The three dimensional modelling of thermal cracks in concrete structure: Fid-Bau Portal

The three dimensional modelling of thermal cracks in concrete structure

Huang, C. -X.

Abstract The occurence of thermal cracks in massive concrete structures is a common phenomenon. In order to modell this kind of cracks the material properties of hardening concrete, temperature and stress developments must be dealt with. According to Laube [1] the thermal and mechanical properties of concrete may be expressed as functions of the reference parameter—the degree of hydration which depends on the hardening time and on the temperature process, therefore, a non-linear coupled calculation of temperatures and stresses should be carried out. On the basis of these material laws a numerical modell is set up for the process simulations of the material properties, the temperature and the stress fields as well as the development of cracks. Then the modell is implemented into a three dimensional finite element programme. As an example a freshly concreted wall on top of an old foundation is investigated. Finally attention is paid to the numerical process modelling two typical thermal cracks,i.e. the surface cracks and the inner cracks, by employing the smeared approach of crack distributions in three dimensional hardening concrete.

Résumé L'occurrence des fissures thermiques des structures en béton massives est un phénomène bien connu. Pour modéliser le comportement mécanique du béton pendant la phase de durcissement, il faut considérer le développement de la température, de la contrainte et des paramètres matériau. Laube [1] a proposé d'utiliser le degré de maturité comme paramètre de référence pour modéliser les propriétés thermiques et mécaniques du béton. Ce paramètre dépend de la durée de durcissement et de la température. Donc pour un calcul couplé non linéiare des températures et des contraintes doit être effectué. À partir de ces lois relatives au matériau, un modèle numérique est développé pour simuler le développeent des propriétés du matériau, de la température et de la contrainte, ainsi que le développement des fissures. Ensuite, le modèle est mis en oeuvre dans un programme de calcul aux éléments finis tridimensionnel. A titre d'exemple, le cas d'un mur récemment bétonné sur une fondation ancienne est examiné. Finalement, on s'occupe du traitement numérique employé pour modéliser deux sortes de fissures thermiques typiques-c'est-à-dire les fissures superficielles et les fissures internes—à partir d'une approche tridimensionnelle de la distribution des fissures dans le béton.