Определение степени воздействия для сжато-изгибаемых элементов с учетом физической и геометрической нелинейности от обычных средств поражения

Введение. В настоящее время различные виды обычных средств поражения (ОСП) атакуют существующие здания и сооружения разного назначения: гражданские и промышленные. Зачастую ОСП повреждают отдельные строительные конструкции, такие как плиты, колонны, балки и прочее. Отсюда оценка категории технического состояния строительных конструкций является актуальной задачей для инженеров-обследователей. Указанная проблема решается введением полученных данных по результатам обследования в поверочный расчет. Предмет исследования — методика статического расчета по прочности поврежденных строительных конструкций от ОСП на примере стержневого элемента с сжато-изгибаемым напряженно-деформированным состоянием. Цель исследования — определение степени воздействия ОСП указанного элемента с учетом физической и геометрической нелинейности материала.

Материалы и методы. Рассмотрена методика численного расчета на запроектное воздействие от ОСП, которая учитывает не только особенности физико-механических характеристик строительных материалов, а также физическую и геометрическую нелинейную работу обследуемой строительной конструкции здания (сооружения). Физическая нелинейность железобетона учитывается на основе требований отечественных норм, таких как СП 63.13330 и Пособие к СП 63.13330. В ходе численного расчета применяются метод начальных параметров (МНП) и метод простых итераций (или численный метод итераций). Метод начальных параметров устанавливает линейные и угловые перемещения стержневого элемента. Метод итераций используется для решения системы уравнений, который с заданной точностью выявляет по приближенному значению величины следующего приближения.

Результаты. Предложенная методика по определению усилий в сечении стержневого сжато-изгибного элемента и МНП позволяют получить обоснованные результаты численного расчета с учетом остаточных деформаций и деформированной модели бетона и стали.

Выводы. Разработанная методика прочностного расчета является поверочным расчетом существующих строительных конструкций. Для простоты и удобства выполнения поверочного расчета алгоритм данной методики автоматизирован на языке VBA (Visual Basic for Applications).

1. Travush V.I., Belostosky A.M., Akimov P.A. Contemporary Digital Technologies in Construction Part 1: About Mathematical (Numerical) Modelling // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 456. P. 012029. DOI: 10.1088/1757-899X/456/1/012029

2. Римшин В.И., Амелин П.А. Численный расчет изгибаемых железобетонных элементов прямоугольного сечения в программной среде ABAQUS // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2022. Т. 18. № 6. С. 552‒563. DOI: 10.22363/1815-5235-2022-18-6-552-563. EDN WCRNSY.

3. Kolchunov V.I., Tuyen V.N., Korenkov P.A. Deformation and failure of a monolithic reinforced concrete frame under accidental actions // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 753. Issue 3. P. 032037. DOI: 10.1088/1757-899x/753/3/032037

4. Кабанцев О.В., Тонких Г.П. О деформативности и сейсмостойкости конструкций из каменной кладки // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 9. С. 51‒58. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.09.51-58. EDN ZFCOVN.

5. Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н. Особое предельное состояние железобетонных конструкций при аварийных воздействиях // Вестник НИЦ Строительство. 2018. № 1 (16). С. 120‒125. EDN YNSGFA.

6. Мкртычев О.В., Дорожинский В.Б. Анализ подходов к определению параметров взрывного воздействия // Вестник МГСУ. 2012. № 5. С. 45‒49. EDN PDBNCF.

7. Mondrus V., Kulikov V. An algorithm for analyzing the reactive behavior of structural elements of panel buildings // E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 410. P. 03031. DOI: 10.1051/e3sconf/202341003031

8. Tamrazyan A.G., Zubareva S. Optimal design of reinforced concrete structures taking into account the particular calculation for progressive destruction // MATEC Web of Conferences. 2017. Vol. 117. P. 00163. DOI: 10.1051/matecconf/201711700163

9. Трекин Н.Н., Кодыш Э.Н. Особое предельное состояние железобетонных конструкций и его нормирование // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 5. С. 4‒9. DOI: 10.33622/0869-7019.2020.05.04-09. EDN LMCXHX.

10. Тонких Г.П., Белов Н.Н., Югов Н.Т., Пляскин А.С., Бабарыкина А.И. Экспериментальные исследования защитных свойств композитных бетонов при действии обычных средств поражения // Технологии гражданской безопасности. 2024. Т. 21. № 1 (79). С. 34‒44. EDN SHCIEG.

11. Карпенко Н.И., Карпенко С.Н., Петров А.Н. Малоитерационный подход к физически нелинейному расчету железобетона с трещинами // Строительные материалы. 2012. № 6. С. 7‒9. EDN PCFXYF.

12. Шевченко А.В., Давидюк А.А., Баглаев Н.Н. Метод итераций для расчета железобетонных элементов на основе нелинейной деформационной модели // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 3. С. 13–18. DOI: 10.33622/0869-7019.2022.03.13-18. EDN PJZDHL.

13. McCraken D.D., Dorn W.S. Numerical methods and FORTRAN programming: with applications in engineering and science. Wiley, 1965. 457 p.

14. 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. EDN SYZJHL.

15. Бондаренко В.М., Римшин В.И. Диссипативная теория силового сопротивления железо-бетона. М. : ООО «ТИД «Студент», 2015. 111 с. EDN VSMWDX.

16. Fedorova N.V., Phan D.Q., Korenkov P.A. Indirect Reinforcement of Reinforced Concrete Elements as a Means of Protecting a Constructive System from a Progressive Collapse // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 753. Issue 3. P. 032032. DOI: 10.1088/1757-899X/753/3/032032

17. Halahla A. Study the Behavior of Reinforced Concrete Beam Using Finite Element Analysis // World Congress on Civil, Structural, and Environmental Engineering. 2018. DOI: 10.11159/icsenm18.103

18. De Santana Gomes W.J. Reliability analysis of reinforced concrete beams using finite element models // Procedings of The XXXVIII Iberian Latin American Congress on Computational Methods in Engineering. 2017. DOI: 10.20906/CPS/CILAMCE2017-0145

19. Ribeiro R.R.J., Diógenes H.J.F., Nóbrega M.V., El Debs A.L.H.C. A survey of the mechanical properties of concrete for structural purposes prepared on construction sites // Revista IBRACON de Estruturas e Materiais. 2016. Vol. 9. Issue 5. Pp. 722–744. DOI: 10.1590/S1983-41952016000500005

20. Pangaribuan G. An Introduction to Excel for Civil Engineers: From Engineering Theory to Excel Practice. 2016. 387 p.