Estudio numérico de elementos de sección circular de CR existentes bajo colisión de impacto desigual - El lago de los cisnes Co., Ltd de Shijiazhuang

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 (RC) a menudo implican accidentes de trenes y vehículos descarrilados. Rara vez se estudian tales colisiones laterales en estudios previos. Para hacer esto, en este documento se crean modelos de elementos finitos (FE) basados en simulación de alta fidelidad para simular con precisión la colisión de miembros RC circulares con un tren descarrilado. La estructura de miembros de hormigón armado es común en las estaciones de tren de alta velocidad. La energía de impacto del cuerpo de impacto es significativa, provocando la falla del miembro estructural. Analiza el comportamiento dinámico de elementos de hormigón armado bajo cargas de impacto de tramos desiguales. Las implementaciones numéricas de los problemas de impacto se analizan 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 modos de falla, el impacto y los resultados experimentales del historial de tiempo de deflexión. Mediante el análisis de 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 de tiempo de deflexión, la curva de fuerza de impacto-deflexión y la curva de fuerza de reacción de cojinete-deflexión). La relación de refuerzo, la velocidad de impacto, la resistencia del concreto y la relación de esbeltez afectan significativamente el patrón y el desarrollo de las grietas por cortante. Los cambios en la velocidad de impacto y la relación de esbeltez también afectan los modos de falla de los miembros.

Las estructuras de concreto reforzado son susceptibles a impactos en uso normal o desastres naturales, tales como el impacto de varios vehículos en las pilas de los pasos elevados urbanos y puentes peatonales, el impacto en las columnas de los estacionamientos interiores, el impacto de los barcos en las pilas de los puentes, la infraestructura del muelle, y tren descarrilado en el edificio de la estación de metro también. En ocasiones, estos impactos no solo provocan daños locales en la estructura, sino que incluso pueden causar el colapso de todo el edificio, lo que resulta en incalculables víctimas y pérdidas económicas. Las estructuras de hormigón armado estarán frecuentemente 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 previa. 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 sometidas a ensayos de compresión axial10,11,12 ,13,14,15,16. Los resultados mostraron que los especímenes circulares son las muestras ideales 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 bajo compresión axial debido al cambio de forma de la sección. El tubo circular de acero tiene un mayor efecto de confinamiento sobre el hormigón que el de 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 de forma especial generalmente podrían cumplir con los requisitos de las funciones de construcción. Los modos de falla de elementos de hormigón armado bajo impacto lateral son muy diferentes. El modo de falla de las vigas de hormigón armado cambia gradualmente de falla por flexión a falla por cortante a medida que aumenta la velocidad de impacto19,20,21, se generarán grietas diagonales especialmente severas y fallas por cortante por punzonamiento en el lugar del impacto en el medio del espécimen con un corto momento de sufrir un impacto a alta velocidad22,23.

Mientras que los elementos de hormigón armado suelen producir una gran deformación por deflexión en el punto de impacto con una posición de carga de impacto desigual, la fisura por flexión se produce con la barra de refuerzo de acero1,2,3,24,25.

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

La prueba de impacto se realizó después de las reparaciones 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 en una técnica de ingeniería estructural que utiliza el modelado de elementos finitos computacionales no lineales de los silos.

Este estudio tiene como objetivo evaluar la respuesta estructural de los silos de granos a enormes cargas explosivas. El tamaño de la explosión se define como la magnitud del modelo de computadora que causa el mismo daño en el silo y el balanceo visto en el sitio. Además, se evaluó el daño a los silos en pie, y Yehya Temsah et al.27 proporcionaron sugerencias finales. En el pasado, se han realizado estudios experimentales, analíticos y numéricos para determinar el comportamiento de las columnas CR bajo las cargas de impacto causadas por colisiones de vehículos. La relación constitutiva (nivel de material) bajo carga dinámica de material es importante para el análisis numérico. Existe una diferencia significativa entre las propiedades mecánicas de las barras de acero bajo carga dinámica y estática. El acero tiene un efecto evidente de velocidad 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 estudiosos. Una vez que la tasa de deformación es inferior a un determinado valor crítico, el crecimiento de la resistencia a la compresión disminuye, y cuando la tasa de deformación supera 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 máxima no aumenta cuando la velocidad de deformación alcanza un cierto nivel.

