vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2018-45-4-142-152vdgtu-630Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTUREИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ С ТРЕ- ЩИНАМИ ПОСЛЕ ИХ УСИЛЕНИЯ КОМПОЗИТНЫМИ ТКАНЯМИ МЕТОДОМ КО- НЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОМОЩЬЮ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ПРИНСINVESTIGATION OF THE CARRYING CAPACITY OF REINFORCED CONCRETE SLABS WITH CRACKS AFTER THEIR REINFORCEMENT WITH COMPOSITE FABRICS BY THE FINITE ELEMENT METHOD USING THE PRINS COMPUTER COMPLEXАгаповВ. П.AgapovV. P.

доктор технических наук, профессор, кафедра прикладной механики и математики

129337, г.Москва, Ярославское шоссе, д. 26, Россия

Dr. Sci. (Technical), Prof., Department of Applied Mechanics and Mathematics

129337, Moscow, Yaroslavl highway, 26

agapovpb@mail.ruАйдемировК. Р.AydemirovK. R.

кандидат технических наук, доцент, кафедра сопротивления материалов и строительной механики

367026, г. Махачкала, пр.И.Шамиля, 70, Россия

Cand. Sci.(Technical), Assoc.Prof., Department of material resistance and structural mechanics

367026, Makhachkala, 70 Shamil Ave., Russia

kyrayd@mail.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университетРоссияNational Research Moscow State University of Civil EngineeringRussian FederationДагестанский государственный технический университетРоссияDagestan State Technical UniversityRussian Federation201827062019454142152Copyright © Агапов В.П., Айдемиров К.Р., 20192019Агапов В.П., Айдемиров К.Р.Agapov V.P., Aydemirov K.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/630

Цель. Рассматривается конечно-элементная методика расчета железобетонных плит с трещинами после их усиления композитными тканями с целью определения остаточного запаса прочности. Метод. Методика основана на использовании алгоритмов расчета конструкций с учетом геометрической и физической нелинейности, реализованных в программе ПРИНС. Эти алгоритмы предполагают использование одной и той же расчетной схемы в процессе решения задачи. Однако специфика поставленной проблемы заключается в том, что расчетная схема конструкции до появления в ней дефектов и после усиления ее с помощью композитных материалов должна изменяться. Результат. С учетом этого обстоятельства алгоритмы нелинейного расчета конструкций по программе ПРИНС были дополнены опцией, позволяющей в процессе сквозного расчета менять параметры расчетной схемы. Для исследования несущей способности железобетонных плит используются многослойные конечные элементы, для каждого из которых задан определенный пакет материалов. Модернизация расчетной схемы в данном случае сводится к замене одного пакета материалов на другой. Приводится пример расчета плиты с трещиной, усиленной композитной тканью. Вывод. Показано, что использование  перестраиваемой расчетной схемы позволяет существенно повысить точность расчетов. При этом конечный результат зависит от того, на какой стадии формирования дефектов в плите осуществляется ее усиление. В расчетах использованы специальные многослойные конечные элементы четырехугольной формы. Элементы состоят из четырех простейших треугольников, для которых большая часть матричных характеристик вычисляется в замкнутом виде. Это особенно важно при проведении нелинейных расчетов, требующих многократного перевычисления этих характеристик.

Objectives. The finite element method for cracked reinforced concrete slabs analysis after they were reinforced with composite fabrics in order to determine the residual safety factor is considered. Method. The method is based on the use of algorithms for calculating of structures with the account of the geometrical and physical nonlinearities, implemented in the PRINS program. These algorithms assume the use of the same calculation scheme in the process of the problem solving. However, the specifics of the assigned problem is that the design sсheme of the structure before the appearance of defects in it and after its amplification with the help of composite materials should change. Result. Taking into account this circumstance, the algorithms of nonlinear calculation of structures under the PRINS program were supplemented with an option that allows changing the parameters of the design scheme in the process of through calculation. To study the bearing capacity of reinforced concrete slabs, multilayer finite elements are used, for each of which a specific package of materials is specified. Modernization of the design scheme in this case comes down to replacing one package of materials with another. An example of calculation of a slab with a crack reinforced with composite fabric is given. Conclusion. It is shown that the use of a tunable design scheme can significantly improve the accuracy of calculations. In this case, the final result depends on what stage of the formation of defects in the slab its strengthening is realized. The special  multilayered finite elements of a quadrangular shape are used in calculations. The elements consist of four simple triangles, for which most of the matrix characteristics are calculated in a closed form. This is especially important when carrying out nonlinear calculations that require repeated computations of these characteristics. 

