TY - JOUR ID - TI - Nonlinear finite element analysis of prestressed concrete box section beams التحليل اللاخطي للعنصر المحدود من خلال تسليط الاشعة على الخرسانة مسبقة الاجهاد قبل وبعد التشقق AU - Ihsan A. S. Al-Shaarbaf صائب AU - Hiba Emad Abbas هبة عماد عباس PY - 2013 VL - 16 IS - 2 SP - 156 EP - 167 JO - Al-Nahrain Journal for Engineering Sciences مجلة النهرين للعلوم الهندسية SN - 25219154 25219162 AB - This study presents a three-dimensional nonlinear finite element model suitable for the analysis of prestressed concrete box beams up to failure. Concrete was modeled using three-dimensional 20- node isoparametric quadratic brick elements, while the prestressing and reinforcing bars were modeled as one dimensional axial members embedded within the concrete elements. The behavior of concrete in compression is simulated using an elasto-plastic work hardening model followed by a perfectly plastic response, which is terminated at the onset of crushing. In tension, a smeared crack model with orthogonal cracks has been used with the inclusion of a model for the retained post-cracking tensile stresses and a model that reduces the shear modulus of rigidity after cracking. The nonlinear equations of equilibrium have been solved using an incremental-iterative technique based on the modified Newton-Raphson methods. The numerical integrations have been carried out using the 27-Gaussian- quadrature integration rule. Different types of prestressed concrete beams have been analyzed, and the finite element solutions are compared with the available experimental data. The finite element results obtained were the load-deflection response. Several parametric studies have been carried out to investigate the effects of some important finiteelement and material parameters on the behavior of prestressed concrete box section beams. In general, good agreement between the finite element solutions and the available experimental results has been obtained. A study was made to compare the finite element ultimate moment of prestressed concrete box beams obtained for different values of compressive strength of concrete and area of prestressing steel with the provisions of the ACI-Code (318M-05). It was found that the predicted values of the ultimate moments obtained using the finite element analysis are in good agreement with the corresponding values obtained using the provisions of the ACI-Code (318M-05).

اعتمدت هذه الدراسة على استخدام العناصر المحددة ثلاثية الابعاد لاجراء التحليل اللاخطي وتحري سلوك العتبات االخرسانية مسبقة الاجهاد لمراحل التحليل قبل وبعد التشقق والى حد الحمل الاقصى. استخدام العنصر الطابوقي ذي العشرين عقدة لتمثيل الخرسانة، اما حديد التسليح بنوعية العادي والمسبق الاجهاد فقد تم تمثيله بعناصر محورية مطمورة داخل العنصر الطابوقي. تم تمثيل الخرسانة تحت تاثير اجهادات الضغط باستخدام النموذج المرن ذي التقوية الانفعالية (Hardening Elasto-Plastic Work) والمتبوع بتصرف تام اللدونة(Plastic Perfectly) يستمر لغاية تهشم الخرسانة(Concrete Crushing Of ). اما بالنسبة لتصرف الخرسانة تحت تاثير اجهادات الشد فقد اعتمد أنموذج الشق المنتشر(Model Smeared)لآحتساب اجهادات الشد االمتبقية في الخرسانة المسلحة بعد التشقق. كما تم تبني انموذج احتباس اجهادات القص(Shear-Retention Model ) والذي يقوم بتخفيض معامل صلابة القص(Shear Modulus Rigidity)المتبقي في مرحلة ما بعد التشقق.تم حل معادلات التوازن اللاخطية باستخدام طريقة تزايدية تكرارية(Incremental-Iterative Model)واستخدام في الحل الطريقة المعدلة لنيوتن-رافسن(Modified Newton Raphson Method)مع اجراءالتكاملات العددية باستخدام طريقة التكامل ذات السبع والعشرين نقطة تكامل.تم تحليل انواع مختلفة من العتبات الخرسانية مسبقة الاجهاد وقورنت النتائج المستحصلة امنحنيات الحمل-الازاحة(Load-Deflection) المستحصلة بطريقة العناصر المحددة مع النتائج المختبرية المتوفرة.أجريت بعض المتعيرات المهمة على سلوك العتبات الخرسانية مسبقة الاجهاد ذات المقاطع الصندوقية. بشكل عام فقد تم الحصول على توافق جيد بين النتائج التحليلة بطريقة العناصر المحددة والنتائج المختبرية. ان العزوم القصوى للعتبات الخرسانية ذات المقاطع الصندوقية المسبقة الاجهاد المحسوبة من علاقات مدونة الخرسانة الامريكية (ACL-Code 318M-05) قورنت مع النتائج المستحصلة من طريقة العناصر النحددة ولقيم مختلفة من مقاومة الانضغاط للخرسانة ومساحة حديد التسليح مسبق الاجهاد.لقد وجد انه ولقيم عالية من مقاومة الانضغاط للخرسانة لم يتجاوز الفرق بين العزوم المستحصلة بطريقفة العناصر المحددة نسبة 7% عن مثيلاتها المستخرجة من معدلات مدونة الخرسانة الامريكية. ER -