Finite element evaluation of the boundary conditions for biaxial testing of high strength concrete: Fid-Bau Portal

Finite element evaluation of the boundary conditions for biaxial testing of high strength concrete

Hussein, A. / Marzouk, H.

Abstract This paper represents a numerical investigation, using a non linear finite element approach, to evaluate the different load application platens used in the biaxial testing of concrete. Three methods are evaluated numerically: the dry ordinary solid steel testing platens, the brush platens, and the friction reducing Teflon sheets. The effect of confinement on the displacement field in addition to the stress distribution in the loading direction are presented and discussed. The shear stresses induced in the specimen are evaluated for both uniaxial and biaxial loading conditions. Finally, the buckling capacity of the brush platens is examined. The finite element results indicate that the brush platens provide the most homogeneous displacement fields. The displacement fields are close to those obtained without lateral confinement. In addition, the shear stresses induced in the specimen are the lowest for the brush platens. The current study was used to design brush bearing platens for biaxial testing of high strength concrete. A brush platen with rod dimensions of 5×5 mm cross-section and 75 mm height can be safely used in testing high strength concrete with compressive strength up to 100 MPa with a reasonable factor of safety against buckling of the brush rods.

Résumé Cet article présente une analyse numérique, se servant d'une approche non-linéaire aux éléments finis, pour évaluer les platines à application de charge variée utilisées pour éprouver de façon biaxiale le béton. Trois méthodes sont évaluées de façon numérique: les platines d'épreuve ordinaires sèches en acier solide, les platines à brosses, et les feuilles en Téflon qui réduisent la friction. Le présent article aborde également l'effet de limitation sur le champ de déplacement, aussi bien que la distribution des contraintes dans le sens de la charge. Les contraintes de cisaillement provoquées dans le spécimen sont évaluées pour les conditions de charge uniaxiales et biaxiales. Les résultats à éléments finis indiquent que les platines à brosse donnent les champs de déplacement les plus homogènes. Les champs de déplacement sont proches de ceux obtenus sans limitation latérale. En plus les contraintes de cisaillement apportées dans le spécimen sont des plus basses pour les platines à brosse. L'étude actuelle a été conçue pour créer des platines à brosse dans les épreuves biaxiales de béton à haute résistance. Une platine à brosse avec des barres d'un profil de 5×5 mm et d'une longueur de 75 mm peut être utilisée en toute sécurité pour éprouver le béton à haute résistance ayant une résistance en compression pouvant aller jusqu'à 100 MPa avec une marge de sécurité raisonnable contre le flambage des barres de brosse.