales a partir de los valores de tensión axial y ductilidad.

Hu et al.17 estudiaron los efectos de confinamiento de columnas tubulares de acero rellenas de hormigón sometidas a compresión axial debido al cambio de forma de la sección. El tubo de acero circular tiene un mayor efecto de confinamiento sobre el hormigón que la sección cuadrada. Es menos propenso al pandeo local, especialmente cuando la relación ancho-espesor de la sección transversal es relativamente pequeña. Se puede encontrar que las columnas huecas de hormigón armado con la misma área de sección transversal son menos propensas a la torsión que las columnas sólidas de hormigón armado debido a su rigidez torsional relativamente grande. La estabilidad estructural se puede mejorar efectivamente cuando se somete a cargas externas18.

Mientras tanto, las columnas de hormigón armado con formas especiales normalmente podrían cumplir con los requisitos de las funciones del edificio. Los modos de falla de elementos de hormigón armado bajo impacto lateral son bastante diferentes. El modo de falla de las vigas de concreto reforzado cambia gradualmente de falla por flexión a falla por corte a medida que aumenta la velocidad del impacto19,20,21; se generarán grietas diagonales especialmente severas y fallas por corte por punzonamiento se formarán en el lugar del impacto en el medio de la muestra con un corto período de tiempo. momento en el que sufre un impacto a alta velocidad22,23.

Mientras que los miembros de hormigón armado generalmente producen una gran deformación por deflexión en el punto de impacto con una posición de carga de impacto desigual, y la grieta por flexión ocurre con la barra de refuerzo de acero1,2,3,24,25.

Además, otro estudio examina cuán efectivo es el refuerzo de corte como estrategia de rehabilitación para losas "postensadas" de PT que han sido dañadas por la caída de rocas. Después del accidente, se reconstruyeron ambas losas reemplazando los componentes dañados e instalando tirantes de corte para evitar futuros colapsos.

Después de las reparaciones se realizó la prueba de impacto y se midieron tanto la capacidad de corte por punzonamiento como las tensiones normales26. La explosión en Beirut el 4 de agosto de 2020 se considera un caso de estudio de una técnica de ingeniería estructural que utiliza el modelado computacional no lineal de elementos finitos de los silos.

Este estudio tiene como objetivo evaluar la respuesta estructural de los silos de cereales a enormes cargas explosivas. El tamaño de la explosión se define como la magnitud del modelo informático que causa el mismo daño al silo y balanceo que se observa en el sitio. Además, se han evaluado los daños a los silos en pie y Yehya Temsah et al.27 han aportado sugerencias concluyentes. En el pasado se han realizado estudios experimentales, analíticos y numéricos para determinar el comportamiento de las columnas RC bajo las cargas de impacto provocadas por colisiones de vehículos. La relación constitutiva (nivel de material) bajo carga de material dinámico es importante para el análisis numérico. Existe una diferencia significativa entre las propiedades mecánicas de las barras de acero sometidas a cargas dinámicas y estáticas. El acero tiene un efecto obvio en la tasa de deformación bajo carga dinámica.

Para describir el efecto de la tasa de deformación de las barras de acero bajo carga dinámica, los académicos han propuesto diferentes modelos constitutivos de barras de acero considerando el efecto de la tasa de deformación. Entre ellos, el modelo Cowper-Symonds28 y el modelo Johnson-Cook29 son ampliamente reconocidos por los académicos. Una vez que la tasa de deformación es inferior a un cierto valor crítico, el crecimiento de la resistencia a la compresión disminuye, y cuando la tasa de deformación excede este valor crítico, la tasa de crecimiento de la resistencia a la compresión aumenta rápidamente. Atchley y Furr30 realizaron pruebas de compresión dinámica y estática en cilindros de concreto y encontraron que la resistencia última no aumenta cuando la tasa de deformación alcanza un cierto nivel.

Wu et al.31 y Yan y Lin32 encontraron que la superficie de la grieta de tracción del hormigón se desarrolla más recta bajo cargas variables rápidas, lo que obliga a la grieta a pasar a través de áreas con mayor resistencia, como los agregados. Por lo tanto, se requiere un nivel de tensión más alto para provocar que la muestra falle. Todavía existe la misma controversia con respecto al efecto de la velocidad de deformación de la resistencia dinámica a la tracción del concreto. Cotsovos y Pavlovic33 creen que el aumento de la resistencia a la tracción a altas velocidades de deformación está relacionado con el efecto inercial de la estructura más que con el comportamiento real del material. Lu y Li34 demostraron mediante simulaciones numéricas que el modelo no aumentó la resistencia debido al aumento en la tasa de deformación. Por tanto, el aumento de la resistencia a la tracción del hormigón observado en el ensayo dinámico es el comportamiento real del material.

Liu y cols. examinó la respuesta dinámica y el modo de falla de los miembros de concreto reforzado. El refuerzo de FRP puede modificar el modo de falla de los miembros tanto en el análisis experimental como en el de elementos finitos. Después de ser envueltos en capas de FRP, la falla por corte de los miembros RC se convierte en una falla por flexión4. Abas et al. Estudió la respuesta de cuatro miembros cuadrados RC a una fuerza lateral. Se sugirió un modelo de elementos finitos para predecir las respuestas al impacto de los miembros del CR. Los resultados podrían mejorar la resistencia al daño de los elementos RC3.

Cai et al.35 utilizaron ABAQUS para simular la respuesta dinámica de 7 elementos de hormigón armado con un tamaño de sección de 150 mm × 150 mm bajo cargas de impacto horizontal de baja velocidad. Los autores estudiaron el efecto de la masa y la velocidad del impacto sobre el modo de falla de los miembros. Se encuentra que el efecto de inercia tiene un impacto significativo en la resistencia al impacto del miembro. Shen et al.36 utilizaron modelos de elementos finitos para analizar y reproducir el accidente de impacto lateral de la barcaza del puente y examinar sus causas. Los hallazgos de FE sugirieron que el puente colapsó debido a una falla por flexión de la base de pilotes longitudinales, lo que coincidió con el estudio de campo. Los impactos laterales son peores que los choques frontales y oblicuos.