строительные сооруженияплитыметод конечных элементовнелинейностьнесущая способностьпрограммное обеспечениеbuildingstructuresplatesfiniteelement methodnonlinearitiesloadbearingcapacitysoftwareReferencesКальянова Е.Е. Новые инновационные технологии: преимущества продуктов Sika // Строительство. - № 8, 2014, - С.54-58.Kal'yanova Ye.Ye. Novyye innovatsionnyye tekhno-logii: preimushchestva produktov Sika // Stroitel'stvo. - № 8, 2014, - S.54-58. [Kalyanova E.E. New innovative technologies: the benefits of Sika products // Construction. - № 8, 2014, - pp.54-58. (In Russ.)]FRP Repair Materials and Methods. Concrete International - 2005, vol. 27, №1. - Р. 66.FRP Repair Materials and Methods. Concrete International - 2005, vol. 27, №1. - P. 66.Cardolin A. Carbon Fibre Reinforced Polymers for Strengthening of Structural Elements.- Division of S tructural Engineering, Department of Civil and Mining Engineering, Lulea University of Technology, Sweden. 2003. 194 р.Cardin A. Carbon Fiber Reinforced Polymers for Structural Elements. Department of Civil and Mining Engineering, Lulea University of Technology, Sweden. 2003. 194 p.Чернявский В. Л. Аксельрод Е. З. Применение углепластиков для усиления железобетонных конструкций промышленных зданий // Промышленное и гражданскоестроительство. 2004, № 3. С. 37-38.Chernyavskiy V. L. Aksel'rod Ye. Z. Primeneniye ugleplastikov dlya usileniya zhelezobetonnykh konstruktsiy promyshlennykh zdaniy // Promyshlennoye i grazhdanskoyestroitel'stvo.- 2004, № 3.- S. 37-38. [Chernyavsky V. L. Axelrod EZ. Use of carbon plastics for strengthening reinforced concrete structures of industrial buildings // Industrial and Civil Construction. 2004, No. 3. P. 37-38. (In Russ.)]Рекомендации по применению тканевых композиционных материалов при ремонте железобетонных конструкций мостовых сооружений. Федеральное Дорожное Агентство (Росавтодор). Москва, 2013. 55 с.Rekomendatsii po primeneniyu tkanevykh kom-pozitsionnykh materialov pri remonte zhelezo-betonnykh konstruktsiy mostovykh sooruzheniy.-Federal'noye Dorozhnoye Agentstvo (Rosavtodor).- Moskva, 2013. 55 s. [ Recommendations for the use of fabric composite materials in the repair of reinforced concrete structures of bridge structures. Federal Road Agency (Rosavtodor). Moscow, 2013. 55 p. (In Russ.)]Руководство по усилению железобетонных конструкций композитными материалами. НИИЖБ., М., 2012. 48 с.Rukovodstvo po usileniyu zhelezobetonnykh konstruktsiy kompozitnymi materialami. NIIZHB., - M., 2012. – 48 s. [Guidelines for strengthening reinforced concrete structures with composite materials. NIIZHB., M., 2012. 48 p. (In Russ.)]MSC NASTRAN 2016. Nonlinear User’s Guide. SOL 400. MSC Software Corporation. 2016. 790 р.MSC NASTRAN 2016. Nonlinear User’s Guide. SOL 400. MSC Software Corporation. 2016. 790 p.Басов К.А. ANSYS. Справочник пользователя. - Изд-во “ДМК-Пресс». М., 2005. 637 с.Basov K.A. ANSYS. Spravochnik pol'zovatelya. - Izd-vo “DMK-Press». M., 2005. 637 s. [Basov K.A. ANSYS. User reference. - Publishing house “DMK-Press”. M., 2005. 637 p. (In Russ.)]ABAQUS 6.11. Theorymanual. DS Simulia. 2011.ABAQUS 6.11. Theorymanual. DS Simulia. 2011Nabil F. Grace, S.B. Singh. Durability Evaluation of Carbon Fiber-Reinforced Polymer Strengthened Concrete Beams: Experimental Study and Design // ACI Structural Journal. - January-February, 2005. рр. 40-53.Nabil F. Grace, S.B. Singh. Fiber-Reinforced Polymer Strengthening Concrete Beams: Experimental Study and Design // ACI Structural Journal. - January-February, 2005. pp. 40-53.Бокарев С.А., Смердов Д.Н.Нелинейный анализ железобетонных изгибаемых конструкций, усиленных композиционными материалами // Вестник ТГАСУ. 2010, № 2. С. 113-125.Bokarev S.A., Smerdov D.N.Nelineynyy analiz zhelezobetonnykh izgibayemykh konstruktsiy, usilennykh kompozitsionnymi materialami // Vestnik TGASU.- 2010, № 2.- S. 113-125. [Bokarev S.А., Smerdov D.N. Nonlinear analysis of reinforced concrete bent structures reinforced with composite materials. Vestnik TGASU. 