Numerical analysis of prestressed concrete elements by a smeared crack approach

This thesis aims to investigate the behavior of prestressed concrete elements by employing the smeared crack model implemented within the Abaqus simulation software. The study primarily focuses on comprehending the mechanical response of prestressed concrete beams subjected to bending tests conducted in the laboratory. The thesis begins by introducing fundamental concepts related to tests in prestressed concrete and smeared crack modeling, followed by the development of numerical analyses in Abaqus. The simulation results are compared with experimental data obtained through Digital Image Correlation (DIC). The study examines the influence of the tensile properties of the concrete in the numerical model. A parametric analysis considers the variations of tensile strength and ultimate strain at failure. The simulations permit to follow the vertical growth of the cracks until a biaxial stress state is reached. Moreover, unexpected differences are observed between the results obtained under load control and displacement control. Overall, considering the divergent results, it can be concluded that the smeared crack model in Abaqus does not accurately represent the mechanical response of the pre-stressed samples tested in the laboratory.

Questa tesi mira a indagare il comportamento di elementi in calcestruzzo precompresso utilizzando il modello di fessurazione diffusa (smeared crack model) disponibile all'interno del software di simulazione Abaqus. Lo studio si concentra principalmente sulla comprensione della risposta meccanica di travi in calcestruzzo precompresso sottoposte a prove di flessione eseguite in laboratorio. La tesi inizia introducendo concetti fondamentali relativi alle prove condotte nel calcestruzzo precompresso e alla modellazione della frattura diffusa, seguiti dalle analisi numeriche sviluppate in Abaqus. I risultati delle simulazioni vengono confrontati con dati sperimentali ottenuti attraverso la correlazione di immagini digitali (DIC). Lo studio esamina l'influenza delle proprietà di trazione del calcestruzzo nella risposta del modello numerico. Un'analisi parametrica considera le variazioni della resistenza a trazione e della deformazione ultima a rottura, permettendo di seguire la crescita verticale delle fratture fino all’insorgenza di uno stato di sforzo equi-biassiale. Vengono osservate inattese differenze nei risultati ottenuti in controllo di carico e in controllo dello spostamento. Complessivamente, considerando i diversi risultati, si può concludere che il modello di frattura diffusa implementato in Abaqus non rappresenta accuratamente il comportamento dei campioni testati in laboratorio.