Wu et al.31 y Yan y Lin32 encontraron que la superficie de la grieta por tracción del concreto se desarrolla más recta bajo carga variable rápida, lo que obliga a la grieta a atravesar áreas con mayor resistencia, como los agregados. Por lo tanto, se requiere un nivel de tensión más alto para que la muestra falle. La misma controversia aún existe 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 de inercia 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 de la velocidad 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 et al. examinó la respuesta dinámica y el modo de falla de los elementos de hormigón armado. 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 cortante de los miembros de CR se convierte en una falla por flexión4. Aba 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 de impacto de los miembros de RC. Los resultados podrían mejorar la resistencia al daño de los miembros de 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 en el modo de falla de los miembros. Se encuentra que el efecto de la 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 se derrumbó debido a una falla por flexión de la cimentación de pilotes longitudinales, lo que coincidió con el estudio de campo. Los impactos laterales son peores que los choques frontales y oblicuos.

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

Esta investigación explora el estudio numérico de la respuesta dinámica y el mecanismo de falla de los miembros circulares de RC existentes bajo la colisión de trenes de impacto desigual a 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 como se observan en situaciones prácticas.

Comenzando con el cuerpo de impacto y los especímenes de prueba y terminando con el daño de los especímenes, esta parte profundiza en el proceso de desarrollo de grietas de cada espécimen, utilizando las diferentes explicaciones de los modos de grietas del trabajo experimental37. Las siguientes figuras muestran la forma de desarrollo de la grieta capturada por una cámara de alta velocidad para cada muestra y describen dónde se desarrolla la grieta. Solo se pudo obtener una imagen del lado derecho del espécimen debido a la limitación de distancia de la imagen (es decir, región de tramo corto). La grieta de impacto inicial era difícil de observar, 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 probetas 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 probeta.

Proceso de desarrollo del crack YH1.

La superficie de falla de YH1 está más alejada del fondo del soporte cercano. La muestra está gravemente dañada, pero solo 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 fisura continúa en el soporte. Entonces, después de la colisión, el hormigón se daña severamente y se aplasta, y la parte fija del soporte se empuja hacia afuera a cierta distancia. La superficie de falla inferior de YH3 se encuentra dentro del tramo de cortante, más cerca del apoyo que YH1. El concreto del lado derecho a la superficie de falla colapsó, pero las barras de acero se mantuvieron firmes. La superficie de falla de la grieta YH4 se expandió y el concreto del fondo del espécimen se dividió 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 fisura continúa en el soporte. Zhao et al.38 postularon que las grietas por cortante pueden ocurrir de tres formas en vigas esbeltas con una relación significativa de fuerzas cortantes.

La altura del impacto y la relación de refuerzo pueden disminuir el daño del espécimen. El aumento de la relación de estribo tiene poca influencia en el impacto inicial en el espécimen, pero puede reducir el grado de aplastamiento del concreto. 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, que es 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 miembros con carga de impacto lateral desigual. Los objetivos primarios del FEM son introducir una herramienta alternativa que pueda ser utilizada en análisis o diseño y para verificar los trabajos experimentales. La simulación por elementos finitos constó de tres etapas. La primera etapa define la geometría del módulo, el ensamblaje y la malla. La segunda etapa considerará todas las propiedades de definición de modelado de materiales, contacto de interacción y 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 documento bajo condiciones de carga dinámica se basa en el modelo de plasticidad del daño del hormigón (CDP), que tiene un récord innovador en los estudios recientemente completados relacionados con el desarrollo de modelos originales (CDP) para determinar la daño del hormigón armado en el software de simulación ABAQUS. El efecto del tamaño de la malla en las curvas de tensión-deformación en el comportamiento de compresión y tracción durante la fase de ablandamiento se considera (en el caso de que la tensión alcance la resistencia máxima) para modelos de elementos finitos. Las curvas de tensión-deformación en el modelo CDP tienen muchas ventajas en comparación con los resultados de estudios previos recientemente publicados. Simultáneamente, se utiliza una función exponencial para reemplazar los valores de las variables 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) de acuerdo a lo mencionado en fib MODEL CODE 2010 (MC2010)44 para determinar el efecto de la velocidad de deformación en la resistencia a compresión del hormigón armado. Para establecer la confiabilidad y efectividad del modelo propuesto, se implementa simulación numérica de ensayos dinámicos de compresión. El modelo CDP del estudio concuerda con los datos experimentales para circunstancias de carga dinámica con una confiabilidad significativa43. La plasticidad dañada del hormigón (CDP) es un modelo de material de software destacado de 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 mientras se realizan investigaciones de impactos y explosiones es esencial. Permite a los investigadores ilustrar mejor el proceso de daño y destrucción del hormigón bajo un impacto de alta velocidad al mismo tiempo que considera el efecto de la velocidad de deformación del hormigón48. La figura 2a muestra la curva esfuerzo-deformación por compresión utilizando el modelo constitutivo de Sáenz49. Se supone que las ramas de endurecimiento y ablandamiento siguen una tendencia parabólica en este modelo constitutivo de Sáenz. El comportamiento de tensión se estudia utilizando la curva de rigidez de tensión exponencial Hsu y Mo50, como se informa en Abas et al.3. El factor de debilitamiento del miembro CR (n) es 0.5, que se basa en el comportamiento de tensión-deformación del concreto, 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 documento es parte de un gran proyecto con diferentes detalles de formas y dimensiones de muestras. Sin embargo, la definición del modelo constitutivo del hormigón y el acero, los efectos de la velocidad de deformación y los métodos de modelado son similares a los del trabajo anterior del autor3,24.

