Сравнительный анализ методов численного моделирования пластических деформаций бетона

Abstract

RU: Целью работы является анализ основных достоинств и недостатков существующих методов определения деформаций ползучести, а именно моделей СЕВ 90 и упруго-ползучего тела. Сравнение аналитических решений с опытными данными. Выявление их основных достоинств и недостатков. Исследование напряженно-деформированного состояния расчётной схемы моста при учёте упругопластических свойств бетона, с использованием различных уравнений связи между условиями эксплуатации конструкции, реологическими свойствами бетона и коэффициентом ползучести. Для реализации поставленных задач авторы использовали следующую методику. Для исследования напряженно-деформированного состояния конструкции использовался метод конечных элементов. В ПК «Лира-САПР» расчётная модель моста разбивалась на объемные изопараметрические конечные элементы с линейными (для арматуры) и нелинейными (для бетона) законами деформирования. Нелинейный расчёт компьютерной модели был осуществлён при помощи системы «Инженерная нелинейность». Деформации ползучести вычислялись на 7, 15, 20, 30, 50 и 100-й дни после приложения нагрузки. Минимальное количество итераций – 300. На основе полученных результатов был построен график изменения прогибов конструкции во времени при использовании различных теорий ползучести бетона. При решении поставленной задачи были получены следующие результаты: на основе модели вязкоупругого тела исследован процесс деформирования железобетонной конструкции. Показано, что при расчёте конструкции с учётом появления пластических деформаций бетона, явление ползучести оказывает значительное влияние на её напряженно-деформированное состояние. Научная новизна работы заключается в следующем: приведены разрешающие уравнения для определения функции ползучести бетона; выполнен сравнительный анализ рассматриваемых моделей определения деформаций упругого последействия; проведено теоретическое исследование напряженно-деформированного состояния монолитного железобетонного моста на основе модели вязкоупругого тела с использованием разных теорий ползучести. Практическая значимость работы: получены графики сравнения рассматриваемых законов изменения меры ползучести во времени с экспериментальными данными, которые позволяют оценить степень сходимости приведённых теорий.

UK: Метою роботи є аналіз основних переваг та недоліків існуючих методів визначення деформацій повзучості, а саме моделей СЕВ 90 та пружно-повзучого тіла. Порівняння аналітичних рішень з дослідними даними. Виявлення їх основних переваг та недоліків. Дослідження напружено-деформованого стану розрахункової схеми мосту з урахуванням пружних властивостей бетону, з використанням різних рівнянь зв'язку між умовами експлуатації конструкції, реологічними властивостями бетону та коефіцієнтом повзучості. Для реалізації поставлених задач автори використовували наступну методику. Для дослідження напружено-деформованого стану конструкції використовувався метод скінченних елементів. У ПК «Ліра-САПР» розрахункова модель моста розбивалася на об'ємні ізопараметричні скінченні елементи з лінійними (для арматури) та нелінійними (для бетону) законами деформування. Нелінійний розрахунок комп'ютерної моделі був здійснений за допомогою системи «Інженерна нелінійність». Деформації повзучості обчислювалися на 7, 15, 20, 30, 50 та 100-й дні після прикладення навантаження. Мінімальна кількість ітерацій – 300. На основі отриманих результатів був побудований графік зміни прогинів конструкції в часі при використанні різних теорій повзучості бетону. При вирішенні поставленого завдання були отримані наступні результати: на основі моделі в'язко-пружного тіла досліджено процес деформування залізобетонної конструкції. Показано, що при розрахунку конструкції з урахуванням виникнення пластичних деформацій бетону, явище повзучості значно впливає на її напружено-деформований стан. Наукова новизна роботи полягає у наведені рівнянь для визначення функції повзучості бетону; виконано порівняльний аналіз розглянутих моделей визначення деформацій пружної післядії; проведено теоретичне дослідження напружено-деформованого стану монолітного залізобетонного моста на основі моделі в'язко-пружного тіла з використанням різних теорій повзучості. Практична значимість статті: отримані графіки порівняння розглянутих законів зміни міри повзучості в часі з експериментальними даними, які дозволяють оцінити ступінь збіжності наведених теорій.

EN: The purpose of the work is to analyse the advantages and weaknesses of existing methods to determine creep deformation, videlicet the CEB 90 Model and the method of a viscoelastic material (Harutyunyan’s Model). Also it is to compare the analytical solutions with experimental data, to identify its main merits and demerits. To investigate a stress - strain state of a bridge design scheme, taking into account the elastic properties of concrete, using different constraint equations for external environment, rheological properties of concrete and specific creep. To achieve the goals, the authors used the following methodology. To analyze a stress - strain state of a design scheme a finite element method was used. In the PC "Lira-CAD" the bridge design scheme was divided into third-dimensional isoparametric finite elements with linear (for armature) and nonlinear (for concrete) deformation laws. Non-linear calculation of a design scheme was implemented using a system "Engineer nonlinearity". Creep deformation was calculated on the 7th, 15th, 20th, 30th, 50th and 100th days after loading. The least quantity of iterations was 300. In the light of the results the authors plotted a diagram of a deflection development as time goes on, using different concrete creep theories. Solving the problems the following results were obtained: based on the viscoelastic material model a process of reinforced concrete deformation was investigated. It is shown that during the calculation of structures (taking into account the appearance of plastic deformations of concrete) creep effect is of paramount importance in its stress - strain state. The scientific novelty of the work: the equations to determinate a creep function of concrete were adduced; the comparative analysis of the elastic recovery deformation models was carried out; it was made a theoretical investigation of stress - strain state of a reinforced concrete bridge based on the viscoelastic material model using different creep theories. The practical significance of the work: it was made comparative graphs of obtained time laws of creep compliance with experimental data, which permit to consider a precision degree of the given theories.