Además, utilizando las muestras probadas y muestras comparables disponibles en la literatura3,4, se desarrollaron y verificaron los modelos de elementos finitos (FE) de los miembros del RC. Los efectos de la relación de refuerzo longitudinal y estribos, la velocidad de impacto, la resistencia del hormigón y la relación de esbeltez sobre los parámetros de respuesta dinámica de los miembros RC bajo cargas de impacto lateral desiguales se investigaron más a fondo utilizando los modelos verificados. Los hallazgos del estudio contribuirán al desarrollo de códigos de diseño para miembros de RC sujetos a cargas de impacto desiguales.

Esta investigación explora el estudio numérico de la respuesta dinámica de los miembros circulares RC existentes y el mecanismo de falla bajo una colisión de tren de impacto desigual con los resultados experimentales informados en el trabajo del autor37. Para mayor claridad, la Tabla 1 describe las propiedades concisas de las muestras. Las deformaciones se consideran durante la simulación tal como se observan en situaciones prácticas.

Comenzando con el cuerpo de impacto y las probetas y terminando con el daño de las probetas, esta parte profundiza en el proceso de desarrollo de fisuras de cada probeta, utilizando las diferentes explicaciones sobre modos de fisura del artículo experimental37. Las siguientes figuras representan la forma de desarrollo de la grieta capturada por una cámara de alta velocidad para cada muestra y describen dónde se desarrolla la grieta. Sólo se pudo obtener imágenes del lado derecho de la muestra debido a la limitación de la distancia de obtención de imágenes (es decir, región de extensión corta). La primera grieta del impacto era difícil de observar y estaba marcada con flechas. La flecha apuntaba en la misma dirección que la grieta. La cámara de alta velocidad documentó la destrucción de cada miembro en la Fig. 1. Como se muestra en la figura, todas las muestras fallan bajo corte, con el extremo superior de la superficie de falla cerca del punto de impacto y el extremo inferior dependiendo de las características de la muestra.

Proceso de desarrollo de grietas YH1.

La superficie de falla de YH1 está más alejada del fondo del soporte cercano. La muestra está gravemente dañada, pero sólo entre el punto de impacto y la superficie dañada. La superficie de falla de YH2 desaparece por completo en la parte inferior del soporte y la grieta continúa dentro del soporte. Así, después de la colisión, el hormigón queda gravemente dañado y aplastado, y la parte fija del soporte es empujada hacia fuera una cierta distancia. La superficie de falla inferior de YH3 se encuentra dentro del tramo de corte, más cerca del soporte que YH1. El hormigón desde el lado derecho hasta la superficie de falla se derrumbó, pero las barras de acero se mantuvieron firmes. La superficie de falla de la grieta YH4 se expandió y el concreto inferior de la muestra se partió longitudinalmente. El hormigón entre el punto de impacto y el soporte se hizo añicos en el lado derecho del punto de impacto. La barra de acero empuja el soporte a cierta distancia, aplastando el hormigón entre el punto de impacto y el soporte y agrietando gravemente el hormigón expulsado en el soporte. Las superficies de falla de YH2 y YH4 desaparecen por completo en la parte inferior del soporte y la grieta continúa dentro del soporte. Zhao et al.38 postularon que las grietas por corte podrían ocurrir de tres maneras en vigas esbeltas con una relación de fuerzas de corte significativa.

La altura del impacto y la relación de refuerzo pueden disminuir el daño a la muestra. El aumento de la relación de estribos tiene poca influencia en el impacto inicial sobre la muestra, pero puede reducir el grado de aplastamiento del hormigón. El experimento muestra que el ángulo de la grieta de corte está relacionado con la rigidez de la muestra y la velocidad de impacto.

Aproveche ABAQUS para simular los resultados del experimento. Se ocupa principalmente del análisis dinámico no lineal y proporciona funciones para el análisis estático como efecto secundario. Estos campos se centran principalmente en el análisis estructural, conocido por su gran precisión en la simulación y el cálculo y su capacidad para predecir posibles resultados.

Se utilizó el programa de análisis de elementos finitos ABAQUS (revisión 2020) para modelar el comportamiento no lineal de elementos de carga de impacto lateral desiguales. Los objetivos principales del FEM son introducir una herramienta alternativa que pueda usarse en análisis o diseño y verificar los trabajos experimentales. La simulación de elementos finitos constó de tres etapas. La primera etapa define el módulo, el ensamblaje y la geometría de la malla. La segunda etapa considerará todas las propiedades de definición del modelado de materiales, el contacto de interacción y las condiciones de contorno. Luego, seleccione los campos de búsqueda de salida de acuerdo con los parámetros de investigación en la tercera etapa.

Para simular el comportamiento del hormigón armado en este trabajo bajo condiciones de carga dinámica se confía en el modelo de plasticidad del daño del hormigón (CDP), el cual tiene un récord innovador en los estudios recientemente completados relacionados con el desarrollo de modelos originales (CDP) para determinar la Daños del hormigón armado en el software de simulación ABAQUS. Se considera el efecto del tamaño de malla en las curvas tensión-deformación sobre el comportamiento de compresión y tracción durante la fase de ablandamiento (en el caso de que la tensión alcance la resistencia máxima) para modelos de elementos finitos. Las curvas tensión-deformación en el modelo CDP tienen muchas ventajas en comparación con los resultados de estudios anteriores publicados recientemente. Simultáneamente, se utiliza una función exponencial para reemplazar los valores de las variables de daño por tracción (dt) y compresión (dc) mencionadas en estudios previos39,40,41,42,43. Los casos dinámicos tienen la especificidad de utilizar el Factor de Incremento Dinámico (DIF) según lo mencionado en fib CÓDIGO MODELO 2010 (MC2010)44 para determinar el efecto de la velocidad de deformación sobre la resistencia a la compresión del hormigón armado. Para establecer la confiabilidad y efectividad del modelo propuesto, se implementa la simulación numérica de ensayos de compresión dinámica. El modelo CDP del estudio concuerda con datos experimentales para circunstancias de carga dinámica con una confiabilidad significativa43. La plasticidad dañada del hormigón (CDP) es un modelo de material destacado del software ABAQUS para hormigón simple y reforzado. Lubliner et al.45, Lee y Fenves46 y otros lo caracterizaron. Este modelo requiere valores de algunas constantes materiales. Los valores correctos de las constantes materiales son una cuestión científica abierta47. El uso de software al realizar investigaciones de impactos y explosiones es esencial. Permite a los investigadores ilustrar mejor el proceso de daño y destrucción del hormigón bajo impactos de alta velocidad y al mismo tiempo considerar el efecto de la tasa de deformación del hormigón48. La Figura 2a muestra la curva tensión-deformación de compresión utilizando el modelo constitutivo de Saenz49. Se supone que las ramas de endurecimiento y ablandamiento siguen una tendencia parabólica en este modelo constitutivo de Sáenz. El comportamiento a tensión se estudia utilizando la curva de rigidez a tensión exponencial de Hsu y Mo50, como se informa en Abas et al.3. El factor de debilitamiento del miembro RC (n) es 0,5, que se basa en el comportamiento tensión-deformación del hormigón, como se ilustra en la Fig. 2b.

