Kutsenko, A., & Kutsenko, O.
(2022).
Effect of reinforcement on the crack resistance of concrete slabs.
Machinery & Energetics,
13(3),
34-42.
https://doi.org/10.31548/machenergy.13(3).2022.34-42
Попередній аналіз наявних літературних джерел, присвячених дослідженню тріщиностійкості залізобетонних конструкцій, показав відсутність встановлених загальних закономірностей впливу важливих геометричних параметрів, властивих залізобетонним елементам, на розподіл характеристик механіки руйнування вздовж фронту тріщини. На основі проведеного аналізу було сформульовано мету дослідження: встановлення зазначених закономірностей для бетонної плити, укріпленої системою поздовжніх арматурних стрижнів. При проведенні досліджень використовувалася лінійно-пружна модель бетону, а у якості характеристики механіки руйнування розглядався коефіцієнт інтенсивності напружень. Постулювалася поверхнева тріщина постійної глибини, розташована в поперечному перерізі плити. Передбачалося, що її береги повність покривають поперечний переріз арматурних стрижнів. У якості безрозмірних геометричних параметрів були обрані віднесені до товщини плити глибина тріщини, глибина залягання арматурних стрижнів, їх діаметр та відстань між сусідніми стрижнями. Плита навантажувалася двома типами навантаження, прикладеними до її торців: постійними розтягуючими напруженнями (чистий розтяг) та лінійно-змінними осьовими напруженнями (чистий згин). Задача визначення коефіцієнта інтенсивності напружень залежно від геометричних параметрів була зведена до граничної задачі теорії пружності. Для її розв’язання і отримання напружено-деформівного стану плити використовувався скінченно-елементний пакет CalculiX. Для різних комбінацій параметрів було побудовано більше чотирьохсот скінченно-елементних моделей. За відомими зміщеннями точок берега тріщини за допомогою співвідношення, отриманого в роботі, розраховувалися значення коефіцієнта інтенсивності напружень вздовж фронту тріщини. Встановлено, що його значення суттєво залежать від діаметра арматури, а тому при проведенні практичних розрахунків дію арматури на бетон не рекомендовано замінювати зосередженою силою. Для екстремальних значень коефіцієнта інтенсивності напружень отримано поліноміальні апроксимації з відносною похибкою в межах 10%. Матеріали роботи можуть бути корисними при проектуванні залізобетонних конструкцій, а також при вивченні чи викладанні курсу механіки руйнування
механіка руйнування, коефіцієнт інтенсивності напружень, залізобетонні конструкції, метод скінченних елементів, пакет CalculiX
[1] Photo of the day: Shulyavsky bridge collapsed in Kyiv. (2017). Retrieved from https://ukranews.com/ua/ news/482055-u-kyyevi-obvalyvsya-shulyavskyy-mist.
[2] Yafei, L., Tao, Z., Jie, Y., Tao, J., Qingfang, Z., & Hexuan, H.(2021). A simplified uniaxial stress-strain curve of concrete and its application in numerical simulation. E3S Web of Conferences, 283, article number 01045. doi: 10.1051/e3sconf/202128301045.
[3] Panasyuk, V. (2019). Development of investigations on fracture mechanics of materials and structural integrity: Achievements and perspectives (review). Procedia Structural Integrity, 16, 3-10. doi: 10.1016/j.prostr.2019.07.015.
[4] Akram, A. (2021). The overview of fracture mechanics models for concrete. ACEE, 14(1), 47-57. doi: 10.21307/acee-2021-005.
[5] Chauhan, D., Tewani, H., & Kalyana Rama, J. (2018). Application of principles of linear elastic fracture mechanics for concrete structures: A numerical study. Applied Mechanics and Materials, 877, 282-288. doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.877.282.
[6] Dong, W., Li, J., Zhang, X., & Zhang, B. (2019). Evolutions of SIFs of concrete under sustained loading by considering the effects of stress relaxations. Journal of Materials in Civil Engineering, 31(12), article number 04019287. doi: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002949.
[7] Polyakova, I., & Imambayeva, R. (2021). Comparison of the stress-strain state reinforced concrete structures (columns and trusses) with linear and nonlinear statements of the deformation law. E3S Web of Conferences, 281, article number 01032. doi: 10.1051/e3sconf/202128101032.
[8] Anderson, T. (2017). Fracture mechanics: Fundamentals and applications (4th ed.). London: CRC Press. doi: 10.1201/9781315370293.
[9] Nuguzhinov, Z., Bakirov, Z., Vatin, N., Bakirov, M., Kurokhtina, I., Tokanov, D., & Khabidolda, O. (2021). Stress intensity factor of reinforced concrete beams. Buildings, 11(7), article number 287. doi: 10.3390/buildings11070287.
[10] Malipatil, K., & Itti, S. (2019). Stress intensity factor and damage index of reinforced concrete beam. In Fatigue, durability, and fracture mechanics (pp. 305-316). Belagavi: Visvesvaraya Technological University. doi: 10.1007/978-981-15-4779-9_19.
[11] Accornero, F., Rubino, A., & Carpinteri, A. (2020). Ductile-to-brittle transition in fibre-reinforced concrete beams: Scale and fibre volume fraction effects. Material Design & Processing Communications, 2(6), article number e127. doi: 10.1002/mdp2.127.
[12] Kulikov, P., Ploskyi, V., & Getun, G. (2021). Constructions of buildings and structures. Book 1. Kyiv: Lira-K.
[13] DBN V.2.6-98:2009. Constructions of buildings and structures. Concrete and reinforced concrete structures. (2011). Kyiv: Ministry of Regional Construction of Ukraine.
[14] CalculiX: A free software three-dimensional structural finite element program. (2021). Retrieved from http://www.calculix.de.
[15] Bulgakov, V., Aboltins, A., Kutsenko, O., Ivanovs, S., & Pascuzzi, S. (2021). Approximate approach of research and assessment of crack resistance of cylindrical housings. Engineering for Rural Development, 20, 1541-1547.
[16] Zrazhevsky, G., Kepich, T., & Kutsenko, O. (2005). Basics of the theory of strength, deformation and fracture mechanics. Kyiv: LOGOS.
[17] Sadd, M. (2020). Elasticity: Theory, applications and numerics (4th ed.). London: Academic Press.
[18] Ostanin, V. (2022). Effects of repulsion and attraction between rotating cylinders in fluids. Scientific Herald of Uzhhorod University. Series “Physics”, 51, 39-47.
[19] Shynkariuk, Y. (2022). Alternative representation of space and time: Geometric solution of problems of relativity theory. Scientific Herald of Uzhhorod University. Series “Physics”, 51, 74-82.