Нашли ошибку на сайте?Сообщите нам:
НОВОСТИ
19.09.23
12.07.23
19.06.23
22.05.23
|
| |
|
Архив выпусков
Выпуск 1 (69), 2023
Расчет армокаутоновых тавровых балок с помощью метода конечных элементов с использованием экспериментальных данных
Поликутин А. Э., Панфилов Д. В., Офоркаджа Т. О.
Поликутин А. Э., канд. техн. наук, доц. кафедры строительных конструкций, оснований и фундаментов им. проф. Ю. М. Борисова, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, e-mail: a.pl@mail.ru Панфилов Д. В., канд. техн. наук, зав. кафедрой строительных конструкций, оснований и фундаментов им. проф. Ю. М. Борисова, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, e-mail: panfilov_dv@vgasu.vrn.ru Офоркаджа Т. О., ассистент кафедры строительных конструкций, оснований и фундаментов им. проф. Ю. М. Борисова, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, e-mail: ositaoforkaja@yahoo.com
| | | | | Постановка задачи. Агрессивные среды, проникая через трещины в тело конструкции, помимо коррозии бетона, приводят к коррозии арматуры и, как следствие, значительному снижению несущей способности элемента в целом. Проблемы, связанные с воздействием на строительные конструкции агрессивных сред различного характера, могут быть решены применением полимербетонов. Одним из видов полимербетона является каучуковый бетон (каутон), разработанный на кафедре строительных конструкций оснований и фундаментов Воронежского государственного технического университета. Каутон обладает благоприятными физико-механическими свойствами, высокой прочностью и высокой (практически универсальной) химической стойкостью.
Результаты. Выполнен расчет конечных элементов армокаутоновых тавровых балок с использованием экспериментальных данных. Проведен сравнительный анализ прочности нормальных сечений тавровых балок из каутона и аналогичных балок, смоделированных в ANSYS.
Выводы. Ввиду достаточной сходимости расчетных и экспериментальных значений изгибающих моментов (до 15 %) установлена возможность использования ПК ANSYS в расчетных целях каутоновых балок, а также установлена возможность при экспериментальных исследованиях часть исследуемых экспериментальных балок заменять на конечно-элементные модели при исследованиях армокаутоновых изгибаемых элементов.
| | | | Ключевые слова: каутон, каучуковый бетон, армокаутон, изгибаемый элемент, тавровая балка, конечный элемент, прочность, расчет, полимербетон, агрессивная среда. |
DOI: 10.36622/VSTU.2023.69.1.002
Финансирование: исследования, изложенные в данной работе, проводились с использованием оборудования ЦКП имени проф. Ю. М. Борисова ВГТУ, при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ, проект № 075-15-2021-662 | | | Библиографический список 1. Борисов, Ю. М. Исследование несущей способности нормальных сечений двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов / Ю. М. Борисов, А. Э. Поликутин, Нгуен Фан Зуй // Вестник Центрального регионального отделения РААСН. — 2010. — Вып. 9. — С. 133—137.
2. Борисов, Ю. М. Напряженно-деформированное состояние нормальных сечений двухслойных каутоно-бетонных изгибаемых элементов строительных конструкций / Ю. М. Борисов, А. Э. Поликутин, Нгуен Фан Зуй // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2010. — № 2. — С. 18—24.
3. Борисов, Ю. М. Дисперсно армированные строительные композиты / Ю. М. Борисов, Д. В. Панфилов, С. В. Каштанов, Е. М. Юдин // Строительная механика и конструкции. — 2010. — № 2 (5). — С. 32—37.
4. Борисов, Ю. М. Задачи и методика экспериментальных исследований нормальных сечений изгибаемых элементов таврового профиля из армокаутона / Ю. М. Борисов, А. Э. Поликутин, А. С. Чудинов, А. Ю. Атанов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Сер.: Высокие технологии. Экология. — 2011. — № 1. — С. 52—57.
