Кузнецов Владимир Вячеславович, соискатель кафедры «Строительная механика и теория сооружений»
344000, г. Ростов-на-Дону, площадь Гагарина, 1
Vladimir Vy. Kuznetsov, Applicant for a Degree in the Department of Structural Mechanics and Theory of Structures
1 Gagarin Square, Rostov-on-Don 344000
Литвинов Степан Викторович, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры «Инженерная геология, основания и фундаменты», профессор кафедры «Строительная механика и теория сооружений»
344000, г. Ростов-на-Дону, площадь Гагарина, 1
Stepan V. Litvinov, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of Engineering geology, bases and foundations Department, Prof. of Construction mechanics and theory of structures Department
1 Gagarin Square, Rostov-on-Don 344000
Волосатова Татьяна Анатольевна, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры «Высшая математика»
344000, г. Ростов-на-Дону, площадь Гагарина, 1
Tatiana A. Volosatova, Cand. Sci. (Physical and Mathematical), Assoc. Prof. of Higher Mathematics Department
1 Gagarin Square, Rostov-on-Don 344000
Цель. Данная работа посвящена количественной оценке влияния внутреннего преднапряжения арматуры на напряженно-деформированное состояние и несущую способность толстостенной цилиндрической оболочки.Метод. Исследование выполняется путем вычислительного эксперимента с использованием метода конечных элементов в осесимметричной постановке. Физическая нелинейность бетона описывается диаграммой Сарджина, параметры которой верифицированы по данным Еврокода 2.Результат. Разработан итерационный алгоритм, основанный на методе переменных параметров упругости, для корректировки секущего модуля деформаций бетона. Арматура моделируется дискретно, а эффект преднапряжения задается в виде начальных напряжений в арматурных элементах. В результате моделирования установлено, что для цилиндра из бетона класса В40 с процентом армирования 3,11 % разрушение при действии внутреннего давления носит деформационный характер и связано с достижением предельных растягивающих деформаций в бетоне, а не с исчерпанием прочности на сжатие. Предельное внутреннее давление для ненапряженной конструкции составляет 0,55 МПа. Определен порог преднапряжения арматуры в окружном направлении 265 МПа, превышение которого вызывает недопустимые растягивающие напряжения в бетоне еще до этапа эксплуатации. Показано, что оптимальный уровень преднапряжения окружной арматуры 250 МПа позволяет увеличить предельное внутреннее давление вдвое — до 1,1 МПа.Вывод. Разработанная численная модель и алгоритм расчета позволяют прогнозировать поведение железобетонных конструкций с учетом реальных свойств материалов и технологических факторов. Полученные результаты демонстрируют высокую эффективность преднапряжения для толстостенных цилиндров и указывают на необходимость контроля не только прочностных, но и деформационных критериев разрушения бетона.
Objective. This work is devoted to a quantitative assessment of the effect of internal prestressing of reinforcement on the stress-strain state and load-bearing capacity of a thick-walled cylindrical shell.Method. The study is carried out through a computational experiment using the finite element method in an axisymmetric formulation. The physical nonlinearity of concrete is described by the Sargin diagram, the parameters of which are verified according to Eurocode 2 data.Result. An iterative algorithm based on the method of variable elasticity has been developed for correcting the secant modulus of concrete deformations. The reinforcement is modeled discretely, and the prestressing effect is specified as initial stresses in the reinforcement elements. The modeling results showed that for a cylinder made of B40 concrete with a reinforcement percentage of 3.11%, failure under internal pressure is of a deformation nature and is associated with reaching ultimate tensile strains in the concrete, rather than with the exhaustion of compressive strength. The ultimate internal pressure for a non-stressed structure is 0.55 MPa. A hoop prestressing threshold of 265 MPa has been determined. Exceeding this threshold causes unacceptable tensile stresses in concrete even before the initial operational phase. It has been shown that the optimal hoop prestressing level of 250 MPa allows for doubling the ultimate internal pressure to 1.1 MPa.Conclusion. The developed numerical model and calculation algorithm enable predicting the behavior of reinforced concrete structures, taking into account the actual properties of materials and process factors. The obtained results demonstrate the high effectiveness of prestressing for thick-walled cylinders and highlight the need to control not only the strength but also the deformation criteria of concrete failure.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.