Comportamiento tensión-deformación del hormigón.

Los tipos de elementos en el software ABAQUS se mencionan en la Tabla 2 y los parámetros de entrada en la Tabla 3. Este artículo es parte de un gran proyecto con diferentes detalles de formas y dimensiones de la muestra. Sin embargo, la definición del modelo constitutivo del hormigón y del acero, los efectos de la tasa de deformación y los métodos de modelado son similares al trabajo anterior del autor3,24.

La Figura 3a muestra los modelos de hormigón, barras de acero, estribos, cuerpos de impacto y soportes límite desarrollados en ABAQUS para análisis estructural. Se utilizan mallas hexaédricas para dividir todos los modelos. La densidad de la cuadrícula de elementos finitos afecta significativamente la precisión de los cálculos. Sin embargo, aunque comúnmente se reconoce que una cuadrícula más densa produce una simulación numérica más precisa, su construcción requiere mucho tiempo.

(a) conjunto de modelado FEM; (b) Mallado FEM.

Por tanto, la convergencia es esencial para la precisión de las soluciones obtenidas mediante modelos numéricos. Al adoptar técnicas explícitas de FEA, las mallas gruesas pueden proporcionar análisis inexactos3. Debido a la sensibilidad de la densidad de la malla, que influye significativamente en los resultados del modelo numérico, se prueban cuatro densidades de malla diferentes y no hay convergencia entre los hallazgos. Así, después de una prueba de análisis de convergencia, la longitud del borde del elemento de hormigón se fijó en 5 mm tanto en la dirección longitudinal como en la radial. Los resultados del estudio de densidad de malla se ilustran en la Fig. 4. Los datos se recopilaron utilizando varios dispositivos y el análisis FE se realizó en una computadora equipada con procesadores Intel i9, como se indicó anteriormente (CPU). Según el software, el tiempo de reloj de pared previsto necesario para replicar un escenario de impacto de 0,06 s en ABAQUS con un intervalo de 6000 fue de aproximadamente 6 h. Por lo tanto, las mallas en el modelo de elementos finitos presentado en este trabajo se refinan localmente alrededor del área de impacto, que se ubica en la dirección longitudinal del miembro, como se muestra en la Fig. 3b. Garantizar que los tres materiales hormigón, armadura longitudinal y estribos estén siempre en un estado de un solo nudo durante todo el proceso de impacto. La densidad de la rejilla del refuerzo longitudinal, el hormigón y los estribos debe ser la misma a lo largo de la dirección longitudinal del miembro. Por otro lado, el resto de la malla está mucho más dispersado. El martillo se deforma muy poco durante el impacto, que es cercano a un cuerpo rígido, por lo que se considera un cubo rígido en la simulación de elementos finitos1,3,36,51, con un tamaño de sección transversal de 80 mm × 30 mm. consistente con el tamaño de la sección transversal del cuerpo de impacto en la prueba. Como resultado de este tratamiento, el tiempo de análisis requerido para el contacto del martillo con simulaciones de colisión RC se puede reducir en un 43%. El soporte de extremo fijo también está cerca de un cuerpo rígido en la prueba, por lo que se considera un manguito circular rígido en el modelo de elementos finitos con un espesor de 30 mm. Para ambos lados del miembro, ENCASTRE (que significa completamente incorporado (U1 = U2 = U3 = UR1 = UR2 = UR3 = 0)52) establece las condiciones de contorno como soporte fijo. Todos los nodos de elementos en el manguito de soporte deben tener grados de libertad de traslación y rotación restringidos en las direcciones X, Y y Z. En la prueba se utilizó una caída libre desde un riel de 2 m de altura, y el peso de caída entró en contacto con el miembro en ese punto. Es posible reducir el tiempo de cálculo y el tamaño del archivo haciendo que el peso que cae caiga a 0,1 mm de la ubicación del impacto y luego simulando cómo impacta el peso dando una velocidad inicial para el peso que cae en el software.

Análisis de convergencia de mallas.

La simulación numérica encuentra otro obstáculo importante en el modelado de superficies de definición de contacto. Los algoritmos de interacción de contactos en ABAQUS/Explicit se dividen en dos categorías3. La definición (SURFACE_TO_SURFACE_CONTACT) se adopta entre el miembro y el peso que cae. Esta opción emplea algoritmos de detección avanzados para mantener el contacto. El algoritmo cinemático PURE MASTER SLAVE HARD simula el comportamiento de contacto entre cuerpos rígidos y deformables. En comparación con la tensión cuasiestática, la unión dinámica final en el momento de la falla es entre un 70% y un 100% mayor53. La deformación del acero está un poco por debajo del punto de impacto54. El tiempo necesario para provocar un considerable deslizamiento de la unión por la barra de acero es insuficiente. Durante el proceso de impacto, el deslizamiento entre la barra de acero y el hormigón es muy pequeño. Tiene poco efecto sobre la dinámica de impacto de los miembros, por lo que se considera mediante una técnica cuya respuesta se utiliza para restringir los grados de libertad de traslación de los nodos incrustados; esta técnica de restricción se llama EMBEDDED_ELEMENTS. El enfoque de superposición introduce restricciones de posición en la medida en que los nodos de la parte de hormigón y la parte de refuerzo coinciden55.

Los parámetros del modelo ABAQUS se validaron numéricamente en cuatro muestras. Se validan el modo de falla de la estructura, la fuerza de impacto y la curva histórica de deflexión-tiempo.