La Figura 3a muestra los modelos de hormigón, barras de acero, estribos, cuerpos de impacto y soportes de contorno desarrollados en ABAQUS para el análisis estructural. Las mallas hexaédricas se utilizan 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, la construcción de la cuadrícula densa lleva mucho tiempo.

(a) ensamblaje de modelado FEM; (b) mallado FEM.

Por lo tanto, la convergencia es esencial para la precisión de las soluciones obtenidas por modelos numéricos. Al adoptar técnicas FEA explícitas, las mallas gruesas pueden proporcionar análisis inexactos3. Debido a la sensibilidad de la densidad de malla, que influye significativamente en los resultados del modelo numérico, se prueban cuatro densidades de malla diferentes y no hay convergencia entre los resultados. Por lo tanto, 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 como se ilustra 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 anticipado necesario para replicar un escenario de impacto de 0,06 s en ABAQUS con un intervalo de 6000 fue de alrededor de 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 de hormigón, armadura longitudinal y estribos estén siempre en un solo estado de nodo durante todo el proceso de impacto. La densidad de malla del refuerzo longitudinal, el concreto 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 escasamente distribuido. El martinete se deforma muy poco durante el impacto, el cual está cerca de 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 las simulaciones de colisión RC con contacto de martillo 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 una manga circular rígida en el modelo de elementos finitos con un espesor de 30 mm. Para ambos lados de la barra, ENCASTRE (que significa totalmente integrado (U1 = U2 = U3 = UR1 = UR2 = UR3 = 0)52) establece las condiciones de contorno como apoyo 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 la 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 del lugar del impacto y luego simule cómo impacta el peso proporcionando 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 contacto 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 adherencia dinámica final en el momento de la rotura es entre un 70 % y un 100 % superior53. La deformación del acero está un poco por debajo del punto de impacto54. El tiempo requerido para provocar un deslizamiento considerable de la unión por la barra de acero es inadecuado. 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 a través de una técnica cuya respuesta se utiliza para restringir los grados de libertad de traslación de los nodos integrados; 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 especímenes. 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 usando 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 daño de concreto más severo de la prueba, representada por falla por flexión y cortante en el punto de impacto del miembro y falla por flexión en el punto de impacto y soporte del extremo derecho. El modo de falla final demuestra que la falla por cortante domina a todos los miembros inmediatamente después del impacto. El daño severo ocurre entre el punto de impacto y la superficie de falla. Demuestra que el modelo de elementos finitos es más preciso.

Compara el gráfico 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 elemento. El contraste entre el valor de prueba y el valor simulado de la curva histórica de fuerza de impacto del elemento-tiempo se muestra en la Fig. 8. Como se demuestra en la Fig. 7, el tiempo de recolección para todos los elementos en la prueba es sustancialmente más rápido que el de la simulación. Dado que el punto de recogida de la deflexión está exactamente por debajo del punto de impacto del hormigón. El concreto debajo del punto de impacto y en el lado derecho del miembro se ha desprendido o fracturado, lo que da como resultado una curva histórica de tiempo de deflexión incompleta durante la prueba. Cuando no se pueden recopilar los datos de desviación experimental, el valor de desviación experimental se compara con el valor de desviación simulado para calcular la imprecisión 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 históricas de fuerza de impacto-tiempo.