2010, No. 2. P. 113-125. (In Russ.)]L. CedolinandS.Deipoli.Finiteelementstudiesofshear-criticalR/Cbeams// ASCEJournaloftheEngineeringMechanicsDivision. - Vol. 103, No. EM3, June 1977. рp.395-410.L. CedolinandS.Deipoli.Finiteelementstudiesofshear-critical / Cbeams // ASCEJournaloftheEngineeringMechanicsDivision. - Vol. 103, No. EM3, June 1977. pp.395-410.Агапов В.П. Статические и динамические расчеты инженерных конструкцийв вычислительном комплексе ПРИНС// Машиностроение и инженерное образование. №1 (6), Изд. МГИУ. М,2006.Agapov V.P. Staticheskiye i dinamicheskiye ras-chety inzhenernykh konstruktsiyv vychislitel'nom komplekse PRINS//Mashinostroyeniye i inzhe-nernoye obrazovaniye. - №1 (6), Izd. MGIU. – M,2006. [Agapov V.P. Static and dynamic calculations of engineering structures in the PRINS computer complex // Mechanical Engineering and Engineering Education. №1 (6), Ed. MGIU. M, 2006. (In Russ.)]Агапов В.П. Метод конечных элементов в статике, динамике и устойчивости конструкций. Изд-во АСВ, М., 2005. 245 с.Agapov V.P. Metod konechnykh elementov v sta-tike, dinamike i ustoychivosti konstruktsiy.- Izd-voASV, M., 2005.- 245 s. [Agapov V.P. The finite element method in statics, dynamics and stability of structures. Publishing house DIA, M., 2005. 245 p. (In Russ.)]Zienkiewicz O.C., Taylor R.L.The Finite Element for Solid and Structural Mechanics. Sixth edition. McGraw-Hill, 2005. 631 p.Zienkiewicz O.C., Taylor R.L. The Finite Element for Solid and Structural Mechanics. Sixth edition. McGraw-Hill, 2005. 631 p.D.R.J.Owen, J.A.Figueiras and F.Damjanic. Finite element analysis of reinforced and prestressed concrete structures including thermal loading // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 41, 1983. рр. 323-366.D.R.J.Owen, J.A.Figueiras and F.Damjanic. Finite element analysis of reinforced concrete and prestressed concrete structures including thermal loading // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 41, 1983. pp. 323-366.Агапов В.П., Айдемиров К.Р. Расчет железобетонных ферм методом конечных элементов с учетом физической нелинейности. Часть 1// Научное обозрение, 2016, № 2, с.31-34.Agapov V.P., Aydemirov K.R. Raschet zhelezobe-tonnykh ferm metodom konechnykh elementov s uche-tom fizicheskoy nelineynosti. Chast' 1// Nauchnoye obozreniye, 2016, № 2, s.31-34. [Agapov V.P., Aydemirov, K.R. Calculation of reinforced concrete trusses by the finite element method taking into account physical nonlinearity. Part 1 // Scientific Review, 2016, № 2, pp. 31-34. (In Russ.)]Агапов В.П., Айдемиров К.Р. Расчет железобетонных ферм методом конечных элементов с учетом физической нелинейности. Часть 2// Научное обозрение, 2016, № 3, с.22-27.Agapov V.P., Aydemirov K.R. Raschet zhelezobe-tonnykh ferm metodom konechnykh elementov s uche-tom fizicheskoy nelineynosti. Chast' 2// Nauchnoye obozreniye, 2016, № 3, s.22-27. [Agapov V.P., Aydemirov, K.R. Calculation of reinforced concrete trusses by the finite element method taking into account physical nonlinearity. Part 2 // Scientific Review, 2016, № 3, pp. 22-27. (In Russ.)]Агапов В.П., Айдемиров К.Р. Расчет ферм методом конечных элементов с учетом геометрической нелинейности // Промышленное и гражданское строительство, 2016, № 11, с.4-8.Agapov V.P., Aydemirov K.R. Raschet ferm me-todom konechnykh elementov s uchetom geometriche-skoy nelineynosti // Promyshlennoye i grazhdan-skoye stroitel'stvo, 2016, № 11, s.4-8. [Agapov V.P., Aydemirov K.R. Calculation of farms by the finite element method taking into account the geometric nonlinearity // Industrial and civil construction, 2016, No. 11, p.4-8. (In Russ.)]Agapov V., Golovanov R.Comparative analysis of the simplest finite elements of plates in bending//Murgul V., Popovic Z. (eds) International Scientific Conference Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport EMMFT 2017. Advances inIntelligent Systems and Computing, vol 692.Springer, Cham. Pp. 1009-1026.DOIhttps://doi.org/10.1007/978-3-319-70987-1_109Agapov V., Golovanov R. Comparative analysis of the plates in bending // Murgul V., Popovic Z. (eds) EMMFT 2017. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 692.Springer, Cham. Pp. 1009-1026.DOIhttps: //doi.org/10.1007/978-3-319-70987-1_109

The authors declare that there are no conflicts of interest present.