Анатолий Михайлович Попов – заведующий кафедрой «Теоретическая механика», доктор технических наук, профессор
Новосибирск
Anatoly M. Popov – Head of the Structural Theoretical Department, Doctor of Engineering, Professor
Novosibirsk
Антон Сергеевич Самошкин – доцент кафедры «Теоретическая механика», кандидат технических наук
Новосибирск
Anton S. Samoshkin – Associate Professor of the Theoretical Mechanics Department, Candidate of Engineering
Novosibirsk
Виктор Михайлович Тихомиров – профессор кафедры «Строительная механика», доктор технических наук, доцент
Новосибирск
Victor M. Tikhomirov – Professor of the Structural Mechanics Department, Doctor ofEngineering, Associate Professor
Novosibirsk
В работе проведен аналитический обзор численных моделей, описывающих процессы сцепления арматуры с бетоном в железобетоне. Рассматривалась реализация математических моделей, основанная на методе конечных элементов. Анализировались две основные группы таких методов. Отличительной особенностью первой группы является наличие в конечно-элементной модели железобетона специальных элементов связи. С помощью этих элементов моделировалась жесткость сцепления при смещении бетона относительно арматуры в продольном и поперечном направлениях. Элементы связи различаются по числу параметров матрицы жесткости. Такой подход к моделированию контакта широко распространен, а некоторые специальные контактные элементы добавлены в библиотеки известных расчетных комплексов. В другой группе методов для упрощения моделирования механических процессов в контактной зоне вводится специальный контактный (пограничный) сплошной слой. При этом конечно-элементная сетка слоя состоит из стандартных изопараметрических конечных элементов, а железобетон представляется сплошной неоднородной средой без разрывов в полях перемещений. Все рассмотренные способы численного моделирования контактного взаимодействия в железобетоне не описывают реальное напряженно-деформированное состояние в непосредственной окрестности арматурного стержня. Подходы различаются количеством параметров, которые позволяют полностью описать матрицы жесткости специально вводимых конечных элементов. В статье идентификации данных параметров уделено особое внимание. От универсальности и простоты способов идентификации зависит основная характеристика метода – возможность его применения для расчета железобетонных конструкций. Проведен сравнительный анализ рассмотренных технологий с точки зрения их практического применения для расчета параметров напряженно-деформируемого состояния железобетонных конструкций.
In this paper, an analytical review of numerical models describing the bond-slip of reinforcement to concrete. The implementation of mathematical models based on the finite element method is considered. Two main groups of such methods were analyzed. A distinctive feature of the first group is the presence of special connection elements in the finite element model of reinforced concrete. With the help of these elements, the bond-slip was modeled when the concrete was displaced relative to the reinforcement in the longitudinal and transverse directions. The connection elements differ in the number of parameters of the stiffness matrix. This approach to contact modeling is widespread, and some special contact elements have been added to the libraries of calculation systems. In another group of methods, to simplify the modeling of mechanical processes in the contact zone, a special contact (boundary) continuous layer is introduced. In this case, the finite element mesh of the layer consists of standard isoparametric finite elements, and the reinforced concrete is represented by a continuous inhomogeneous medium without discontinuities in the displacement fields. All considered methods of numerical modeling of contact interaction in reinforced concrete do not describe the real stress-strain state in the immediate vicinity of the reinforcing bar. The approaches differ in the number of parameters that make it possible to completely describe the stiffness matrix of specially introduced finite elements. In the article, the identification of these parameters is given special attention. The main characteristic of the method depends on the versatility and simplicity of identification methods – the possibility of its application for the calculation of reinforced concrete structures. A comparative analysis of the considered technologies is carried out from the point of view of their practical application for calculating the parameters of the stress-strain state of reinforced concrete structures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.