TY - JOUR

T1 - Деформационно-прочностная модель бетона с двойным независимым упрочнением

AU - Бударин, Александр Михайлович

AU - Ремпель, Георгий Игоревич

AU - Камзолкин, Алексей Александрович

AU - Алехин, Владимир Николаевич

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Введение. Бетон, будучи неотъемлемой частью современного строительства, является сложным нелинейным материалом. Прочность и деформативность бетона в значительной степени зависят от его напряженно-деформированного состояния (НДС). Подобное поведение обусловлено сложной и крайне неоднородной структурой материала. Среди бетонных и железобетонных конструкций вновь возводимых и реконструируемых зданий и сооружений присутствует большое количество элементов, работающих в условиях трехосного НДС. В настоящее время в Федеральном законе № 384-ФЗ существуют высокие требования к расчетным моделям зданий и сооружений, включающие необходимость учета физической нелинейности и пластических свойств материалов. В качестве инструмента, позволяющего описывать физически нелинейное поведение бетона в условиях сложного НДС, а также учитывающего перечисленные выше требования, может выступать феноменологическая модель материала, построенная на основе теории пластического течения. Большая часть моделей бетона, реализованная в «тяжелых» конечно-элементных комплексах, ориентированных на универсальное применение, обладает рядом недостатков, затрудняющих использование моделей. К основным недостаткам можно отнести: существенное отклонение поверхности прочности/нагружения от результатов опытных данных; некорректно построенную зависимость между деформативностью материала и его напряженным состоянием; отсутствие учета эффектов дилатации и контракции; присутствие значительного количества зон сингулярностей в поверхности нагружения; отсутствие алгоритмов получения параметров, используемых для описания поведения материала. Целью данной работы является разработка модели бетона, позволяющей с достаточной точностью описывать поведение материала. Модель должна учитывать основные эффекты, характеризующие НДС материала (эффекты дилатации, контракции), отражать разницу в поведении бетона при сжатии и растяжении и обладать минимальным количеством зон сингулярности. Также должны быть представлены алгоритмы для получения всех параметров модели материала. Материалы и методы. В качестве основы используются результаты анализа и систематического обобщения данных, полученных из отечественных и зарубежных источников, посвященных вопросам теории пластичности бетонных и железобетонных конструкций. Результаты. Модель реализована в программном конечно-элементном комплексе ANSYS, позволяющем использовать пользовательские модели материала. Проведено сравнение результатов лабораторных испытаний, выполненных для бетонных и железобетонных образцов при разных видах НДС, с результатами численного моделирования. Выводы. Представленная деформационно-прочностная модель бетона дает возможность с достаточной точностью моделировать поведение материала при разных видах НДС в рамках статического простого кратковременного нагружения с учетом физической нелинейности материала, учитывая различное поведение при сжатии и растяжении, зависимость деформативности материала от вида НДС, эффекты контракции и дилатации. Поверхность нагружения модели содержит единственную зону сингулярности. Представлены алгоритмы получения всех параметров, необходимых для использования модели материала.

AB - Введение. Бетон, будучи неотъемлемой частью современного строительства, является сложным нелинейным материалом. Прочность и деформативность бетона в значительной степени зависят от его напряженно-деформированного состояния (НДС). Подобное поведение обусловлено сложной и крайне неоднородной структурой материала. Среди бетонных и железобетонных конструкций вновь возводимых и реконструируемых зданий и сооружений присутствует большое количество элементов, работающих в условиях трехосного НДС. В настоящее время в Федеральном законе № 384-ФЗ существуют высокие требования к расчетным моделям зданий и сооружений, включающие необходимость учета физической нелинейности и пластических свойств материалов. В качестве инструмента, позволяющего описывать физически нелинейное поведение бетона в условиях сложного НДС, а также учитывающего перечисленные выше требования, может выступать феноменологическая модель материала, построенная на основе теории пластического течения. Большая часть моделей бетона, реализованная в «тяжелых» конечно-элементных комплексах, ориентированных на универсальное применение, обладает рядом недостатков, затрудняющих использование моделей. К основным недостаткам можно отнести: существенное отклонение поверхности прочности/нагружения от результатов опытных данных; некорректно построенную зависимость между деформативностью материала и его напряженным состоянием; отсутствие учета эффектов дилатации и контракции; присутствие значительного количества зон сингулярностей в поверхности нагружения; отсутствие алгоритмов получения параметров, используемых для описания поведения материала. Целью данной работы является разработка модели бетона, позволяющей с достаточной точностью описывать поведение материала. Модель должна учитывать основные эффекты, характеризующие НДС материала (эффекты дилатации, контракции), отражать разницу в поведении бетона при сжатии и растяжении и обладать минимальным количеством зон сингулярности. Также должны быть представлены алгоритмы для получения всех параметров модели материала. Материалы и методы. В качестве основы используются результаты анализа и систематического обобщения данных, полученных из отечественных и зарубежных источников, посвященных вопросам теории пластичности бетонных и железобетонных конструкций. Результаты. Модель реализована в программном конечно-элементном комплексе ANSYS, позволяющем использовать пользовательские модели материала. Проведено сравнение результатов лабораторных испытаний, выполненных для бетонных и железобетонных образцов при разных видах НДС, с результатами численного моделирования. Выводы. Представленная деформационно-прочностная модель бетона дает возможность с достаточной точностью моделировать поведение материала при разных видах НДС в рамках статического простого кратковременного нагружения с учетом физической нелинейности материала, учитывая различное поведение при сжатии и растяжении, зависимость деформативности материала от вида НДС, эффекты контракции и дилатации. Поверхность нагружения модели содержит единственную зону сингулярности. Представлены алгоритмы получения всех параметров, необходимых для использования модели материала.

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=53729170

U2 - 10.22227/1997-0935.2023.4.517-532

DO - 10.22227/1997-0935.2023.4.517-532

M3 - Статья

VL - 18

SP - 517

EP - 532

JO - Вестник МГСУ

JF - Вестник МГСУ

SN - 1997-0935

IS - 4

ER -