ENG: Steel-reinforced concrete columns that support many of the world’s bridges are designed to withstand earthquakes, but always require inspection and often repair once the shaking is over. These repairs usually involve replacing loose concrete and fractured steel bars and adding extra materials around the damaged area to further strengthen it against future loads.

Engineers at Rice University’s George R. Brown School of Engineering and Texas A&M University have developed an innovative computational modeling strategy to make planning these repairs more effective. The study by Rice postdoctoral research associate Mohammad Salehi and civil and environmental engineers Reginald DesRoches of Rice and Petros Sideris of Texas A&M appears in the journal Engineering Structures.

Their models simulate how columns are likely to respond globally (in terms of base shear and lateral displacement) and locally (with stress and strain) in future earthquakes when using various repair methods. They also predict the effects of slipping and buckling of reinforcement bars on the columns’ strength and ductility before and after repair.

The concrete and steel in reinforced columns are represented in the models by “fiber” elements. The models predict how they will respond to arbitrary loading considering the nonlinear stress-strain behaviors of columns and repair materials. After initial loading to simulate a certain level of damage, the models allow engineers to manipulate the model’s fibers and analyze the performance of repaired columns under seismic loads.

RO: Stâlpii din beton armat cu oțel care susțin multe dintre podurile din lume sunt proiectați să reziste la cutremure, dar necesită întotdeauna inspecții și adesea reparații după ce seismul a trecut. Aceste reparații implică, de obicei, înlocuirea betonului slăbit și a barelor de oțel fracturate și adăugarea de materiale suplimentare în jurul zonei deteriorate pentru a o consolida și mai mult împotriva sarcinilor viitoare.

Inginerii de la Școala de Inginerie George R. Brown a Universității Rice și de la Universitatea Texas A&M au dezvoltat o strategie inovatoare de modelare computațională pentru a face mai eficientă planificarea acestor reparații. Studiul realizat de Mohammad Salehi, cercetător asociat postdoctoral la Rice, și de inginerii civili și de mediu Reginald DesRoches de la Rice și Petros Sideris de la Texas A&M apare în revista Engineering Structures.

Modelele lor simulează modul în care este probabil ca aceste coloane să răspundă la nivel global (în ceea ce privește forfecarea bazei și deplasarea laterală) și local (cu tensiuni și deformații) în cutremurele viitoare, atunci când se folosesc diferite metode de reparare. De asemenea, acestea prezic efectele alunecării și flambajului barelor de armătură asupra rezistenței și ductilității coloanelor înainte și după reparații.

Betonul și oțelul din coloanele armate sunt reprezentate în modele prin elemente de “fibre”. Modelele prezic modul în care acestea vor răspunde la o încărcare arbitrară, luând în considerare comportamentele neliniare de tensiune-deformare ale coloanelor și ale materialelor de reparare. După încărcarea inițială pentru a simula un anumit nivel de deteriorare, modelele permit inginerilor să manipuleze fibrele modelului și să analizeze performanța coloanelor reparate sub sarcini seismice.

Source (Rice University, New models assess bridge support repairs after earthquakes, 18.01.2022)