Расчетно-экспериментальное исследование процесса разрушения связей сцепления при вдавливании стержня жесткой арматуры в бетон
Автор: Кашеварова Г.Г., Мартиросян А.С., Травуш В.И.
Статья в выпуске: 3, 2016 года.
Бесплатный доступ
В настоящее время в современных высотных зданиях получили распространение конструкции железобетонных колонн с жесткой арматурой - сталежелезобетонные конструкции. Известно, что одним из ключевых факторов, обеспечивающих совместную работу арматуры и бетона в конструкции, является сцепление арматуры с бетоном. Традиционно для повышения сцепления стальной арматуры с бетоном применяют гибкие арматурные стержни с рифленой поверхностью. Но на жесткой арматуре в виде двутавра, которая используется для увеличения несущей способности железобетонных колонн, такое рифление отсутствует. Выполнено комплексное расчетно-экспериментальное исследование процесса начала разрушения связей сцепления при вдавливании стержня жесткой стальной арматуры в виде двутавра в бетон. Цель данной работы - определение параметров начала разрушения связей (расслоения) в зоне контакта «сталь-бетон» и типа разрушения в контактной зоне. При описании механизма разделения поверхностей «сталь-бетон» использовалась модель связанной зоны материала ( Cohesive Zone Material Model ) с билинейным законом поведения контактного слоя, встроенная в программный комплекс ANSYS Workbench. Представлена математическая модель контактной краевой задачи, которая решалась методом конечных элементов. Теоретически и экспериментально установлено, что сцепление гладкой жесткой арматуры с бетоном класса В35 обеспечивается главным образом за счет адгезии, и этот процесс лучше всего описывает CZM модель. Выяснены закономерности распределения контактного давления в зоне контакта «сталь-бетон», касательных напряжений в бетоне на гранях и поверхностях, примыкающих к двутавру. Получены результаты расчета взаимного смещения компонентов жесткой арматуры и бетона в зависимости от внешнего воздействия (во «времени»). Результаты данного исследования показывают, что наблюдается удовлетворительное соответствие расчетных и экспериментальных данных.
Жесткая арматура, бетон, контактная задача, разрушение связей сцепления, адгезия, когезия, численное моделирование, эксперимент
Короткий адрес: https://sciup.org/146211632
IDR: 146211632 | УДК: 539.4 | DOI: 10.15593/perm.mech/2016.3.04
Computational and experimental research of the contact debonding process when rigid reinforcement is pressed into concrete
Flexible fittings with corrugated surfaces are traditionally used to improve the bond and minimize its debonding with concrete. But rigid I-beam reinforcements, the type required for heavy load bearing, are not corrugated. The onset of the debonding process that occurs when rigid I-beam reinforcement was pressed into concrete was established through comprehensive calculations and experimentation. The aim of the paper was to define the parameters and types of fractures in the “steel-concrete” contact zone. The Cohesive Zone Material Model (CZM), provided by ANSYS Workbench software, was used with the bilinear behavior law on the contact layer and described the separation of “steel-concrete" surfaces. A mathematical model of the contact boundary problem was solved by the finite element method. A comparison of calculations and experimentation confirmed that the bond for smooth rigid reinforcement for B35 class concrete is provided by adhesion; and it is best described by the CZM model. Distribution patterns of contact pressure in the contact zone and of shear stresses on the concrete faces and surfaces adjacent to the I-beam were revealed. The relative displacement of concrete when impacted by an external force was measured. Results of this investigation indicate that the mathematical model is consistent and reflects the experimental data.
Список литературы Расчетно-экспериментальное исследование процесса разрушения связей сцепления при вдавливании стержня жесткой арматуры в бетон
- Математическое моделирование процесса разрушения сцепления арматуры с бетоном. Ч. 1. Модели с учетом несплошности соединения/А.В. Бенин //Инженерно-строительный журнал. -2013. -№ 5. -С. 86-144.
- Бенин А. В. Деформирование и разрушение железобетона: аналитические, численные и экспериментальные исследования: моногр.; ПГУПС. -СПб., 2006. -127 с.
- Джонсон К.Л. Механика контактного взаимодействия: пер. с англ. -М.: Мир, 1989. -510 с.
