A Study of Corrosion Effects of Reinforcements on the Capacity of Bridge Piers Via the Nonlinear Finite Element Method

T h e p i e r s o f m a n y b r i d g e s i n o u r c o u n t r y, w h i c h w e r e c o n s t r u c t e d l o n g a g o, h a v e b e e n e x p o s e d t o c o r r o s i v e f a c t o r s t h r o u g h o u t t h e y e a r s a n d, i n m a n y c a s e s, t h e s e f a c t o r s h a v e c a u s e d d e s t r u c t i v e e f f e c t s. C r e a t i n g a n e w 3D a n a l y t i c a l m o d e l t h a t c a n c o n s i d e r t h e e f f e c t s o f t h e c o r r o s i o n o f r e i n f o r c e m e n t o n c o n c r e t e c o l u m n s a n d u s i n g t h e p r o p e r m o d e l f o r n o n l i n e a r f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s i s t h e m a i n o b j e c t i v e o f t h i s r e s e a r c h. A s c o r r o s i o n b a s i c a l l y c a u s e s a r e d u c t i o n i n t h e s t r e n g t h o f m a t e r i a l s a n d c o n s e q u e n t l y d e c r e a s e s t h e c a p a c i t y o f t h e b r i d g e p i e r s, c o n s i d e r a t i o n o f t h e i r r e a l b e h a v i o r i s o f g r e a t i m p o r t a n c e. T h e r e a r e a l s o s o m e o t h e r f a c t o r s w h i c h a f f e c t t h e n o n l i n e a r b e h a v i o r o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s, s u c h a s t h e s t r e s s-s t r a i n r e l a t i o n o f c o n c r e t e i n c o m p r e s s i o n, c r a c k s i n c o n c r e t e, t h e c r u s h i n g o f c o n c r e t e, a g g r e g a t e i n t e r l o c k a n d d o w e l a c t i o n. I n a d d i t i o n, t h e c o r r o s i o n o f r e i n f o r c e m e n t s i s o n e o f t h e c r u c i a l c a u s e s i n a f f e c t i n g t h e n o n l i n e a r b e h a v i o r o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s, b y w h i c h t h e l o a d i n g c a p a c i t y a n d d u c t i l i t y o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s a r e r e d u c e d. T h e r e f o r e, t h i s f a c t o r i s a l s o c o n s i d e r e d u s i n g t w o m a i n a p p r o a c h e s, w h i c h a r e: r e d u c t i o n i n t h e a r e a o f r e i n f o r c e m e n t s a n d t h e b o n d i n g o f c o n c r e t e t o t h e r e i n f o r c e m e n t s, w h i c h a r e u t i l i z e d i n t h e t e n s i o n s t i f f e n i n g m o d e l a n d i n t h e v a r i a t i o n o f s t e e l p r o p e r t i e s. I n t h i s s t u d y, t h e a f o r e m e n t i o n e d c a u s e s a r e i n t r o d u c e d w i t h c r e d i t e d w e l l-k n o w n r e l a t i o n s a n d t h e y a r e u s e d i n t h e p r e s e n t e d m o d e l. I t i s a l s o w o r t h y t o n o t e t h a t i n t h i s s t u d y, t h r e e r e c t a n g u l a r c o l u m n s a r e m o d e l e d i n a n e w f i n i t e e l e m e n t p r o g r a m, u s i n g a n a d v a n c e d c o m p o s i t e e l e m e n t, n a m e d; t h e S o l i d S h e l l E l e m e n t, i n t w o d i f f e r e n t c a s e s. I n o n e c a s e, t h e c o r r o s i o n e f f e c t s o f r e i n f o r c e m e n t s a r e c o n s i d e r e d, w h i l e, i n t h e o t h e r c a s e, t h e c o r r o s i o n e f f e c t s a r e i g n o r e d a n d t h e a n a l y s i s r e s u l t s o f t h e t w o m o d e l s a r e c o m p a r e d t o t h o s e o f l a b o r a t o r y e x p e r i m e n t s.