Компьютерное моделирование железобетонных балок, усиленных фибробетонной "рубашкой"

На сегодняшний день отсутствует единая методика расчета НДС железобетонных балок, усиленных сталефибробетонной рубашкой, на всех этапах нагружения. Основой такой методики должна служить современная нелинейная деформационная модель, развитая для не усиленных элементов. Для её разработки в данной работе проведено компьютерное моделирование усиленных сталефибробетонной рубашкой железобетонных балок с учетом варьирования различных факторов влияния. Выполнено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными других исследователей.

Цель работы: провести компьютерное моделирование усиленных сталефибробетонной рубашкой железобетонных балок с учетом варьирования различных факторов влияния для совершенствования методики их расчёта.
Задачи:
- изучить состояние вопроса – научно-техническую и нормативную документацию;
- выбрать экспериментальный образец, усиленный сталефибробетонной рубашкой (базовый образец);
- разработать КЭ модель образца-балки в ПК ANSYS;
- выполнить расчет с получением прогибов, разрушающей нагрузки, нагрузки появления первой трещины;
- сравнить результаты с экспериментальными данными;
- разработать программу численных исследований с варьированием наиболее значимых параметров: геометрические размеры обоймы, процента стальной фибры, прочностные параметры обоймы и т.д.

В последнее время в России значительно увеличился объем работ по реконструкции зданий различного назначения с целью продления их жизненного цикла и приведения конструкций зданий в соответствие с требованиями современных нормативных документов. Один из новых и перспективных строительных материалов для усиления изгибаемых железобетонных элементов является сталефибробетон, повышенные прочностные и деформативные свойства которого были исследованы и проанализированы как российскими, так и зарубежными учеными. 

Моделирование железобетонных балок выполняется в ПК «Ansys». Для этого призматический объём, представляющий собой бетонную и сталефибробетонную части изгибаемого элемента, разбивается на объёмные конечные элементы Solid-65. Продольная и поперечная арматура задаётся стержневыми конечными элементами Beam /2 node 188.

Для разработки методики расчёта прочности, жёсткости и трещиностойкости железобетонных балок, усиленных сталефибробетоном, в которой предполагается использование диаграмм состояния бетона и арматуры, полученных руководителем ранее, составлена программа численных исследований.

Проведено всестороннее исследование напряжённо-деформированное состояние рассматриваемых конструктивных элементов с учётом варьирования 12 наиболее значимых факторов. Составлена программа численных исследований.

Оценка достоверности выполняется путём сравнения результатов компьютерного моделирования с данными экспериментов.

1. Разработана методика компьютерного моделирования балок, усиленных сталефибробетонной рубашкой, в ПК «ANSYS»

2. Составлена программа численных исследований, выбран тестовый и базовый образцы.

3. Проведен расчет базового образца.

4. По результатам моделирования получены разрушающая нагрузка, нагрузка появления трещины, картина распределения трещин.

5. В результате сравнения полученных данных численных исследований с экспериментальными установлено:

- разрушающая нагрузка на 2,6% меньше,

- нагрузка образования первой трещины меньше на 8%.

Полученные данные численных исследований НДС балки, усиленной сталежелезобетонной рубашкой, показали хорошую сходимость с экспериментальными результатами. Методика моделирования в ПК «ANSYS» будет применена к дальнейшим исследованиям усиленных балок при варьировании различных факторов.

Результаты работы планируется внедрить в учебный процесс при проведении занятий по курсу Железобетонные и каменные конструкции для бакалавров и магистров по направлению «Строительство» в виде учебно-методического Пособия.

1. Карпенко Н.И., Соколов Б.С., Радайкин О.В. К совершенствованию диаграмм деформирования бетона для определения момента трещинообразования и разрушающего момента в изгибаемых железобетонных элементах // Журнал «Строительство и реконструкция».
3. 3. G. Martinola, A. Meda, G. A. Plizzari, Z. Rinaldi «An application of high performance fiber reinforced cementitious composites for RC beam strengthening» // Part 10: Fibre Reinforced Concrete, IA-FraMCos-6 Catania (Italy), 2007 (http://framcos.org/FraMCoS-6/365.pdf).
4. Абудерб Самир С. Карим «Совершенствование методики расчёта железобетонных балок и балок-стенок на совместное действие изгибающих моментов и перерезывающих сил с применением компьютерного моделирования напряжённо-деформированного состояния в ПК «Ansys»» магистерская диссертация / Соколов Б.С., Радайкин О.В.// г. Казань 2015 – 159 с.

To date, there is no uniform method of calculating the VAT concrete beams, reinforced stalefibrobetona jacket, at all stages of loading. The basis of this technique is to provide a modern nonlinear deformation model, developed for non-reinforced elements. For its development work in the computer modeling of reinforced concrete beams stalefibrobetona shirt considering the variation of different influencing factors. A comparison of the results with the experimental data of other researchers.