ABSTRACT. In the present work, a computational strategy for the modeling of reinforced concrete beams with shape memory alloy (SMA) actuators for flexural cracks repair is developed. In particular, for the concrete, a nonlocal damage and plasticity model is adopted; the model is able to consider peculiar macroscopic behaviors which characterize the quasi-brittle materials, such as the tensile and compressive damaging, accumulation of irreversible strains and the unilateral phenomena. The development of the flexural cracks in concrete are modeled using the cohesive zone interface formulation, which accounts for the mode I, mode II and mixed mode of damage, the unilateral contact and the friction effects. The interface model considers even the coupling between the body damage and the interface damage ensuring that body damage and interface damage cannot evolve independently one from the other. A uniaxial SMA model able to reproduce both the pseudo-elastic behavior and the shape memory effect is adopted for the reinforcing SMA wires. Finally, finite element simulations are developed in order to reproduce the experimental behavior of smart concrete beams subjected to three-point bending tests.
SOMMARIO.Nel presente lavoro è sviluppata una strategia computazionale per la modellazione di travi in calcestruzzo rinforzate con attuatori in materiale a memoria di forma (SMA) per la riparazione delle fessure flessionali. In particolare, per il calcestruzzo, si adotta il modello di danno non locale in grado di riprodurre le caratteristiche principali del comportamento macroscopico dei materiali quasi-fragili, come il danneggiamento in trazione e in compressione, l'accumulo di deformazioni plastiche e il fenomeno unilatero di richiusura delle micro-fessure da danno. La formazione delle fessure nel calcestruzzo è modellata usando la formulazione di un'interfaccia coesiva, che considera il danneggiamento in modo I, in modo II e in modo misto, il fenomeno dovuto al contatto unilatero e all'attrito. Il modello di interfaccia considera anche l'accoppiamento tra il danneggiamento del corpo e quello dell'interfaccia, assicurando che il danneggiamento del corpo e dell'interfaccia non evolvono indipendentemente l'uno dall'altro. Un modello uniassiale SMA capace di riprodurre sia l' effetto pseudo-elastico che quello a memoria di forma è utilizzato per i fili SMA. Infine, sono sviluppate simulazioni agli elementi finiti per riprodurre il comportamento sperimentale di travi in calcestruzzo intelligente sottoposte a prove di flessione su tre punti.