Конечный элемент для расчета неоднородно-армированных сталефибробетонных балок


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Разработана методика расчета и построения физически нелинейного конечного элемента балки многослойного армирования, позволяющего вычислять значения перемещений, деформаций и напряжений в характерном слое. Для установки действительного напряженно-деформированного состояния изгибаемых неоднородных дисперсно-армированных бетонных элементов проведено экспериментальное исследование сталефибробетонной балки с неравномерным по высоте сечения фибровым армированием (от 0,5 до 2,0 %). Определены деформации и перемещения балки в характерных точках, а также получены нормальные растягивающие и сжимающие напряжения. Полученные экспериментальные данные были использованы для верификации конечного элемента балки многослойного армирования. Разработанный конечный элемент балки основан на модифицированной теории расчета многослойных балок, предложенной П.М. Варваком. Модель многослойной балки учитывает искривление поперечного сечения при действии касательных напряжений за счет включения в функционал полной потенциальной энергии обобщенного компонента деформации сдвига. В дополнение к экспериментальным данным выполнены нелинейные расчеты многослойной балки в программном комплексе Ansys. Расхождение результатов расчета при использовании разработанного конечного элемента с экспериментальными данными составило от 6 до 11 %, а с результатами расчетов, полученных в Ansys, - от 11 до 15 %. Разработанный конечный элемент интегрирован в вычислительный комплекс ПРИНС, и в составе этой программы может быть использован для расчета неоднородных дисперсно-армированных элементов.

Об авторах

Алексей Семенович Маркович

Российский университет дружбы народов; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

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

доктор технических наук, доцент кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия, Российский университет дружбы народов; доцент кафедры фундаментального образования, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6; Российская Федерация, 129337, г. Москва, Ярославское ш., д. 26

Владимир Павлович Агапов

Российский университет дружбы народов

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

доктор технических наук, профессор кафедры технологий строительства и конструкционных материалов, инженерная академия

Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Дарья Александровна Голишевская

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: miloserdova-da@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0003-0835-528X
SPIN-код: 1276-6516

кандидат технических наук, ассистент кафедры технологий строительства и конструкционных материалов

Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6

Список литературы

  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).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

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».