АНАЛІТИЧНЕ ТА ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СИЛИ ЗЧЕПЛЕННЯ АРМАТУРНОГО СТЕРЖНЯ З БЕТОНОМ
Анотація
Метою даної статті є побудова математичної моделі для розрахунку напружено-деформованого стану конструктивних елементів дорожнього покриття автомобільних доріг. Модель базується на універсальному функціональному параметрі – силі зчеплення арматурного стержня з бетоном уздовж їх поверхневого контакту. Запропоновано визначати задану силу зчеплення як розв’язок змодельованої крайової задачі. Показано, що для розв’язання такої задачі доцільно використовувати гіперболічні функції. Для сили зчеплення отримано аналітичну залежність, яка є нелінійною функцією.
Запропонована модель аналізу напружено-деформованого стану арматури в порівнянні з іншими моделями є відносно простою. Наведено результати моделювання за допомогою Maple для аналітичної залежності сили зчеплення від довжини арматурного стержня. Встановлено, що емпіричний параметр системи суттєво впливає на функцію розподілу нормальних напружень. Розроблена теорія дозволить інженерам-проектувальникам вирішувати задачу оптимізації конструкцій дорожнього покриття.
Посилання
Kabir, M. R., & Islam, M. M. (2014). Bond stress behavior between concrete and steel rebar: Critical investigation of pull-out test via Finite Element Modeling. Int J Civ Struct Eng, 5(1), 80–90.
Mirnenko, V. I., Dulenko, D. I., & Dyptan, V. P. (2017). Modeli ta metodi ocinki napruzheno-deformovanogo stanu zhorstkich pokryttiv aerodromiv viyskovogo pryznachennja na osnovy kincevo-elementnogo analizu [Mathematical simulation methodology for prediction of the airfield hard surface condition]. Modern Information Technologies in the Sphere of Security and Defence, 30 (3), 146–151 [in Ukrainian].
Romashko-Maistruk, О. V. (2020). Modelyuvannya zcheplennya armatury z betonom v zalizobetonnych elementach [Modeling of reinforcement-concrete adhesion in reinforced concrete elements]. Zbirnyk naukovych praz Ukrayinskoho derzhavnoho universytetu zaliznychnoho transportu – Collected scientific works of Ukrainian State University of Railway Transport, 190, 37-45 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.18664/1994-7852.190.2020.213925 .
Benin, A., Bogdanova, G., Semenov,S. (2014). Experimental study and mathematical modeling of bond of different types winding glass-plastic reinforcement with concrete. Applied Mechanics and Materials, 617, 215–220. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.617.215 .
Benin, A., Semenov, S., & Bogdanova, E. (2017). Influence of Long-Term Exposure in the Concrete of FRP Rebars on Bond Characteristics. Solid State Phenomena, 263, 3-6. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.263.3.
Kiyashko,V., Kosarchuk,V., Chausov,M., Agarcov,O., & Kovalchuk,V. (2020). Napruzheno-deformovaniy stan kompozitnoyi armaturi za umov vzayemodiyi z visokomicnym betonom: analitichni rozrachunky [Stress-strain state of composite reinforcement under the conditions of interaction with high-strength concrete: analytical approach]. Ecological Sciences, 2(29), 100–104 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32846/2306-9716/2020.eco.2-29.2.16 .
Kabir,M. R., Islam,M. M. & Chowdhury, M. A. (2015). Bond stress-slip behavior between concrete and steel rebar via pullout test: experimental and finite element analysys. First International Conference on Advances in Civil Infrastructure and ConstructionMaterials, Retrieved from https://cutt.ly/yJa4A5t .
Gribniak,V., Jakubovskis, R., Rimkus, A., Ng, P. L., & Hui,D. (2018). Experimental and numerical analysis of strain gradient in tensile concrete prisms reinforced with multiple bars. Construction and Building Materials, 187, 572-583. https://doi.org/10.48550/arXiv.1906.00234 .
Liu Z., Yue Q., Li R., & Chen X. (2020). Experimental study and modeling of bond of carbon-fiber-reinforced polymer grids to polymer mortar at room and elevated temperatures. Advances in Structural Engineering, 23(8), 1644-1655. DOI: https://doi.org/10.1177/1369433219899784
Elgabbas, F., Vincent, P., Ahmed, E.A., & Benmokrane, B. (2016). Experimental testing of basalt-fiber-reinforced polymer bars in concrete beams. Composites Part B: Engineering, 91, 205-218. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2016.01.045.
Ling, J., Wei, F., Zhao, H., Tian, Y., & Han, B. (2019). Analysis of airfield composite pavement responses using full-scale accelerated pavement testing and finite element method. Construction and Building Materials, 212, 596-606. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.03.336.
Zheng, Y., Zhou, L., Xia, L., Luo, Y., & Taylor, S. E. (2018). Investigation of the behaviour of SCC bridge deck slabs reinforced with BFRP bars under concentrated loads. Engineering Structures, 171, 500-515. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.05.105.
Fakoor, M., & Nematzadeh, M. (2021). Evaluation of post-fire pull-out behavior of steel rebars in high-strength concrete containing waste PET and steel fibers: Experimental and theoretical study. Construction and Building Materials, 123917. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123917.
Hu, A., Liang, X., & Shi, Q. (2020). Bond characteristics between high-strength bars and ultrahigh-performance concrete. Journal of Materials in Civil Engineering, 32(1), 04019323. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-0002919.
Qasem, A., Sallam, Y. S., Eldien, H. H., & Ahangarn, B. H. (2020). Bond-slip behavior between ultra-highperformance concrete and carbon fiber reinforced polymer bars using a pull-out test and numerical modelling. Construction and Building Materials, 260, 119857. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119857 .
Kolchunov,V. I., Yakovenko, I. A., & Dmitrenko, E. A. (2016). Konechno-elementnoye modelirovaniye nelineynoy ploskoy zadachi scepleniya betona i armatury v PK Lira-SAPR [Finite-element modeling of the nonlinear plane problem of adhesion of concrete and reinforcement in the Lira-CAD PC]. Promyslove budivnytstvo ta inzhenerni sporudy – Industrial construction and engineering structures, 3, 6-15 [in Russian]. Retrieved from http://nbuv.gov.ua/UJRN/Pbis_2016_3_3.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Ліцензійні умови: Це стаття з відкритим доступом, поширювана за умовами Ліцензії Creative Commons Attribution License, яка дозволяє необмежено використовувати, розповсюджувати та відтворювати на будь-якому носії за умови представлення автора та джерела оригіналу.