La Figura 5 compara el diagrama de deformación del miembro a 0,8 ms con el comportamiento experimental a 0,8 ms producido utilizando la técnica de elementos finitos. La Figura 6 compara el modo de falla final del miembro. A 0,8 ms, la región de mayor deformación del miembro en la figura coincide con el área de desarrollo de daños al concreto más severo de la prueba, representada por falla por flexión y corte en el punto de impacto del miembro y falla por flexión en el soporte del extremo derecho y el punto de impacto. El modo de falla final demuestra que la falla por corte domina a todos los miembros inmediatamente después del impacto. Se producen daños graves entre el punto de impacto y la superficie de falla. Demuestra que el modelo de elementos finitos es más preciso.

Compara la tabla de modos de falla del proceso de prueba de 0,8 ms.

Se compararon los modos de falla finales.

La Figura 7 compara los valores experimentales y simulados de la curva histórica del tiempo de deflexión del miembro. El contraste entre el valor de la prueba y el valor simulado de la curva de fuerza de impacto-tiempo histórico del miembro se muestra en la Fig. 8. Como se demuestra en la Fig. 7, el tiempo de recolección para todos los miembros en la prueba es sustancialmente más rápido que la simulación. Dado que el punto de recogida de deflexión está exactamente debajo del punto de impacto del hormigón. El concreto debajo del punto de impacto y en el lado derecho del miembro se ha pelado o fracturado, lo que resulta en una curva histórica de tiempo de deflexión incompleta durante la prueba. Cuando no se pueden recopilar los datos de deflexión experimental, el valor de deflexión experimental se compara con el valor de deflexión simulado para calcular la inexactitud relativa. La Tabla 4 muestra el resultado del cálculo. Los hallazgos revelan que la tasa de cambio de deflexión de cada miembro es la misma antes de que falle la recopilación de datos de prueba.

Comparación de curvas históricas de tiempo de deflexión.

Comparación de curvas de fuerza de impacto-historia del tiempo.

La curva histórica de fuerza de impacto-tiempo de cada miembro muestra el mismo patrón de cambio en la Fig. 8. La comparación de los valores de pico y meseta de la prueba con los valores simulados produce un error relativo. Los resultados se muestran en la Tabla 5. Los hallazgos revelan que la inexactitud es inferior al 15 %, aceptable. Dependiendo del espesor del agregado alrededor del lugar del impacto, la rigidez local puede fluctuar, lo que hace que la fuerza máxima del impacto difiera ligeramente. Sin embargo, los componentes de hormigón y barras de acero quedarán inválidos y se eliminarán mediante elementos finitos. Esta configuración no es precisa, lo que produce errores de meseta de fuerza de impacto.

En esta sección se modelan elementos de hormigón armado sujetos a impactos laterales utilizando elementos finitos en tres dimensiones. En el modelo se consideran el hormigón, las barras de acero y el contacto entre piezas. Simulando la falla de cada pieza probada, el elemento sólido tridimensional de concreto está controlado por la deformación principal máxima, mientras que una barra de acero está controlada por la deformación plástica efectiva. Se confirmaron las curvas históricas del mecanismo de falla, la fuerza de impacto y el tiempo de deflexión del modelo. Los hallazgos demuestran que el modelo de elementos finitos desarrollado en este estudio predice adecuadamente las características mecánicas y los mecanismos de falla de los miembros de concreto reforzado bajo cargas de impacto laterales de luz desigual. Este modelo puede utilizarse para estudios posteriores.

Los resultados de las pruebas describen los modos de falla de los miembros de hormigón armado después de un impacto y características de fuerza desiguales. El efecto de numerosas variables sobre la resistencia al impacto de los miembros no se conoce bien debido al número limitado de miembros de prueba. La sección Validación del modelo FEM demuestra la validez del modelo de elementos finitos y explica por qué es apropiado. Las variables del ensayo se evalúan junto con el modelo de elementos finitos para comprender mejor la respuesta dinámica de los elementos de hormigón armado ante el impacto lateral desigual de alta velocidad y los aspectos que no fueron incluidos en el ensayo. Para analizar estos parámetros, se modifica una variable. Algunas variables a considerar son la relación del acero, la resistencia del hormigón, la velocidad del impacto, la relación del estribo y la relación de esbeltez.

Aumentar la relación de refuerzo longitudinal de los miembros de concreto dentro de un rango puede mejorar la rigidez, minimizar la aparición de fracturas y reducir la propagación de grietas. Aumentar la relación de refuerzo longitudinal a (2,76) veces el original puede disminuir significativamente el aplastamiento y el daño del concreto. Aquí se muestra cómo la alteración del diámetro del refuerzo longitudinal cambia la relación de refuerzo de los miembros y cómo esto afecta su mecanismo de funcionamiento. Según los datos de las pruebas experimentales25, existen dos tipos de relaciones de refuerzo longitudinal, YH1, YH2 e YH4, con 6ø6 (relación de refuerzo del 1,67%). Otro tipo es YH3 con 6ø10 (relación de refuerzo del 4,61%). También se consideraron cuatro relaciones de refuerzo longitudinal de 6ø8, 6ø12 y 6ø14. Las proporciones de refuerzo longitudinal son 2,95%, 6,65% y 9,05%, respectivamente. Los miembros con diferentes relaciones de refuerzo longitudinal se indican como LR1 (6ø6), LR2 (6ø8), LR3 (6ø10), LR4 (6ø12) y LR5 (6ø14), según los diferentes diámetros de las barras de acero.

La Figura 9a muestra el modo de falla de miembros con varias relaciones de refuerzo longitudinal después de una carga de impacto. La figura muestra que todos los miembros se cortan cuando se someten a cargas de impacto desiguales y que cambiar la relación de refuerzo longitudinal no afecta el mecanismo de falla de los miembros. La relación de refuerzo longitudinal aumenta el rango de daño del miembro y acerca la sección de concreto dañada al punto de impacto. Las grietas horizontales por tracción y las fracturas oblicuas por corte se formaron exclusivamente en la deflexión de la barra de acero superior en el lado derecho del punto de impacto cuando la relación de refuerzo longitudinal aumentó al 9,05%. Esta observación demuestra que aumentar la relación de refuerzo longitudinal puede mejorar la rigidez total del miembro. El aumento de la relación de refuerzo longitudinal reduce la energía absorbida por el hormigón al transferir eficientemente la energía del impacto a los soportes en ambos extremos.