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

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

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

El aumento de la relación de refuerzo longitudinal de los miembros de hormigón dentro de un rango puede mejorar la rigidez, minimizar la aparición de fracturas y reducir la propagación de grietas. El aumento de la relación de refuerzo longitudinal a (2,76) veces el original puede reducir significativamente el aplastamiento y el daño del hormigón. 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 desempeño. Según los datos de las pruebas experimentales25, existen dos tipos de relaciones de refuerzo longitudinal, YH1, YH2 e YH4, con 6ø6 (relación de refuerzo de 1,67%). Otro tipo es YH3 con 6ø10 (relación de refuerzo de 4,61%). También se consideraron cuatro relaciones de refuerzo longitudinal de 6ø8, 6ø12 y 6ø14. Las relaciones 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 luego 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 elemento y acerca la sección de concreto dañada al punto de impacto. Las grietas de tracción horizontales y las fracturas oblicuas por corte se formaron exclusivamente en la deflexión superior de la barra de acero en el lado derecho del punto de impacto cuando la relación de refuerzo longitudinal aumentó a 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 tiempo-historia de fuerza y deflexión con modo de falla para relaciones de refuerzo variadas.

En consecuencia, el hormigón se daña menos y los miembros son más estables. La figura 9b muestra las fuerzas de impacto y reacción del miembro. Hay una diferencia en la fuerza de reacción entre los soportes izquierdo y derecho. El tiempo de apoyo se retrasa, en consonancia con la posición de fuerza de impacto desigual. La fuerza de reacción del apoyo en el lado izquierdo se desarrolla linealmente con la relación de refuerzo longitudinal. El aumento de 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 apoyo 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 supera 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 el estrés a la superficie del modo de falla. La curva histórica del tiempo de deflexión del miembro se muestra en la Fig. 9b. El tiempo de ocurrencia de la mayor deflexión está sincronizado con la disminución de la fuerza de impacto. El paso del tiempo se acelerará al aumentar 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 del historial temporal 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 meseta. La fuerza de impacto máxima y el valor de meseta aumentan linealmente con el diámetro del refuerzo longitudinal. Esto se debe a la mayor relación 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 tiempo-historia de la fuerza de impacto 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 lateral 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 aproxima al 6%. La fracturación local del hormigón reduce la capacidad portante del elemento cuando aumenta la relación de refuerzo longitudinal 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 inferior al 6% y aumenta cuando el refuerzo es superior al 6%. Este hecho demuestra elocuentemente el punto de vista anterior.

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

Una mayor relación de refuerzo longitudinal 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 elemento se reduce debido al colapso prematuro del hormigón. La resistencia al impacto del elemento disminuye cuando la relación de refuerzo longitudinal supera el 6,65%.

El papel 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 lo tanto, los cambios en el grado de resistencia del concreto pueden afectar la resistencia al impacto de los elementos de concreto reforzado. En el experimento se utilizó hormigón de grado C55. Se usaron 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 final de un miembro se muestra en la Fig. 12a. La ilustración muestra que la falla por cortante ocurre en el lado derecho del punto de impacto, independientemente de la resistencia del concreto.

Modo de falla y curvas históricas de tiempo de fuerza-deflexión de varios elementos de resistencia de concreto.

Para C65 e inferiores, el hormigón se rompe y se parte en el lado derecho del punto de impacto debido a las fracturas por cortante, y los elementos se parten 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 supera C65, las barras de acero longitudinales se rompen en el lado derecho del punto de impacto, lo que indica que el hormigón se vuelve más quebradizo. La capacidad portante de un miembro se reduce cuando se daña. Una energía de impacto excesiva romperá la barra de acero longitudinal. Elementos de hormigón dañados durante un impacto desigual aumentan a medida que aumenta la resistencia del hormigón por encima de C65. La Figura 12b muestra la curva de la historia del tiempo 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 elemento se acorta a medida que aumenta la resistencia del hormigón, 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 apoyo del extremo derecho, la fuerza de respuesta tiene una tendencia ascendente. Por ejemplo, los niveles más altos de resistencia del hormigón 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 apoyo fijo genera una compresión, haciendo que el concreto cercano sea más fácil de fracturar; las curvas históricas de tiempo de deflexión de cada miembro 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 hormigón no influyen en la tendencia del desplazamiento en el punto de impacto del miembro. Debido a que el concreto es excesivamente quebradizo, se fracturará por completo 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 de la historia del tiempo cuando la resistencia del concreto es variable. Las curvas de historial de tiempo de impacto de CSG1 y CSG2 casi coinciden, las curvas de historial de tiempo de impacto de CSG4 y CSG5 son prácticamente comunes, y la duración del efecto para todos los miembros es la misma, como se muestra en la Fig. 13. Los miembros de la etapa de meseta CSG4 y CSG5 fluctúan. Debido a la fractura temprana del concreto y la abrupta disminución en la capacidad portante de los miembros ha ocurrido. En este punto, la tensión se distribuye a las barras de acero y aumentan sus fuerzas de impacto. La fuerza de impacto máxima aumenta; sin embargo, el aumento es modesto.

