ANALYSIS OF MIXED MODE I/II FAILURE OF SELECTED STRUCTURAL CONCRETE GRADES

Abstract

Předkládaná disertační práce je zaměřená na experimentální a numerickou analýzu poškození betonu vlivem kombinovaného módu namáhaní I/II. Tento typ poškození je studován na různých třídách a typech betonu, které se běžně používají při výrobě prefabrikovaných dílců. Pro tuto analýzu, jak experimentální, tak i numerickou, bylo použito těleso tvaru brazilského disku s centrálním zářezem. V numerické části je použito obou současných přístupů teorie lineární elastické lomové mechaniky (LEFM) a také nelineární analýzy pro popis iniciace a šíření trhliny v betonovém tělese zatíženého kombinovaným módem I/II. Teorie LEFM je použito ke stanovení tvarových funkcí a také vyšších členů Williamova rozvoje pro popis napětí před čelem trhliny. Zatímco nelineární model je zaměřen na iniciaci a propagaci trhliny celým průřezem tělesa za použití materiálového modelu „Concrete Damage Plasticity“. Experimentální část je věnovaná analýze lomové odolnosti betonu v kombinovaném módu zatížení I/II pomocí obecného kritéria tangenciálního napětí (GMTS) se zaměřením především na efekt parametru kritické vzdálenosti rC. Dále pak experimentální část validuje použití Williamsovy řady na betonu. K tomuto je použito experimentálně zachycené pole posunutí metodou digitální korelace obrazu, které sloužilo jako vstupy k výpočtu členů Williamsovy řady. Poslední část je pak věnovaná vlivu agresivního prostředí na hodnoty lomové houževnatosti a také lomové odolnosti v kombinovaném módu I/II zatížení.

The presented thesis is devoted to the experimental and numerical analysis of concrete fracture under the mixed-mode I/II load. This phenomenon was analysed on various concrete grades and types which are used in the fabrication of precast concrete structural elements. Subsequently, the Brazilian disc test with central specimen was used in experimental and numerical parts. The numerical part employs both linear elastic fracture mechanics (LEFM) approach and non-linear material model to assess the concrete fracture and failure under the mixed mode I/II load. The LEFM part is dedicated to evaluation the geometry functions and higher order terms of the Williams’ expansion, while the non-linear analysis is dedicated to crack initiation and propagation throughout the specimen using the concrete damage plasticity model. The experimental part is dedicated to the analysis of the mixed mode-mode I/II fracture resistance by the generalised tangential stress (GMTS) criterion with focus set on the governing role of the critical distance rC. Furthermore, the experimental part validates the applicability of the Williams’ expansion on the concrete. For this, experimentally measured displacements by digital image correlation technique were used to calculate the Williams’s expansion terms. Lastly, the thesis deals with the influence of the aggressive environment on the material’s fracture toughness and on the fracture resistance under the mixed mode I/II has been studied.