5. Нгуен, Фан Зуй. Двухслойные каутоно-бетонные изгибаемые элементы строительных конструкций: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 / Нгуен Фан Зуй. — Воронеж, 2010. — 185 с.
6. Панфилов, Д. В. Дисперсно армированные строительные композиты на основе полибутадиенового олигомера: дис…. канд. техн. наук: 05.23.05 / Панфилов Дмитрий Вячеславович. — Воронеж, 2004. — 188 c.
7. Пинаев, С. А. Влияние полимерцементной защиты на трещиностойкость железобетонных изгибаемых элементов / С. А. Пинаев, Франсиско Савити Матиас да Фонеска // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Сер.: Высокие технологии. Экология. — 2011. — Вып. 1. — С. 85—88.
8. Поликутин, А. Э. Прочность и трещиностойкость наклонных сечений изгибаемых элементов строительных конструкций из армокаутона: дис…. канд. техн. наук: 05.23.01 / Поликутин Алексей Эдуардович. — Воронеж, 2002. — 235с.
9. Потапов, Ю. Б. Высокоэффективные композиты на основе жидких каучуков / Ю. Б. Потапов // Материалы междунар. науч.-техн. конф. (IV Академические чтения РААСН) «Актуальные проблемы строительного материаловедения»: сб. науч. ст. — Пенза, 1998. — С. 16—17.
10. Потапов, Ю. Б. Каутоны — новый класс коррозионностойких строительных материалов / Ю. Б. Потапов // Строительные материалы XXI века. — 2000.— № 9. — С. 9—10.
11. Чмыхов, В. А. Сопротивление каучукового бетона действию агрессивных сред: дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 / Чмыхов Виталий Александрович. — Воронеж, 2002. — 224 с.
12. Панфилов, Д. В. Исследование распределения дефектов в структуре фиброкаутона методом Монте-Карло / Д. В. Панфилов, О. Л. Фиговский, Ю. Б. Потапов, С. В. Каштанов, Е. М. Юдин // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2014. — Т. 6, No 11 (72). — С. 21—25.
13. Поликутин, А. Э. Результаты экспериментальных исследований прочности наклонных сечений каутоно-бетонных изгибаемых элементов при изменении поперечного армирования и пролета среза / А. Э. Поликутин, З. Х. Чьюнг, С. А. Пинаев // Актуальные вопросы науки и техники. — 2015. — № 1 — С. 127—131.
14. Перекалский, О. Е. Строительные композиты на основе полибутадиеновых олигомеров для защиты от радиации: дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 / Перекальский Олег Евгеньевич. — Воронеж, 2006. — 174 с.
15. Juntao, Kang. Effectiveness of surface treatment on rubber particles towards compressive strength of rubber concrete: A numerical study onrubber-cement interface / Juntao Kang, Yanshuo Liu, Zechuan Yu // Construction and Building Materials. 2022. — Vol. 350. — Article 128820.
16. Jinrui, Zhang. Quantitative evaluation of steel corrosion induced deterioration in rubber concrete by integrating ultrasonic testing, machine learning and mesoscale simulation / Jinrui Zhang, Mengxi Zhang, Hongyan Ma // Cement and Concrete Composites. — 2022. — Vol. 128. — Article 104426.
17. Mounir, Elmarzak. Analysis of the thermal behavior of rubber concrete at elevated temperatures based on the humidity levels: Numerical and mathematical modeling / Mounir Elmarzak, Hamza Karim Serroukh, Yves Burtschell // Advances in Engineering Software. — 2022. — Vol. 172. — Article 103182.
18. Miaoyan, Liu. Study of fracture properties and post-peak softening process of rubber concrete based on acoustic emission / Miaoyan Liu, Jun Lu, Yangyang Yin // Construction and Building Materials. — 2021. — Vol. 313. — Article 125487.
19. Yugui, Cao. Mechanical behavior of FRP confined rubber concrete under monotonic and cyclic loading / Yugui Cao, Longlong Li, Yufei Wu // Composite Structures. — 2021. — Vol. 272. — Article 114205.