Curvas de fuerza y ​​deflexión tiempo-historia con modo de falla para relaciones de refuerzo variadas.

En consecuencia, el hormigón se daña menos y los elementos son más estables. La Figura 9b representa las fuerzas de impacto y reacción del miembro. Existe una diferencia en la fuerza de reacción entre los soportes izquierdo y derecho. El tiempo de apoyo se retrasa, consistente con la posición desigual de la fuerza de impacto. La fuerza de reacción del apoyo en el lado izquierdo se desarrolla linealmente con la relación de refuerzo longitudinal. Aumentar la relación de refuerzo longitudinal de un miembro mejora la tasa de transferencia de energía ya que el extremo derecho soporta la fuerza de reacción. La fuerza de reacción del soporte aumenta con la relación de refuerzo longitudinal por debajo del 6,65% y disminuye más allá del 6,65%. Una vez que la relación de refuerzo longitudinal excede un límite específico, el hormigón se tritura. Durante la fase de meseta, la fuerza de reacción del soporte derecho fluctúa. Después de que el concreto se rompe, las barras de acero redistribuyen la tensión a la superficie en modo de falla. La curva histórica del tiempo de deflexión del miembro se muestra en la Fig. 9b. El momento en que se produce la mayor deflexión está sincronizado con la disminución de la fuerza del impacto. El paso del tiempo se acelerará aumentando la relación de refuerzo longitudinal mientras se disminuye la deflexión máxima y la deflexión final del miembro.

Los detalles sobre las curvas de fuerza de impacto en el tiempo de cada miembro se muestran en la Fig. 10. Como se puede observar, el aumento de la relación de refuerzo longitudinal influye significativamente en la fuerza de impacto máxima, el valor de meseta y la duración total del miembro, pero no en la duración de la meseta. La fuerza máxima de impacto y el valor de meseta aumentan linealmente con el diámetro del refuerzo longitudinal. Esto se debe al aumento de la proporción de refuerzo longitudinal. Además, el miembro puede transmitir y absorber energía rápidamente después de ser golpeado, mejorando la rigidez total y la fuerza de inercia.

Curva de fuerza de impacto en el tiempo para miembros con varias relaciones de refuerzo longitudinal.

La curva fuerza-deflexión del miembro se muestra en la Fig. 11, y los datos estadísticos relevantes para diferentes relaciones de refuerzo longitudinal se presentan en la Tabla 6. Una vez que la relación de refuerzo longitudinal es inferior al 6%, la mayor parte de la energía absorbida por el miembro se transmite. al soporte del lado derecho. La relación de refuerzo longitudinal aumenta la capacidad de absorción de energía del miembro. La capacidad de absorción de energía del miembro disminuye cuando la relación de refuerzo longitudinal se acerca al 6%. La fractura local del hormigón reduce la capacidad de carga del miembro cuando la relación de refuerzo longitudinal aumenta y el acero es ineficaz. La absorción de energía del miembro se deduce del consumo de energía del soporte. La diferencia disminuye cuando el refuerzo es menor al 6% y aumenta cuando el refuerzo es mayor al 6%. Este hecho demuestra elocuentemente el punto de vista anterior.

Curva fuerza-deflexión de elementos con diferentes relaciones de refuerzo longitudinal.

Una relación de refuerzo longitudinal más alta aumenta la rigidez general y, por tanto, la resistencia a la deformación de un elemento de hormigón armado. Sin embargo, una vez que la relación de refuerzo longitudinal alcanza un límite, la capacidad de absorción de energía del miembro se reduce debido al colapso prematuro del hormigón. La resistencia al impacto del miembro disminuye cuando la relación de refuerzo longitudinal excede el 6,65%.

La función principal del hormigón en las estructuras de hormigón armado es resistir la compresión, y los valores convencionales de resistencia a la compresión del hormigón han cambiado drásticamente. Por tanto, los cambios en el grado de resistencia del hormigón pueden afectar la resistencia al impacto de los elementos de hormigón armado. En el experimento se utilizó hormigón grado C55. Se utilizaron simulaciones de elementos finitos para agregar miembros con diferentes grados de resistencia del concreto (C45, C65, C75 y C85) para examinar cómo la resistencia del concreto afecta la resistencia al impacto del miembro. CSG1 (C45), CSG2 (C55), CSG3 (C65), CSG4 (C75) y CSG5 (C85) son grados de resistencia del concreto indicados como los cinco miembros con varios grados de resistencia del concreto. Bajo valores variables de resistencia del concreto, el modo de falla última de un miembro se muestra en la Fig. 12a. La ilustración muestra que la falla por corte ocurre en el lado derecho del punto de impacto, independientemente de la resistencia del concreto.

Modo de falla y curvas históricas de fuerza-deflexión de varios miembros resistentes del concreto.

Para C65 e inferiores, el hormigón se rompe y se divide en el lado derecho del punto de impacto debido a fracturas por corte, y los miembros se dividen en dos secciones, unidas por barras de acero longitudinales expuestas en el centro. La fuerza de tracción se concentra alrededor del punto de impacto. Sin embargo, cuando la resistencia del hormigón excede C65, las barras longitudinales de acero se rompen en el lado derecho del punto de impacto, lo que indica que el hormigón se vuelve más quebradizo. La capacidad de carga de un miembro se reduce cuando se daña. Una energía de impacto excesiva romperá la barra de acero longitudinal. Los miembros de concreto dañados durante un impacto desigual aumentan a medida que la resistencia del concreto aumenta por encima de C65. La Figura 12b muestra la curva histórica de la fuerza de impacto de cada miembro y la fuerza de respuesta de soporte con deflexión. El tiempo de llegada del pico de la primera onda de las fuerzas de reacción de los extremos izquierdo y derecho del miembro se acorta a medida que aumenta la resistencia del concreto, aunque el impacto es leve. Para el soporte del extremo izquierdo, la fuerza de reacción fluctúa en el rango de CSG5, que aumenta con la resistencia del hormigón. Disminuye con el hormigón cuando supera CSG5. En el soporte del extremo derecho, la fuerza de respuesta tiene una tendencia ascendente. Por ejemplo, niveles más altos de resistencia del concreto tienen mayores resistencias a la compresión y a la tracción y una mejor resistencia al daño dentro de un rango. Se vuelve quebradizo y la influencia del soporte fijo genera una compresión, haciendo que el hormigón cercano sea más fácil de fracturar; La historia del tiempo de deflexión de cada miembro se curva como se muestra en la Fig. 12b. La deflexión máxima en la parte inferior del punto de impacto muestra que los cambios en la resistencia del concreto no influyen en la tendencia del desplazamiento en el punto de impacto del miembro. Debido a que el concreto es excesivamente frágil, se fracturará completamente en el lado derecho del punto de impacto.

