Nieliniowe zachowanie materiału betonu zbrojonego, betonu i betonu z włóknem stalowym może zostać odwzorowane za pomocą modeli materiałowych „Anizotropowy | Uszkodzenie” lub „Izotropowy | Uszkodzenie”.
Wykres naprężenie-odkształcenie nieantysymetryczny W odróżnieniu od innych modeli materiałowych wykres naprężenie-odkształcenie dla modeli „Izotropowy | Uszkodzenie” i „Anizotropowy | Uszkodzenie” nie jest antysymetryczny względem początku układu współrzędnych. Dzięki temu modele te mogą odwzorowywać różne zachowanie betonu, odpowiednio betonu zbrojonego, przy ściskaniu i rozciąganiu.
Powstawanie rys - Rozsmarowany model rysy Modele te mogą ponadto odwzorowywać ciągłą degradację sztywności materiału w wyniku powstawania rys. Stosowany jest w tym celu rozsmarowany model rysy ("Smeared crack model"). Poniższy obraz przedstawia schematycznie możliwości modelowania rys w sposób dyskretny (a) i rozsmarowany (b).
Podstawowa idea tych modeli polega na tym, że stan odkształcenia określany jest addytywnie jako odkształcenie materiału bazowego oraz odkształcenie rysy. W przypadku pojawienia się rysy zakłada się, że materiał bazowy nadal zachowuje się sprężyście, a wszystkie dodatkowe odkształcenia występują w rysie. Rysa nie jest przy tym odwzorowywana pojedynczo, lecz modelowana jako rozłożona na elemencie, tzw. „rozsmarowane” uszkodzenie.
Parametry uszkodzenia Różnica między oboma modelami polega na sposobie redukcji sztywności.
- W modelu materiałowym „Izotropowy | Uszkodzenie” redukcja ta odbywa się za pomocą skalarnego parametru uszkodzenia.
- W modelu materiałowym „Anizotropowy | Uszkodzenie” redukcja sztywności odbywa się natomiast elementowo za pomocą tensora uszkodzenia.
Izotropowy | Uszkodzenie
Degradacja niezależna od kierunku Izotropowe uszkodzenie betonu charakteryzuje się niezależną od kierunku degradacją sztywności materiału. Sztywność jest przy tym redukowana za pomocą skalarnego parametru uszkodzenia jednakowo we wszystkich kierunkach przestrzennych, co jest typowe dla prostych modeli uszkodzenia ośrodka ciągłego (model uszkodzenia Mazarsa).
Nie uwzględnia się kierunku naprężeń głównych, lecz uszkodzenie następuje raczej w kierunku odkształcenia zastępczego, które obejmuje również trzeci kierunek prostopadły do płaszczyzny. Strefa rozciągania i obszar ciśnienia tensora naprężeń są traktowane oddzielnie. Obowiązują przy tym różne parametry uszkodzenia.
„Rozmiar elementu odniesienia” steruje tym, jak odkształcenie w strefie rysy jest skalowane do długości elementu. Przy wartości domyślnej zero nie następuje skalowanie. Dzięki temu zachowanie materiału betonu z włóknem stalowym jest odwzorowywane w sposób realistyczny.
Anizotropowy | Uszkodzenie
Degradacja zależna od kierunku Anizotropowe uszkodzenie betonu charakteryzuje się zależną od kierunku redukcją sztywności materiału i jest opisywane za pomocą tensora uszkodzenia. Dzięki temu możliwe jest odwzorowanie różnych sztywności w kierunkach rozciągania, ściskania i ścinania.
Fizycznie rysy działają jako nieciągłe strefy osłabienia o preferencyjnej orientacji, dzięki czemu sztywności normalne i sztywności na ścinanie prostopadle względnie równolegle do płaszczyzny rysy wyraźnie się różnią. W rezultacie materiał wykazuje lokalnie zachowanie ortotropowe lub transwersalnie izotropowe.