- Сцепление полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном/В.Г. Хозин, //Известия КГАСУ. -2013. -№ 1 (23). -С. 214-220.
- Особенности сцепления с бетоном стержневой арматуры различных профилей/А.С. Семченко //БСТ Экспертиза. -2008. -№ 8. -С. 58-62.
- Холмянский М.М. Контакт арматуры с бетоном. -М.: Стройиздат, 1981. -184 с.
- Холмянский М.М. Технические теории сцепления арматуры с бетоном//Бетон и железобетон. -1968. -№ 12. -С. 10-13.
- Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. -М.: Стройиздат, 1996. -416 с.
- CEB-FIP Model Code 1990. Design Code//Comite Euro-International du Beton. -1991. -437 р.
- Cruz J.S., Barros J. Modeling of bond between near-suгface mounted CFRP laminate strips and concrete//Computers and Structures. -2004. -No. 82. -Р. 1513-1521.
- Shima Н., Chou L.-L., Okamura Н. Micro and Масro Models for Bond in Reinforced Concrete//Journal of the Faculty of Engineering: University of Тokyo. -1987. -Vol. XXXIX. -No. 2. -Р. 133-194.
- ACI 440.3R-04 Guide Test Methods for Fiber-Reinforced Polymers (FRPs) for Reinforcing or Strengthening Concrete Structures, 2004. -40 p.
- RILEM/CEB/FIP Recommendations RC5: Bond test for reinforcing steel, Beam Test, 1978.
- Coronado C.A., Lopez M.M. Numerical modeling of concrete-FRP debonding using a crack band approach//Journal of Composites for Constraction. ASCE. -2010. -Vol. 14 (1). -Р. 11-20.
- Numerical investigation on the effect of concrete-FRP bond on the flexural behavior of RC beams/S. Sajedi, F. Grassemzaden, M. Shekarchi, F. Faraji, M. Solemani//Concrete Solution -Grantham, Mechtcherine & Schneck (eds)/Taylor & Francis Group, London, 2012. -P. 293-298.
- Изучение процесса разрушения связей сцепления при вдавливании стержня жесткой арматуры в бетон. Ч. 1. Экспериментальные исследования/В.И. Травуш //International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. -2016. -Vol. 12. -Iss. 1. -С. 140-146.
- Щеткова Е. А., Кашеварова Г. Г. Повышение прочности сцепления при сдвиге в зоне контакта «сталь-бетон»//Вестник гражданских инженеров. -2015. -№ 6 (53). -С. 70-75.
- Евдокимов Н.И., Мацкевич А.Ф., Сытник В.С. Технология монолитного бетона и железобетона: учеб. пособие для строит. вузов.-М.: Высш. школа, 1980. -335 с.
- Goto У. Cracks Formed in Concrete Around Deformed Tension Bars//Journal of the American Concrete Institute. -1971. -Vol. 68. -No.4. -Р. 244-251.
- Машков Ю.К. Трибофизика металлов и полимеров: моногр. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. -240 с.
- Попов В.Л. Механика контактного взаимодействия и физика трения. От нанотрибологии до динамики землетрясений. -М.: Физматлит, 2013. -352 с.
- Задачи контактного взаимодействия элементов конструкций: моногр./А.Н. Подгорный, П.П. Гонтаровский . -Киев: Наук. думка, 1989. -232 с.
- Веселов А.А. Нелинейная теория сцепления арматуры с бетоном и ее приложения: дис. … д-ра техн. наук. -СПб., 2000. -320 с.
- Balazs G.L. Connecting Reinforcement to Concrete bу Bond//Beton-und Stahlbetonbau. -2007. -No. 102. -Р. 46-50.
- Rehm G. Ueber die Grundlagen des Verbundes zwischen Stahl und Beton//Deutscher Ausschuss for Stahlbeton. -1961. -No. 138. -59 р.
- Бруяка В.А., Фокин В.Г., Кураева Я.В. Инженерный анализ в ANSYS Workbench: учеб. пособие. -Самара: Изд-во Сам. гос. техн ун-та, 2013. -149 с.
- Alfano G., Crisfield M.A. Finite Element Interface Models for the Delamination Anaylsis of Laminated Composites: Mechanical and Computational Issues//International Journal for Numerical Methods in Engineering. -2001. -Vol. 50. -Р. 1701-1736.