20. Hai-Bang, Ly. Development of deep neural network model to predict the compressive strength of rubber concrete / Hai-Bang Ly, Thuy-Anh Nguyen, Van Quan Tran // Construction and Building Materials. — 2021. — Vol. 301. — Article 124081.
21. Zhenpeng, Yu. Experimental study and failure criterion analysis on combined compression-shear performance of rubber concrete (RC) with different rubber replacement ratio / Zhenpeng Yu, Rui Tang, Qiao Huang // Construction and Building Materials. — 2021. — Vol. 288. — Article 123105.
22. Wanhui, Feng. Compressive behaviour and fragment size distribution model for failure mode prediction of rubber concrete under impact loads / Wanhui Feng, Feng Liu, Lin Chen // Construction and Building Materials. — 2020. — Vol. 273. — Article 121767.
23. Yu-Fei, Wu. Effect of compression casting method on the compressive strength, elastic modulus and microstructure of rubber concrete / Yu-Fei Wu, Syed Minhaj Saleem Kazmi, Feng Xing // Journal of Cleaner Production. — 2020. — Vol. 264. — Article 121746.
24. Nahal, Kamil Fayyadh. Development of floating rubber-concrete isolation slab system for 3D vibrations / Nahal Kamil Fayyadh, Farzad Hejazi, Thomas Chong // Journal of Building Engineering. — 2022. — Vol. 51. — Article 104246.
25. Rongzhou, Yang. Experimental study on dynamic mechanics and energy evolution of rubber concrete under cyclic impact loading and dynamic splitting tension / Rongzhou Yang, Ying Xu, Jia Wang // Construction and Building Materials. — 2020. — Vol. 262. — Article 120071.
| | | | | Ссылка для цитирования Поликутин, А. Э. Расчет армокаутоновых тавровых балок с помощью метода конечных элементов с использованием экспериментальных данных / А. Э. Поликутин, Д. В. Панфилов, Т. О. Офоркаджа // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2023. - № 1 (69). - С. 27-35. - DOI: 10.36622/VSTU.2023.69.1.002. | | | | | | | | | English version | | | Finite Element Analysis of Reinforced Rubber Concrete T-Beams Using Experimental Results | Polikutin A. E., Panfilov D. V., Oforkaja T. O. | | | | | Polikutin A. E., PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Building Structures, Bases and Foundations Named after Prof. Yu. M. Borisov, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, e-mail: a.pl@mail.ru Panfilov D. V., PhD in Engineering, Head of the Dept. of Building Structures, Foundations and Foundations Named after Prof. Yu. M. Borisov, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, e-mail: panfilov_dv@vgasu.vrn.ru Oforkaja T. O., Reader of the Dept. of Building Structures, Bases and Foundations Named after Prof. Yu. M. Borisov, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, e-mail: ositaoforkaja@yahoo.com
|
| | | Statement of the problem. Aggressive media, penetrating through cracks into the body of the structure, in addition to corrosion of concrete, lead to corrosion of the reinforcement and, as a result, a considerable decrease in the bearing capacity of the element as a whole. Problems associated with the impact on building structures of various types of aggressive environments can be solved by using polymer concrete. One of the types of polymer concrete is rubber concrete (cauton) developed at the Department of Building Structures of Foundations and Foundations of the Voronezh State Technical University. Cauthon has favorable physical and mechanical properties, high strength and high (almost universal) chemical resistance.
Results. Calculation of finite elements of reinforced T-beams using experimental data is carried out. A comparative analysis of the strength of normal sections of Cauthon T-beams and similar beams modeled in ANSYS was performed.