La fuerza de impacto de cada miembro se muestra en la Fig. 13 para comparar las curvas históricas cuando la resistencia del concreto es variable. Las curvas de historia del impacto de CSG1 y CSG2 casi coinciden, las curvas de historia del impacto de CSG4 y CSG5 son prácticamente comunes, y las duraciones de los efectos para todos los miembros son las mismas, como se muestra en la Fig. 13. Los miembros de la etapa de meseta CSG4 y CSG5 fluctúan. Debido a la fractura temprana del hormigón y a la abrupta disminución de la capacidad de carga de los miembros, se ha producido. En este punto, la tensión se distribuye a las barras de acero y sus fuerzas de impacto aumentan. La fuerza máxima de impacto aumenta; sin embargo, el aumento es modesto.

Historial temporal de la fuerza de impacto de varios miembros resistentes del hormigón.

La curva fuerza-deflexión para varias resistencias del concreto se muestra en la Fig. 14. La integración de la curva produce la energía absorbida por los miembros. La Tabla 7 detalla los datos numéricos de diferentes elementos de resistencia del hormigón. Menos de concreto C65 muestra un aumento en la absorción de energía por parte de los miembros con un grado de resistencia del concreto creciente, como se ve en la Tabla 7. Disminuye con el grado de resistencia del miembro de concreto después de exceder C65. Debido al daño del miembro, ya no puede convertir con éxito la energía del impacto en energía interna. La capacidad de absorción de energía del soporte del extremo derecho cambia con la resistencia del hormigón; sin embargo, la capacidad de absorción de energía del soporte del extremo izquierdo mejora con la resistencia del hormigón. El hormigón del lado derecho del punto de impacto falla y la fuerza impuesta por el cuerpo de impacto sobre los miembros se transfiere a ambos extremos a través de las barras de acero longitudinales.

Curvas fuerza-deflexión de diferentes elementos resistentes del hormigón.

La sección de hormigón parcialmente terminada lo lleva hasta el lado del punto de impacto. Cuando la resistencia del hormigón es superior a C65, los miembros se fracturan en el punto de impacto y el lado izquierdo de los miembros se convierte en una viga en voladizo que continúa soportando la carga de impacto.

En resumen, la resistencia del hormigón entre C45 y C65 no influye en la resistencia al impacto del miembro. Sin embargo, cuando la resistencia del hormigón excede C65, se vuelve quebradizo, lo que reduce la resistencia al impacto de los miembros y los hace fáciles de fracturar.

En los resultados de las pruebas experimentales, los miembros han resultado gravemente dañados por la energía de alto impacto, aunque YH1 y YH2 tienen distintos grados de daño. Otros parámetros se mantienen constantes para evaluar la energía del impacto sobre la resistencia al impacto de miembros de hormigón armado. La velocidad del impacto cambia la energía del impacto. Los parámetros V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8, V9 y V10 se calculan para el rango de altura de impacto de 2 m comenzando desde 0,2 m con una pendiente de 0,2 m. En la Fig. 15, la deformación plástica muestra las ondas de tensión V2, V4, V6 y V8 transferidas a los soportes en ambos extremos. La figura muestra que cuando la velocidad del impacto es de sólo 2,80 y 3,96 m/s, solo hay fracturas por flexión en V2 y V4. No se produce daño por corte cuando una fractura por flexión ingresa a la sección transversal. La deflexión residual de los dos miembros excede el 1,1% del claro libre, lo que indica una falla por flexión. Cuando la velocidad de impacto es de 4,85 m/s, se producen fracturas por cizallamiento en el lado derecho del punto de impacto, junto con grietas por flexión. Los dos tipos de fracturas convergieron alrededor del punto de impacto y penetraron prácticamente simultáneamente, provocando fallas por flexión y corte. La grieta de corte diagonal en el lado derecho del punto de impacto penetra antes que la grieta de flexión en la parte inferior. El miembro sufre una falla por corte. Estos comportamientos indican que cuando la velocidad del impacto es 4,85 m/s (V6) y la energía del impacto es 3175 J, el miembro se doblará y cortará. A 5,60 m/s (V8), la energía de impacto es de 4233 J, generando falla por corte.

Diagramas de deformaciones plásticas de elementos con diferentes velocidades de impacto.

La Figura 16 compara las historias de fuerza-tiempo de impacto de cada miembro. La figura muestra que cuando aumenta la velocidad del impacto, aumenta la fuerza máxima y aumenta el tiempo de acción del impacto. El patrón de fluctuación de la fuerza de impacto de cada componente es el mismo. El aumento en la fuerza de meseta no es perceptible a una velocidad de impacto de 3,43 m/s. La capacidad de carga de la sección del miembro es máxima una vez que la velocidad de impacto es de 3,43 m/s. Por lo tanto, el miembro sólo puede depender de una mayor deformación para absorber la energía del impacto.

Curva histórica de fuerza de impacto-tiempo de diferentes miembros de velocidad de impacto.

