Crack development in concrete structures due to imposed strains—Part II: Parametric study of a wall fully restrained at the base

Abstract

Crack development due to imposed strains in concrete walls fully restrained at the base is studied in order to improve control of cracking.

In this second paper the influence of reinforcement and concrete properties as well as geometry on crack width and crack spacing is studied. In a first paper a two-dimensional FE-method is described, with closing forces in cracks concentrated to spring elements. Temperatures changes are used as load and the calculations are performed stepwise with opening of nodes and implementation of spring elements.

It is shown that the two-dimensional behaviour of the wall only gives about half the crack widths compared to a one-dimensional bar with the same percentage of reinforcement. The reason is that the restraint along the base will effectively facilitate distribution of cracking along the wall. The two-dimensional analysis shows that the crack widths are limited also by low reinforcement ratios. For the same reinforcement ratio the crack width will increase with tensile strength of the concrete. The geometry of the wall has very little influence on the cracking behaviour unless the wall is very short. Bond stiffness and bar diameter have a limited effect on the crack width in the wall.

Résumé

Le développement des fissures dans les murs en béton soumis à des déformations et encastrés à la base est étudié afin d'améliorer le contrôle de la fissuration.

Dans cette deuxième publication est étudiée l'influence de l'armature et des propriétés mécaniques du béton, ainsi que de la géométrie du mur sur la largeur et l'espacement des fissures. Dans la première publication, une méthode de modélisation bi-dimensionelle par éléments finis est décrite en prenant en compte les efforts de fermeture des fissures sous la forme d'éléments de raideur. Les changements de température sont modélisés sous la forme de chargements et les calculs sont effectués par étapes, en contrôlant l'ouverture de nœuds et en introduisant des éléments de raideur.

Les résultats montrent que le comportement bi-dimensionnel du mur divise environ par deux la largeur des fissures, par comparaison avec une poutre uni-dimension avec le même pourcentage de renforcement. Ceci s'explique par le fait que l'encastrement du mur à sa base conduit à une meilleure répartition des fissures le long de ce mur. L'analyse bi-dimensionnelle montre que la largeur des fissures est également limitée en raison d'un faible rapport d'armature. À rapport égal, la largeur des fissures augmente avec les efforts de traction (longitudinaux) dans le béton. La géométrie du mur a une très faible influence sur le comportement des fissures, à moins que le mur ne soit de faible hauteur. La rigidité d'adhérence et le diamètre des barres de renforcement ont des effets limités sur la largeur des fissures du mur.