Historial temporal de la fuerza de impacto de varios elementos de resistencia de 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. El hormigón inferior a C65 muestra un aumento en la absorción de energía por parte de los miembros con el aumento del grado de resistencia del hormigón, como se ve en la Tabla 7. Disminuye con el grado de resistencia del elemento de hormigón después de que supera el 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 concreto; sin embargo, la capacidad de absorción de energía del soporte del extremo izquierdo mejora con la resistencia del hormigón. El hormigón en el 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 al 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 de los miembros. Sin embargo, cuando la resistencia del concreto 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 sido dañados extensamente por energía de alto impacto, aunque YH1 e YH2 tienen diversos grados de daño. Otros parámetros se mantienen constantes para evaluar la energía de impacto sobre la resistencia al impacto de elementos 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 a partir de 0,2 m con una pendiente de 0,2 m. En la figura 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 de impacto es de solo 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 entra en la sección transversal. La deflexión residual de los dos miembros supera el 1,1% de la luz libre, lo que indica una falla por flexión. Cuando la velocidad de impacto es de 4,85 m/s, se producen fracturas por cortante 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 cortante. La fisura de corte diagonal en el lado derecho del punto de impacto penetra antes que la fisura de flexión en la parte inferior. El miembro sufre una falla por cortante. Estos comportamientos indican que cuando la velocidad del impacto es de 4,85 m/s (V6) y la energía del impacto es de 3175 J, el miembro se doblará y se cortará. A 5,60 m/s (V8), la energía del impacto es de 4233 J, generando rotura por cortante.

Diagramas de deformación plástica de miembros con diferentes velocidades de impacto.

La figura 16 compara las historias de fuerza de impacto-tiempo 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 se nota a una velocidad de impacto de 3,43 m/s. La capacidad portante 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 solo puede depender de una mayor deformación para absorber la energía del impacto.

Curva de historia de la fuerza de impacto-tiempo de diferentes elementos de velocidad de impacto.

La curva histórica 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 de impacto antes de disminuir. Este fenómeno está relacionado con la falla del miembro. Menos de la mitad de los primeros cuatro miembros se doblan, provocando una falla por cortante por flexión. 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 de impacto. Sin embargo, hay un aumento y una caída dramáticos en la fase estable debido a la transmisión lenta y las ondas de estrés del tiempo de reflexión. 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 elemento aumenta con la velocidad del impacto. Una velocidad de impacto inferior a 5,24 m/s provoca rebote. En este punto, el miembro está dañado elastoplásticamente. Cuando la velocidad supera los 5,24 m/s, la deflexión del elemento aumenta. El miembro pierde su capacidad portante y es difícil de mantener.

Curvas históricas de fuerzas y tiempo de deflexión de miembros bajo diferentes velocidades de impacto.

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

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 la rotura por flexión; una velocidad de impacto entre 2,80 m/s y 3,43 m/s provoca fallas críticas por flexión y corte. La falla por cortante ocurre cuando la velocidad del impacto excede los 3,96 m/s. El elemento puede dañarse por completo si la velocidad del impacto alcanza los 5,24 m/s.

Los estribos se utilizan para cumplir con 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 elementos, se alteró el espaciamiento de los estribos como s = 60 mm, s = 70 mm, s = 80 mm y s = 90 mm. Al mismo tiempo, los otros parámetros permanecieron iguales. La condición s = 50 mm y s = 100 mm investiga los miembros, y estos parámetros se denotan de menor a mayor espaciado como SR1, SR2, SR3, SR4, SR5 y SR6. La Figura 19 muestra las curvas históricas de fuerza de impacto-tiempo de cada elemento 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 elemento, como se ve en cada curva de la Fig. 19. La fuerza de impacto máxima se reduce con el espaciado de los estribos; sin embargo, disminuye progresivamente cuando la distancia entre estribos supera los 70 mm. En comparación con las curvas históricas de tiempo de deflexión de varios miembros con relación de estribo en la figura 20. La figura revela que las variaciones de deflexión inicial (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 flecha aumentó bruscamente después (45 ms) para prácticamente todos los miembros con una separación entre estribos > 50 mm. El mayor espacio hace que los estribos sean más resistentes al daño 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 pico e historial de fuerza de impacto-tiempo de miembros con varias relaciones de estribo.