La curva histórica de fuerza-tiempo del miembro a varias velocidades de impacto se muestra en la Fig. 17a. En el extremo izquierdo de V1, V2 y V3 aumentan con la velocidad del impacto antes de disminuir. Este fenómeno está relacionado con el fracaso de los miembros. Menos de la mitad de los primeros cuatro miembros se doblan, provocando fallas por flexión-cortante. Debido al daño local, la onda de tensión severa no puede transmitirse completamente al soporte a medida que aumenta la velocidad del impacto. La fuerza de respuesta de los primeros cuatro miembros tiene un tiempo de variación mayor. El tiempo de fluctuación disminuye a medida que aumenta la velocidad del impacto. Sin embargo, hay un aumento y una caída dramáticos en la fase estable debido a la lentitud de la transmisión y la reflexión de las ondas de estrés. Además, la fractura local del hormigón en el lado derecho del punto de impacto redistribuye la tensión de la sección transversal, provocando picos y valles repentinos. Bajo velocidades de impacto variables, la curva histórica de tiempo de deflexión de un miembro se muestra en la Fig. 17b. La deflexión del miembro aumenta con la velocidad del impacto. Una velocidad de impacto inferior a 5,24 m/s provoca el rebote. En este punto, el miembro presenta daño elastoplástico. Cuando la velocidad excede 5,24 m/s, la deflexión del miembro aumenta. El miembro pierde su capacidad de carga y es difícil de mantener.

Fuerzas y curvas históricas de deflexión de miembros bajo diferentes velocidades de impacto.

La curva fuerza-deflexión del miembro se muestra en la figura 18. Integre la curva en la tabla para determinar la energía del miembro. La Tabla 8 tiene datos precisos para varias velocidades de impacto. A medida que aumenta la velocidad del impacto, también aumenta la absorción de energía del miembro. Cuando se produce flexión, la curva fuerza-deflexión del miembro se asemeja a un paralelogramo. Este fenómeno ha sido ampliamente estudiado.

Curva fuerza-deflexión de los miembros bajo diferentes velocidades de impacto.

La velocidad del impacto generalmente influirá en la forma de falla del miembro (es decir, la energía del impacto). Una velocidad de impacto inferior a 2,80 m/s provoca una falla por flexión; una velocidad de impacto entre 2,80 m/s y 3,43 m/s provoca una falla crítica por flexión y corte. La falla por corte ocurre cuando la velocidad del impacto excede los 3,96 m/s. El miembro puede resultar completamente dañado si la velocidad del impacto alcanza 5,24 m/s.

Se utilizan estribos para satisfacer la resistencia al corte de la sección oblicua y fortalecer la integridad del miembro. Para investigar la influencia de la relación de los estribos en la resistencia al impacto de los miembros, el espaciamiento de los estribos se modificó como s = 60 mm, s = 70 mm, s = 80 mm y s = 90 mm. Al mismo tiempo, los demás parámetros siguieron siendo los mismos. La condición s = 50 mm y s = 100 mm investiga los miembros, y estos parámetros se denotan de menor a mayor espaciamiento como SR1, SR2, SR3, SR4, SR5 y SR6. La Figura 19 muestra las curvas de fuerza de impacto-tiempo histórico de cada miembro y la fuerza de impacto máxima. El cambio en la relación de los estribos tiene poca influencia en la tendencia de fluctuación de la fuerza de impacto y la duración del miembro, como se ve en cada curva en la Fig. 19. La fuerza de impacto máxima se reduce con el espaciamiento de los estribos; sin embargo, disminuye progresivamente cuando el espaciamiento de los estribos supera los 70 mm. En comparación con las curvas históricas del tiempo de deflexión de varios miembros con relación de estribos en la Fig. 20. La figura revela que las variaciones de deflexión iniciales (15 ms) de cada miembro son las mismas, lo que indica que la relación de estribos no afecta la rigidez del miembro. Después de 15 ms, la deflexión de los miembros aumenta con el espaciamiento de los estribos. Además, la Fig. 20 ilustra la deflexión de cada miembro en (45 ms). La deflexión aumentó bruscamente después (45 ms) para prácticamente todos los miembros con espaciamiento de estribos > 50 mm. El mayor espaciado hace que los estribos sean más resistentes a daños dentro del rango de servicio. Es difícil mantener la condición de estrés general después de que se rompen los estribos, lo que resulta en la fractura inmediata de los miembros.

Curva histórica de fuerza pico e impacto-tiempo de miembros con varias relaciones de estribos.

Curva histórica del tiempo de deflexión de los miembros y comparación de la deflexión con varias relaciones de estribos a 45 ms.

En conclusión, la relación de estribo tiene poca influencia en el mecanismo de falla del miembro y en la fuerza de impacto. Aún así, puede disminuir el grado de daño del miembro y evitar que se rompa por completo.

La relación de esbeltez del miembro se puede calcular mediante \(\lambda = \frac{KL}{r}\) donde (L) es la longitud real medida del miembro, (K) representa la longitud efectiva. El manual del Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC) enumera estos valores entre 0,5 y 2,056. El valor de K depende de cómo se unen los miembros de la condición de contorno en una estructura (K = 0,5 para dos miembros de extremos fijos), (r) es el radio de la sección circular. Alterar el diámetro del miembro exige mucho esfuerzo en el elemento finito, por lo tanto, cambiar la longitud del miembro cambia la relación de esbeltez. La prueba escala su área de sección transversal y se calcula su diámetro.

La relación de esbeltez se determina sin afectar la longitud del miembro. Suponga que los demás criterios del miembro permanecen fijos y que la relación de esbeltez altera la longitud del miembro. La relación de esbeltez de cada miembro para la muestra (YH2) es 19,41, 18,43, 17,55, 16,76 y 16,28. Sus longitudes de luz libre son 1006 mm, 950 mm, 900 mm, 855 mm y 827 mm, respectivamente, con nombres de parámetros indicados en sucesión para miembros como SLr1, SLr2, SLr3, SLr4 y SLr5. La Figura 21a muestra comparaciones de índices de esbeltez antes y después de la falla. La figura muestra que el corte de todos los miembros falla a la derecha del punto de impacto. Además de la fractura por corte, el miembro SLr1 está doblado y agrietado en la parte inferior del punto de impacto, SLr2 y SLr3 están doblados y agrietados en la parte superior del soporte del extremo derecho, y SLr4 y SLr5 están rotos precisamente donde emerge la grieta por corte. el lado derecho del punto de impacto.

Efecto de la relación de aspecto sobre los miembros.

La región de concentración de esfuerzos crece a medida que aumenta la relación de esbeltez del miembro. La curva histórica de fuerza-deflexión del miembro se muestra en la figura 21b. Los dos miembros, SLr4 y SLr5, se rompieron después del golpe y la deflexión del miembro aumentó. La deflexión de los tres miembros restantes aumentó con la relación de esbeltez. La relación de esbeltez de SLr4 y SLr5 es pequeña, la tensión se concentra en el lado derecho y la tensión local es demasiado alta, lo que lleva al miembro a fracturarse. La deflexión aumenta con la relación de esbeltez para miembros que no se han roto porque la deformabilidad aumenta con la longitud del miembro.