Conclusions. In view of the sufficient convergence of the calculated and experimental values of the bending moments (up to 15 %), the possibility of using the ANSYS software for the calculation purposes of couton beams has been established, and it has also been established that, in experimental studies, part of the experimental beams under study can be replaced by finite element models in the study of reinforced cauton bending elements.
| | | | Keywords: cauthon, rubber concrete, armocauton, bending element, tee beam, finite element, strength, design, polymer concrete, aggressive environment. |
DOI: 10.36622/VSTU.2023.69.1.002
References 1. Borisov, Yu. M. Issledovanie nesushchei sposobnosti normal'nykh sechenii dvukhsloinykh kautono-betonnykh izgibaemykh elementov / Yu. M. Borisov, A. E. Polikutin, Nguen Fan Zui // Vestnik Tsentral'nogo regional'nogo otdeleniya RAASN. — 2010. — Vyp. 9. — S. 133—137.
2. Borisov, Yu. M. Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie normal'nykh sechenii dvukhsloinykh kautono-betonnykh izgibaemykh elementov stroitel'nykh konstruktsii / Yu. M. Borisov, A. E. Polikutin, Nguen Fan Zui // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2010. — № 2. — S. 18—24.
3. Borisov, Yu. M. Dispersno armirovannye stroitel'nye kompozity / Yu. M. Borisov, D. V. Panfilov, S. V. Kashtanov, E. M. Yudin // Stroitel'naya mekhanika i konstruktsii. — 2010. — № 2 (5). — S. 32—37.
4. Borisov, Yu. M. Zadachi i metodika eksperimental'nykh issledovanii normal'nykh sechenii izgibaemykh elementov tavrovogo profilya iz armokautona / Yu. M. Borisov, A. E. Polikutin, A. S. Chudinov, A. Yu. Atanov // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Ser.: Vysokie tekhnologii. Ekologiya. — 2011. — № 1. — S. 52—57.
5. Nguen, Fan Zui. Dvukhsloinye kautono-betonnye izgibaemye elementy stroitel'nykh konstruktsii: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.23.01 / Nguen Fan Zui. — Voronezh, 2010. — 185 s.
6. Panfilov, D. V. Dispersno armirovannye stroitel'nye kompozity na osnove polibutadienovogo oligomera: dis…. kand. tekhn. nauk: 05.23.05 / Panfilov Dmitrii Vyacheslavovich. — Voronezh, 2004. — 188 c.
7. Pinaev, S. A. Vliyanie polimertsementnoi zashchity na treshchinostoikost' zhelezobetonnykh izgibaemykh elementov / S. A. Pinaev, Fransisko Saviti Matias da Foneska // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Ser.: Vysokie tekhnologii. Ekologiya. — 2011. — Vyp. 1. — S. 85—88.
8. Polikutin, A. E. Prochnost' i treshchinostoikost' naklonnykh sechenii izgibaemykh elementov stroitel'nykh konstruktsii iz armokautona: dis…. kand. tekhn. nauk: 05.23.01 / Polikutin Aleksei Eduardovich. — Voronezh, 2002. — 235 s.
9. Potapov, Yu. B. Vysokoeffektivnye kompozity na osnove zhidkikh kauchukov / Yu. B. Potapov // Materialy mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. (IV Akademicheskie chteniya RAASN) «Aktual'nye problemy stroitel'nogo materialovedeniya»: sb. nauch. st. — Penza, 1998. — S. 16—17.
10. Potapov, Yu. B. Kautony — novyi klass korrozionnostoikikh stroitel'nykh materialov / Yu. B. Potapov // Stroitel'nye materialy XXI veka. — 2000.— № 9. — S. 9—10.
11. Chmykhov, V. A. Soprotivlenie kauchukovogo betona deistviyu agressivnykh sred: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.23.05 / Chmykhov Vitalii Aleksandrovich. — Voronezh, 2002. — 224 s.
12. Panfilov, D. V. Issledovanie raspredeleniya defektov v strukture fibrokautona metodom Monte-Karlo / D. V. Panfilov, O. L. Figovskii, Yu. B. Potapov, S. V. Kashtanov, E. M. Yudin // Vostochno-Evropeiskii zhurnal peredovykh tekhnologii. — 2014. — T. 6, No 11 (72). — S. 21—25.