Curva de historial de tiempo de deflexión de miembros y comparación de deflexión con varias relaciones de estribo a 45 ms.

En conclusión, la relación de estribo tiene poca influencia en el mecanismo de falla del miembro y 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 American Institute of Steel Construction (AISC) enumera estos valores entre 0,5 y 2,056. El valor de K depende de cómo se unen los elementos de condición de contorno en una estructura (K = 0,5 para dos elementos de extremo fijo), (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 el espécimen (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 las comparaciones de la relación de esbeltez antes y después de la falla. La figura muestra que el cortante de todos los miembros falla a la derecha del punto de impacto. Además de la fractura por cortante, el elemento SLr1 se dobla y se agrieta en la parte inferior del punto de impacto, SLr2 y SLr3 se doblan y se agrietan en la parte superior del soporte del extremo derecho, y SLr4 y SLr5 se rompen precisamente donde emerge la grieta por cortante. el lado derecho del punto de impacto.

Efecto de la relación de aspecto en los miembros.

La región de concentración de tensiones crece a medida que aumenta la relación de esbeltez del miembro. La curva histórica de fuerza-tiempo de deflexión del elemento se muestra en la figura 21b. Los dos miembros, SLr4 y SLr5, se rompieron después de ser golpeados y la deflexión del miembro aumentó. La flecha de los tres miembros restantes aumentó con la relación de esbeltez. La relación de esbeltez de SLr4 y SLr5 es pequeña, el esfuerzo se concentra en el lado derecho y el esfuerzo local es demasiado alto, lo que lleva a la fractura del miembro. La deflexión aumenta con la relación de esbeltez para miembros que no se han roto porque la deformabilidad aumenta con la longitud del miembro.

Integrar la curva para absorber energía. La energía absorbida por el elemento y el apoyo 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, la resistencia al impacto mejora y se consume energía. El elemento puede doblarse y dañarse a medida que aumenta la relación de esbeltez, lo que permite que la energía se transmita de manera eficiente 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 elemento cambia de cortante a flexión. Una vez que la relación de esbeltez llega a 35,30, el elemento falla por flexión cortante. Siempre que la relación de esbeltez supere los 35,30, el elemento 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 tiempo-historia de la fuerza de impacto con varias relaciones de aspecto de los miembros.

Bajo cargas de impacto lateral de tramos desiguales, este documento se centra en cinco aspectos de la respuesta dinámica y el mecanismo de falla de los elementos de hormigón armado. Un ensayo de impacto con martillo de caída de elementos de hormigón armado expuestos a un impacto lateral desigual. Establecimiento de modelos de elementos finitos con la influencia de varios parámetros. Las tensiones de impacto de alta velocidad de tramos desiguales provocan fallas por cortante. El lado derecho del punto de impacto crea la superficie de falla por cortante. La parte superior de la superficie que falla es el punto de impacto. Se incluyen modelos tridimensionales de elementos finitos de impacto lateral de tramos desiguales de elementos de hormigón armado de acero y hormigón debido a sus impactos de velocidad de deformación. Compare los hallazgos de la prueba con el mecanismo de falla del modelo, la curva histórica de fuerza de impacto-tiempo 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 elementos de hormigón armado. 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, los elementos sobrerreforzados por encima del 6 % fallan antes de tiempo debido a la 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 concreto CSG1, CSG2 y CSG3 tienen un efecto mínimo en la resistencia al impacto de los miembros. El hormigón más resistente que CSG3 (65 MPa) se fractura fácilmente.

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

La relación de estribos no afecta el mecanismo de falla del miembro ni la fuerza de impacto. No obstante, 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 falló la prueba de flexión. Con una relación de esbeltez creciente, la fuerza máxima de impacto cae y el elemento falla por flexión en lugar de por corte.

Es esencial examinar la respuesta de los especímenes a la fuerza axial. Se deben hacer intentos para identificar enfoques factibles para mejorar el valor de capacidad asociado con el revestimiento de láminas de FRP en hormigón armado. En el sector de la construcción, los resultados de tales investigaciones ayudarían de inmediato.

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

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Descargar referencias

Los autores desean expresar su agradecimiento a la autoridad de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Concesión 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 Southwest Jiaotong, 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 HA; 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 de CR existentes bajo colisión de impacto desigual. Informe científico 12, 14793 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-19144-1

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Recibido: 27 enero 2022

Aceptado: 24 de agosto de 2022

Publicado: 30 agosto 2022

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

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