Конечный элемент для расчета неоднородно-армированных сталефибробетонных балок
- Авторы: Маркович А.С.1,2, Агапов В.П.1, Голишевская Д.А.1
-
Учреждения:
- Российский университет дружбы народов
- Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
- Выпуск: Том 21, № 2 (2025)
- Страницы: 83-95
- Раздел: Расчет и проектирование строительных конструкций
- URL: https://journals.rcsi.science/1815-5235/article/view/325914
- DOI: https://doi.org/10.22363/1815-5235-2025-21-2-83-95
- EDN: https://elibrary.ru/MOLUMW
- ID: 325914
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. 26Владимир 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. 6Дарья 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. 6Список литературы
- 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
- Bathe K.J., Wilson E.L. Numerical methods in finite element analysis. N.J.: Prentice-Hall; 1976. ISBN 0136271901, 9780136271901
- Crisfield M.A. Non-linear finite element analysis of solids and structures. John Wiley & Sons, 2012. ISBN 1118376013, 9781118376010
- 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)
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
