Fatigue behavior of concrete subjected to biaxial loading in the compression region

Abstract

Concrete hollow cylinders subjected to combined compression and torsion were used to simulate concrete airport pavements subjected to biaxial fatigue loading in the compression region. It was found that the increase in the compliance in the post-peak period is due to the damage evolution of the specimen. The static failure mechanisms was explained by fracture mechanics. Similar failure was observed in fatigue loading. It was found that with the crack growth as a parameter, the static response acts as an envelope for the fatigue failure response. The rate of the crack growth under fatigue loading follows a two-stage process: a deceleration stage followed by an acceleration stage up to failure. In the deceleration stage, the growth is governed by the R-curve of the specimen. In the acceleration stage, it is governed by the Paris Law. The previously proposed model in the biaxial tension region was extended to the biaxial compression region. In the biaxial compression region, static and fatigue behaviors under pure compressive loading were modelled in terms of inelastic displacement, rather than crack length.

Résumé

Afin de simuler le comportement des dalles de béton sur les plates-formes aéroportuaires, ces dernières étant soumises à des chargements cycliques biaxiaux tels que la contrainte principale de compression est supérieure à la contrainte principale de tension, des cyclindres creux en béton ont été chargés en compression (suivant un axe longitudinal) et en torsion combinées. Il a ainsi été trouvé que l'augmentation de la souplesse dans la partie post-pic s'explique par une évolution de la détérioration mécanique du spécimen. Le mécanisme de rupture en mode statique a été expliqué par la théorie classique de mécanique de rupture. Un type de rupture similaire a été observé en chargement cyclique. En adoptant comme paramètre la longueur de fissure, la réponse statique du spécimens représente une courbe-enveloppe de la réponse au chargement cyclique. Le taux d'accroissement de la longueur de fissure sous chargement cyclique obéit à un processus en deux temps: une phase de décélération obéissant à la courbe R du spécimen puis une phase d'accélération obéissant à la loi de Paris. Le modèle antérieur, établi dans le cas où la contrainte principale dominante est la tension, a été étendu au cas où la compression domine comme contrainte principale. Les comportements statique et sous chargement cyclique en compression pure ont été modélisés en termes de déplacements inélastiques plutôt qu'en termes d'accroissement de la longueur de fissure.