Finite Element for the Analysis of Reinforced Concrete Beams with Non-Uniform Steel Fiber Reinforcement


如何引用文章

全文:

详细

A method has been developed for calculating and constructing a physically nonlinear finite element of a multilayer reinforcement beam, which allows to calculate the values of displacements, strains and stresses in a characteristic layer. To establish the actual stress-strain state of bent heterogeneous fiber reinforced concrete elements, an experimental study of a steel-fiber-concrete beam with non-uniform fiber reinforcement along the cross-section height (from 0.5 to 2.0%) was carried out. Strains and displacements of the beam at characteristic points are determined, and normal tensile and compressive stresses are obtained. The experimental data obtained were used to verify the finite element of the multilayer reinforcement beam. The developed finite element of the beam was based on the modified theory of calculation of multilayer beams proposed by P.M. Varvak. The multilayer beam model takes into account the curvature of the cross section under the action of shear stresses by including the generalized component of shear strain in the functional of the total potential energy. In addition to the experimental data, nonlinear analysis of a multilayer beam was performed in the Ansys software package. The discrepancy between the calculation results using the developed finite element and the experimental data ranged from 6 to 11%, and from 11 to 15% with the calculation results obtained in Ansys. The developed finite element is integrated into the PRINCE computing complex, and as part of this program it can be used to calculate heterogeneous fiber-reinforced elements.

作者简介

Alexey Markovich

RUDN University; National Research Moscow State University of Civil Engineering

Email: markovich-as@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-3967-2114
SPIN 代码: 9203-1434

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering, RUDN University; Associate professor of the Department of Fundamental Education, National Research Moscow State University of Civil Engineering

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation; 26 Yaroslavl Highway, Moscow, 129337, Russian Federation

Vladimir Agapov

RUDN University

Email: agapovpb@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1749-5797
SPIN 代码: 2422-0104

Doctor of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

Darya Golishevskaia

RUDN University

编辑信件的主要联系方式.
Email: miloserdova-da@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-0835-528X
SPIN 代码: 1276-6516

Candidate of Technical Sciences, Assistant of the Department of Construction Technology and Structural Materials, Academy of Engineering

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

参考

  1. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The Finite Element for Solid and Structural Mechanics. Sixth edition. McGraw-Hill; 2005. http://doi.org/10.1016/B978-075066431-8/50186-7
  2. Bathe K.J., Wilson E.L. Numerical methods in finite element analysis. N.J.: Prentice-Hall; 1976. ISBN 0136271901, 9780136271901
  3. Crisfield M.A. Non-linear finite element analysis of solids and structures. John Wiley & Sons, 2012. ISBN 1118376013, 9781118376010
  4. Oden J.T. Finite elements in nonlinear continua. New York: McGraw, Hill Book Company; 1972. Available from: https://archive.org/details/finiteelementsof0000oden/page/n3/mode/2up (accessed: 12.01.2025)
  5. Hassanvand P., Rezaie F., Kioumarsi M. Experimental Investigation of the Effect of Steel Fibers on the Flexural Behavior of Corroded Prestressed Reinforced Concrete Beams. Materials. 2023;16(2):1629. http://doi.org/10.3390/ma16041629 EDN: DJMEES
  6. Siddika A., Al Mamun M.A., Alyousef R., Amran Y.H.M. Strengthening of reinforced concrete beams by using fiber-reinforced polymer composites: A review. Journal of Building Engineering. 2019;25:100798. http://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100798
  7. Ashour S.A., Wafa F.F., Kamal M.I. Effect of the concrete compressive strength and tensile reinforcement ratio on the flexural behavior of fibrous concrete beams. Engineering Structures. 2000;22:1145–1158. https://doi.org/10.1016/S01410296(99)00052-8
  8. Çankaya M.A., Akan Ç. An experimental and numerical investigation on the bending behavior of fiber reinforced concrete beams. Technical Journal of Turkish Chamber of Civil Engineers. 2023;34(1):59–78. http://doi.org/10.18400/tjce.1209152 EDN: ZFPRNR
  9. Pukharenko Yu.V., Zhavoronkov M.I., Panteleev D.A. Improvement of methods for determining power and energy characteristics of fibre-reinforced concrete crack resistance. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2019;14(3):301–310. (In Russ.) http://doi.org/10.22227/1997-0935.2019.3.301-310 EDN: VOUYOL
  10. Travush V.I., Konin D.V., Krylov A.S. Strength of reinforced concrete beams of high-performance concrete and fiber reinforced concrete. Magazine of Civil Engineering. 2018;1:90–100. http://doi.org/10.18720/MCE.77.8 EDN: XPKZNZ
  11. Pukharenko Yu.V., Panteleev D.A., Morozov V.I., Magdeev U.H. The strength and deformability of polyreinforcement with amorphous metallic fiber. Academia. Architecture and construction. 2016;(1):107–111. (In Russ.) EDN: VNRSEL
  12. Pukharenko Yu.V. Aubakirova I.U. The polydisperse reinforcing of the building composites. Construction materials, equipment, technologies of the 21st century. 2011;(2):25–26. (In Russ.) EDN: TGRYPX
  13. Mailyan L.R., Beskopylny A.N., Meskhi B., Shilov A.V., Stel’makh S.A., Shcherban E.M., Smolyanichenko A.S., El’shaeva D. Improving the structural characteristics of heavy concrete by combined disperse reinforcement. Appl. Sci. 2021;11:6031. https://doi.org/10.3390/app11136031 EDN: LMMNFR
  14. Klyuev S.V., Lesovik R.V., Klyuev A.V., Bondarenko D.O. On the issue of using several types of fibers for dispersed reinforced concrete. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2012;(4):81–83. (In Russ.) EDN: PKRWEL
  15. Kurbatov L.G., Kopansky G.V., Khegai O.N. Flexural strength of steel fiber reinforced concrete with uneven distribution of fibers along the height of the section. LenZNIIEP. 1976:18–21. (In Russ.) https://doi.org/10.31659/00444472-2022-4-46-54 EDN: RXQTVY
  16. Agapov V.P. Program for static and dynamic calculations of structures using the finite element method (PRINS). Russian Agency for Patents and Trademarks. Certificate of official registration of a computer program. No. 2000610429. Moscow; 2000.
  17. Willam K.J., Warnke E.P. Constitutive model for the triaxial behavior of concrete. Proceedings of IABSE. Structural Engineering Report 19, Section III. 1975:1–30. Available from: https://bechtel.colorado.edu/~willam/constitutivemodel.pdf (accessed: 12.01.2025).

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».