13. Polikutin, A. E. Rezul'taty eksperimental'nykh issledovanii prochnosti naklonnykh sechenii kautono-betonnykh izgibaemykh elementov pri izmenenii poperechnogo armirovaniya i proleta sreza / A. E. Polikutin, Z. Kh. Ch'yung, S. A. Pinaev // Aktual'nye voprosy nauki i tekhniki. — 2015. — № 1. — S. 127— 131.
14. Perekalskii, O. E. Stroitel'nye kompozity na osnove polibutadienovykh oligomerov dlya zashchity ot radiatsii: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.23.05 / Perekal'skii Oleg Evgen'evich. — Voronezh, 2006. — 174 s.
15. Juntao, Kang. Effectiveness of surface treatment on rubber particles towards compressive strength of rubber concrete: A numerical study onrubber-cement interface / Juntao Kang, Yanshuo Liu, Zechuan Yu // Construction and Building Materials. 2022. — Vol. 350. — Article 128820.
16. Jinrui, Zhang. Quantitative evaluation of steel corrosion induced deterioration in rubber concrete by integrating ultrasonic testing, machine learning and mesoscale simulation / Jinrui Zhang, Mengxi Zhang, Hongyan Ma // Cement and Concrete Composites. — 2022. — Vol. 128. — Article 104426.
17. Mounir, Elmarzak. Analysis of the thermal behavior of rubber concrete at elevated temperatures based on the humidity levels: Numerical and mathematical modeling / Mounir Elmarzak, Hamza Karim Serroukh, Yves Burtschell // Advances in Engineering Software. — 2022. — Vol. 172. — Article 103182.
18. Miaoyan, Liu. Study of fracture properties and post-peak softening process of rubber concrete based on acoustic emission / Miaoyan Liu, Jun Lu, Yangyang Yin // Construction and Building Materials. — 2021. — Vol. 313. — Article 125487.
19. Yugui, Cao. Mechanical behavior of FRP confined rubber concrete under monotonic and cyclic loading / Yugui Cao, Longlong Li, Yufei Wu // Composite Structures. — 2021. — Vol. 272. — Article 114205.
20. Hai-Bang, Ly. Development of deep neural network model to predict the compressive strength of rubber concrete / Hai-Bang Ly, Thuy-Anh Nguyen, Van Quan Tran // Construction and Building Materials. — 2021. — Vol. 301. — Article 124081.
21. Zhenpeng, Yu. Experimental study and failure criterion analysis on combined compression-shear performance of rubber concrete (RC) with different rubber replacement ratio / Zhenpeng Yu, Rui Tang, Qiao Huang // Construction and Building Materials. — 2021. — Vol. 288. — Article 123105.
22. Wanhui, Feng. Compressive behaviour and fragment size distribution model for failure mode prediction of rubber concrete under impact loads / Wanhui Feng, Feng Liu, Lin Chen // Construction and Building Materials. — 2020. — Vol. 273. — Article 121767.
23. Yu-Fei, Wu. Effect of compression casting method on the compressive strength, elastic modulus and microstructure of rubber concrete / Yu-Fei Wu, Syed Minhaj Saleem Kazmi, Feng Xing // Journal of Cleaner Production. — 2020. — Vol. 264. — Article 121746.
24. Nahal, Kamil Fayyadh. Development of floating rubber-concrete isolation slab system for 3D vibrations / Nahal Kamil Fayyadh, Farzad Hejazi, Thomas Chong // Journal of Building Engineering. — 2022. — Vol. 51. — Article 104246.
25. Rongzhou, Yang. Experimental study on dynamic mechanics and energy evolution of rubber concrete under cyclic impact loading and dynamic splitting tension / Rongzhou Yang, Ying Xu, Jia Wang // Construction and Building Materials. — 2020. — Vol. 262. — Article 120071.
|
|
|
|
|