Integra la curva para absorber energía. La energía absorbida por el miembro y el soporte del extremo derecho aumenta con la relación de esbeltez. Aún así, el soporte del extremo izquierdo absorbe menos energía a medida que aumenta la relación de esbeltez. El miembro crece, mejora la resistencia al impacto y se consume energía. El miembro puede doblarse y dañarse a medida que aumenta la relación de esbeltez, permitiendo que la energía se transmita eficientemente a los soportes en ambos extremos.

En resumen, la capacidad de deformación, la capacidad de absorción de energía y el área de concentración de tensiones del miembro aumentan con la relación de esbeltez. El valor máximo de la fuerza de impacto se reduce significativamente y la duración aumenta, pero la meseta de la fuerza de impacto sigue siendo la misma. A medida que aumenta la relación de esbeltez, el mecanismo de falla del miembro cambia de cortante a flexión. Una vez que la relación de esbeltez alcanza 35,30, el miembro falla en flexión-cortante. Siempre que la relación de esbeltez exceda de 35,30, el miembro puede fallar por flexión.

La Figura 22 compara las curvas históricas de fuerza de impacto-tiempo de los miembros, y los datos específicos para varias relaciones de aspecto se muestran en la Tabla 9. La duración del impacto aumenta y la fuerza de impacto máxima disminuye a medida que aumenta la relación de esbeltez del miembro, pero esto no influye. el valor de meseta.

Curvas de fuerza de impacto en el tiempo-historia con varias relaciones de aspecto de los miembros.

Bajo cargas de impacto lateral de luz desigual, este artículo se centra en cinco aspectos de la respuesta dinámica y el mecanismo de falla de los miembros de concreto reforzado. Una prueba de impacto con martillo de caída de miembros de hormigón armado expuestos a impactos laterales desiguales. Establecer modelos de elementos finitos con la influencia de diversos parámetros. Las tensiones de impacto de alta velocidad y tramos desiguales causan fallas por corte. El lado derecho del punto de impacto crea la superficie de falla por corte. La parte superior de la superficie defectuosa es el punto de impacto. Se incluyen modelos tridimensionales de elementos finitos de impacto lateral de luz desigual de elementos de hormigón armado de acero y hormigón debido a sus impactos de velocidad de deformación. Compare los resultados de la prueba con el mecanismo de falla del modelo, la curva histórica de fuerza-tiempo de impacto y los resultados de la simulación de la curva de tiempo de deflexión. Los resultados muestran que el modelo de elementos finitos propuesto en este trabajo predice con precisión las características mecánicas forzadas y los mecanismos de falla de los miembros de concreto reforzado. Los resultados del análisis de elementos finitos sobre la resistencia al impacto revelan que:

Aumentar la relación de refuerzo de un miembro puede ayudarlo a resistir la deformación. Por el contrario, más del 6% de los miembros excesivamente reforzados fallan tempranamente debido a una falla del acero. Su capacidad de absorción de energía disminuye con el aumento de la relación de refuerzo > 4,6%.

Los grados de resistencia del hormigón CSG1, CSG2 y CSG3 tienen un efecto mínimo sobre la resistencia al impacto de los miembros. El hormigón más resistente que el CSG3 (65 MPa) se fractura fácilmente.

Los miembros fallan debido a la velocidad del impacto (es decir, a la energía del impacto). Si la velocidad del impacto es inferior a 2,80 m/s, el miembro se deformará. El miembro puede doblarse y cortarse entre 2,80 m/s y 3,43 m/s. La falla por corte ocurre con efectos de 3,96 m/s. A 5,24 m/s, el miembro puede fracturarse por completo.

La relación de los estribos no afecta el mecanismo de falla del miembro ni la fuerza de impacto. Sin embargo, puede disminuir el daño y evitar que el miembro se separe.

La relación de esbeltez también mejora la deformación, el valor de meseta y la absorción de energía en ≤ 18,43%. El elemento SLr1 no pasó la prueba de flexión. Con una relación de esbeltez creciente, la fuerza máxima de impacto disminuye y el miembro falla al doblarse en lugar de cortarse.

Es esencial examinar la respuesta de las muestras a la fuerza axial. Se deben realizar intentos para identificar enfoques viables para mejorar el valor de capacidad asociado con el envoltorio de láminas de FRP en hormigón armado. En el sector de la construcción, los resultados de tales investigaciones serían de ayuda inmediata.

Los conjuntos de datos utilizados y analizados durante el presente estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Descargar referencias

Los autores desean expresar su gran agradecimiento a la autoridad de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Subvenciones Nos. 52178168 y 51378427) por financiar este trabajo de investigación y varios proyectos de investigación en curso relacionados con el desempeño del impacto estructural.

Escuela de Ingeniería Civil, Universidad Jiaotong del Suroeste, Chengdu, Sichuan, China

Liu Yanhui, Khalil Al-Bukhaiti, Zhao Shichun, Hussein Abas, Xu Nan, Yang Lang y Yan Xing Yu

Departamento de Ingeniería Civil y Tecnología Energética, Facultad de Tecnología, Arte y Diseño, Universidad Metropolitana de Oslo, Oslo, Noruega

Han Daguang

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Conceptualización, K.AL-B. y LY.; metodología, K.AL-B; software, alta disponibilidad; validación, K.AL-B., YY y LY; análisis formal, K.AL-B; investigación, ZS; recursos, XN; curación de datos, YL; redacción: preparación del borrador original, K.AL-B; redacción: revisión y edición, YXY; visualización, alta definición. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia a Khalil Al-Bukhaiti.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Yanhui, L., Al-Bukhaiti, K., Shichun, Z. et al. Estudio numérico de elementos de sección circular RC existentes sometidos a colisiones por impacto desigual. Informe científico 12, 14793 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-19144-1

Descargar cita

Recibido: 27 de enero de 2022

Aceptado: 24 de agosto de 2022

Publicado: 30 de agosto de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-19144-1

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