Numerical Investigation of the Nonlinear Cyclic Behavior of Special Reinforcing Bars for Precast Concrete Frames with Hybrid Connections

Hybrid connections are a viable solution for erecting precast concrete frame structures in seismic areas. Such type of connections makes use of unbounded post-tensioned strands and partially unbounded mild steel rebars, also known as special reinforcing bars, in order to assemble the precast frame units. The paper presents a study about the nonlinear cyclic behavior of the special reinforcing bars along their unbounded length. Such type of reinforcement serves as the major energy dissipater for the precast concrete hybrid frame system and therefore, is subjected to severe plastic deformations during earthquakes. One uniaxial steel model is used to obtain the cyclic stress-strain curves following an elongation-controlled loading case scenario. Previous test observations and results were considered to establish the probable compression and tensile strain limits. A parametric study was done in order to compensate the lack of test data needed to calibrate the steel model. The results found through several numerical simulations reveal an unique cyclic behavior of the special reinforcement that clarifies some aspects regarding the cyclic behavior of the entire connection. Rezumat Îmbinările hibride sunt o soluție viabilă pentru realizarea structurilor prefabricate din beton armat în zone seismice. Aceste tipuri de conexiuni folosesc toroane post-tensionate neaderente și armături de oțel parțial neaderente, cunoscute și sub denumirea de armături speciale, pentru asamblarea elementelor prefabricate. Această lucrare prezintă un studiu despre comportarea ciclică neliniară întâlnită pe lungimea de neaderență a barelor de armătură specială. Aceste tipuri de armături au rol de disipatori de energie pentru îmbinările de tip hibrid și, prin urmare, în timpul cutremurelor sunt supuse la deformații plastice severe. În urma unui scenariu de încărcare-descărcare controlat în deformații de tip axial, un model uniaxial folosit la modelarea barelor de oțel este utilizat pentru a obține curbele ciclice forță-deplasare. Rezultatele și observațiile unor teste experimentale ulterioare au fost folosite pentru a stabili limitele deformațiilor care sunt probabile să se producă atât la întindere, cât și la compresiune. Un studiu parametric a fost necesar pentru a compensa lipsa datelor experimentale folosite pentru calibrarea modelului uniaxial. Rezultatele obținute în urma mai multor simulări numerice prezintă o comportarea unică la solicitări ciclice a armăturii speciale, care clarifică unele aspecte legate de comportarea ciclică a întregii îmbinări.