ALGORITHM FOR DEFORMATION ANALYSIS AND EXPERIMENTAL STUDY OF REINFORCED CONCRETE SLABS WITH UNILATERAL BONDS

A computation scheme for the analysis of reinforced concrete slabs using the finite element method providing possibility to consider unilateral connections has been developed. The stress-strain state of a slab is modeled taking into account physically nonlinear behavior of concrete and reinforcement, reinforcement discreteness, formation of transverse cracks in concrete. Kirchhoff hypotheses are considered to be true for a slab as a whole. It is believed that reinforcement out of cracks has a perfect adhesion with concrete. Concrete is represented by a system of thin layers, each of which is in a two-dimensional stress state. Approximation of displacements in this multilayer scheme is performed using triangular plate finite elements. Deformation of the reinforcement is described by means of rods working only in tension or compression. Unilateral connections are the contact finite elements. Concrete strength is evaluated according to Karpenko criterion. Deformation of concrete between cracks is described in accordance with Murashev’s approach.On the basis of the principle of virtual displacements assembling of elements takes place. A secant method case providing the convergence of the iterative process for a complex nonlinear problem of this type is proposed. At the first stage, a step-by-step increase of external forces is provided until the actual level of loading is achieved. Only one iteration of the secant method is performed at each step. Then, the iterative solution of the problem with repeated change of secant modulus is applied. The efficiency of this algorithm is confirmed on the basis of theoretical analysis and experiment for a rectangular in terms of bending reinforced concrete slab with free bearing on three sides, and not fixed on the fourth side. Three slab samples were tested and formation of cracks was monitored, measurement of deformations and displacements were performed

железобетонные плиты, односторонние связи, физическая нелинейность, трещины, метод секущих, эксперимент, reinforced concrete slabs, unilateral connections, physical nonlinearity, cracks, secant method, experiment

1. Аверин А.Н., Пузаков А.Ю. Расчет систем с односторонними связями // Строительная механика и конструкции. 2015. № 10. Т. 1. С. 15-32.

2. Бондаренко В.М., Римшин В.И. Квазилинейные уравнения силового сопротивления и диаграмма σ-ε бетона // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2014. №6. С. 40-44.

3. Бондаренко В.М. К вопросу о концептуальных основах теории железобетона // Бетон и железобетон. 2001. №2. С. 16-18.

4. Воронин З.А. К построению методики расчета железобетонных плит с трещинами на базе слоистой модели МКЭ // Тез. докл. 55-й науч. студен. конф. 2003. С. 100-109.

5. Зырянов В.С. Пространственная работа железобетонных плит, опёртых по контуру. М.: ЦНИИЭП, 2002. 109 с.

6. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 416 с.

7. Карпенко Н.И., Радайкин О.В. К совершенствованию диаграмм деформирования бетона для определения момента трещинообразования и разрушающего момента в изгибаемых железобетонных элементах // Строительство и реконструкция. 2012. Вып. 3. С. 10-15.

8. Клюева Н.В., Горностаев С.И. К вопросу выбора расчетной модели для оценки жесткости железобетонных конструкций // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 1(64). С. 71-74.

9. Клюева Н.В., Бухтиярова А.С., Прокопенко В.В. К определению параметра живучести пространственных конструктивных систем смешанным методом // Известия Юго-Западного государственного университета. 2011. № 3(36). С. 146-149.

10. Колчунов В.И., Андросова Н.Б. Критерий прочности плосконапряженного коррозионно повреждаемого элемента и его приложение к расчету железобетонных конструкций // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2011. № 1. С. 13-19.

11. Кумпяк О.Г., Галяутдинов З.Р. Экспериментальные исследования опертых по контуру железобетонных плит с распором // Вестник Томск. госуд. арх.-строит. унив. 2015. №3 (50). С. 113-120.

12. Лукашевич А.А., Розин Л.А. О решении контактных задач строительной механики с односторонними связями и трением методом пошагового анализа // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 1 (36). С. 75-81.

13. Осовских Е.В., Колчунов В.И., Афонин П.А. Деформирование, трещинообразование и разрушение эксплуатируемых железобетонных складчатых покрытий в предельных и запредельных состояниях // Строительство и реконструкция. 2013. №1(45). С. 26-32.

14. Палювина С.Н. Совершенствование расчёта прочности и трещиностойкости железобетонных плит на основе численных методов: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.23.01. Белгород, 2000. 28 с.

15. Серпик И.Н. Треугольная дискретизация тонких оболочек на основе модифицированного подхода к кусочному тестированию в методе конечных элементов // Строительная механика и расчет сооружений. 2010. № 1. С. 27-33.

16. Серпик И.Н., Муймаров К.В., Швачко С.Н. Анализ деформирования железобетонных плит с учетом дискретности арматуры и физической нелинейности // Научное обозрение. 2014. № 8-1. С. 70-75.

17. Серпик И.Н., Муймаров К.В., Швачко С.Н. Оптимизация железобетонных плит с использованием генетического алгоритма // Строительная механика и расчет сооружений. 2015. № 1 (258). С. 30-36.

18. Серпик И.Н., Муймаров К.В., Швачко С.Н. Оптимальное проектирование железобетонных полов на грунтовом основании // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2016. № 2 (42). С. 23-32.

19. Станкевич И.В. Математическое моделирование задач теории упругости с односторонними связями // Символ науки. Уфа: ООО «Омега Сайнс», 2015. № 9-1. С. 28-33.

20. Тамразян А.Г., Манаенков И.К. Учет свойств ограниченного бетона при расчете несущей способности плит перекрытий // Строительство. Наука и образование. 2015. № 6. С. 98-105.

21. Руководство пользователя STARK ES 2016. М.: Еврософт, 2016. 405 с.

22. ГОСТ 10180-2012. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. М.: Стандартинформ, 2013. 36 с.

23. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. М.: ОАО «НИЦ «Строительство», 2012. 155 с.

24. EN 1992-1-1:2004 (E). Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings. London: BSI, 2004. 225 p.

25. Serpik I.N., Shvachko S.N., Muymarov K.V. Optimization of reinforced concrete slabs on discrete sets of design parameters // International Journal of Applied Engineering Research. 2016. Vol. 11. N. 5. P. 3304-3308.