Nonlinear analysis of deteriorating reinforced concrete shells

The thesis presents a framework for nonlinear analyis of reinforced concrete (RC) shell structures undergoing corrosion. A finite element code is developed. Modeling of material nonlinearity is based on the Modified Compression Field Theory (MCFT). Constitutive laws are derived using average strains and stresses by taking into account mechanical phenomena peculiar to RC, such as tension stiffening and compression softening. Implementation within a secant-stiffness solution algorithm with implicit layering and smeared reinforcement is adopted. Accuracy of the implementation is tested by solving benchmark problems. The modeling of the deterioration of RC shell structures throughout its life-cycle is associated with chloride-induced corrosion. Chloride ingress is modeled based on the Fick diffusion equation. Damage modeling is developed by taking into account the main effects of corrosion. The effectiveness of the proposed approach is shown based on applications related to two RC plates and an existing RC cooling tower.

La tesi presenta riguarda l'analisi non lineare di strutture a guscio in cemento armato soggette a corrosione. Nel lavoro viene sviluppato un codice per elementi finiti nel quale la modellazione della non linearità del materiale si basa sulla Modified Compression Field Theory (MCFT) con leggi costitutive formulate in termini di tensioni e deformazioni medie. La formulazione tiene conto dei dievrsi aspetti che caratterizzano la risposta di elementi in calcestruzzo armato, come il tension stiffening e il compression softening. La soluzione del problema non lineare si basa sul metodo secante. L'accuratezza della formulazione proposta viene validata su alcuni casi prova. Si considera il degrado associato a fenomeni di corrosione indotti dall'ingresso di cloruri. La simulazione del processo diffusivo si basa sulle equazioni di Fick e la modellazione del degrado tiene conto dei principali effetti della corrosione. L'efficacia dell'approccio proposto è dimostrata mediante applicazioni a due piastre e a una torre di raffreddamento esistente.