Обзор и сравнительный анализ критериев прочности для моделирования нелинейного поведения бетона

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. В последние десятилетия значительное развитие получили численные методы расчета бетонных и железобетонных конструкций, учитывающие физически нелинейное поведение материала. Подобные методы, по сравнению с аналитическими, позволяют точнее описать работу материала и отразить основные особенности его напряженно-деформированного состояния. Это дает возможность выполнять более экономичные, а в ряде случаев, и более надежные конструктивные решения. Одну из ключевых ролей в численных методах занимает понятие предельной поверхности, которая выражается в виде условия (критерия прочности), разделяя области упругой и пластической работы материала. Критерий прочности для бетона должен соответствовать опытным данным, обеспечивать математически стабильное, уникальное решение, а также иметь набор параметров, легко определяемый на основании эмпирических зависимостей или результатов испытаний. История создания и совершенствования предельных поверхностей бетона насчитывает десятки отечественных и зарубежных работ, многие из которых не удовлетворяют этим требованиям. Цель исследования — сравнительный анализ наиболее распространенных в мировой практике критериев прочности бетона.Материалы и методы. В качестве основы использованы результаты анализа и систематического обобщения данных, полученных из отечественных и зарубежных источников.Результаты. Проведен детальный анализ наиболее распространенных отечественных и зарубежных критериев прочности бетона.Выводы. Согласно результатам проведенного анализа, выполнено сравнение предельных поверхностей бетона на предмет соответствия ряду требований.

Об авторах

Г. И. Ремпель

АО «Институт Гидропроект»

Email: g.rempel@hydroproject.ru

А. М. Бударин

АО «Институт Гидропроект»

Email: alex.budarin01@gmail.com

А. П. Долгих

АО «Институт Гидропроект»

Email: a.dolgih@hydroproject.ru

А. А. Камзолкин

Научно-исследовательский центр «СтаДиО» (АО НИЦ «СтаДиО»)

Email: holinmail@mail.ru

В. Н. Алехин

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ)

Email: v.n.alekhin@urfu.ru
ORCID iD: 0000-0001-8291-6052

Список литературы

  1. Staber B., Forest S., Kotob M., Mazière M., Rose T. Loss of ellipticity analysis in non-smooth plasticity // International Journal of Solids and Structures. 2021. Vol. 222–223. P. 111010. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2021.02.021
  2. Корсун В.И., Карпенко С.Н., Макаренко С.Ю., Недорезов А.В. Современные критерии прочности для бетонов при объемных напряженных состояниях // Строительство и реконструкция. 2021. № 5 (97). С. 16–30. doi: 10.33979/2073-7416-2021-97-5-16-30. EDN HYNCLS.
  3. Chen W.F. Plasticity in Reinforced Concrete. New York : J. Ross Publishing Classics, 2007. 474 p.
  4. Jirásek M., Bažant Z.P. Inelastic Analysis of Structures. Chichester : Wiley, 2002. 722 p.
  5. Willam K.J., Warnke E.P. Constitutive model for the triaxial behavior of concrete // IABSE. 1974. Pp. 1–31.
  6. Lim J.C., Ozbakkaloglu T., Gholampour A., Bennett T., Sadeghi R. Finite-element modeling of actively confined normal-strength and high-strength concrete under uniaxial, biaxial, and triaxial compression // Journal of Structural Engineering. 2016. Vol. 142. Issue 11. doi: 10.1061/(asce)st.1943-541x.0001589
  7. Ansari F., Li Q.B. High-strength concrete subjected to triaxial compression // ACI Materials Journal. 1998. Vol. 95. Issue 6. doi: 10.14359/420
  8. Bellamy C.J. Strength of concrete under combined stress // ACI Journal Proceedings. 1961. Vol. 58. Issue 10. doi: 10.14359/7989
  9. Bellotti R., Ronzoni E. Results of tests carried out on cylindrical concrete specimens subjected to complex stress states : a critical analysis // Proceedings of International Conference on Concrete under Multiaxial Condition. 1984.
  10. Bellotti R., Rossi P. Cylinder tests: Experimental technique and results // Materials and Structures. 1991. Vol. 24. Issue 1. Pp. 45–51. doi: 10.1007/bf02472681
  11. Candappa D.C., Sanjayan J.G., Setunge S. Complete triaxial stress-strain curves of high-strength concrete // Journal of Materials in Civil Engineering. 2001. Vol. 13. Issue 3. Pp. 209–215. doi: 10.1061/(asce)0899-1561(2001)13:3(209)
  12. Candappa D.P., Setunge S., Sanjayan J.G. Stress versus strain relationship of high strength concrete under high lateral confinement // Cement and Concrete Research. 1999. Vol. 29. Issue 12. Pp. 1977–1982. doi: 10.1016/s0008-8846(99)00219-7
  13. Chern J.C., Yang H.J., Chen H.W. Behavior of steel fiber reinforced concrete in multiaxial loading // ACI Materials Journal. 1993. Vol. 89. Issue 1. doi: 10.14359/1242
  14. Cordon W.A., Gillespie H.A. Variables in concrete aggregates and portland cement paste which influence the strength of concrete // ACI Journal Proceedings. 1963. Vol. 60. Issue 8. doi: 10.14359/7889
  15. Duke C.M., Davis H.E. Some properties of concrete under sustained combined stresses // Proceedings-American society for testing and materials. 1944. Vol. 44. Pp. 888–896.
  16. Farnam Y., Moosavi M., Shekarchi M., Babanajad S.K., Bagherzadeh A. Behaviour of slurry infiltrated fibre concrete (SIFCON) under triaxial compression // Cement and Concrete Research. 2010. Vol. 40. Issue 11. Pp. 1571–1581. doi: 10.1016/j.cemconres.2010.06.009
  17. Gabet T., Malecot Y., Daudeville L. Triaxial behaviour of concrete under high stresses: Influence of the loading path on compaction and limit states // Cement and Concrete Research. 2008. Vol. 38. Issue 3. Pp. 403–412. doi: 10.1016/j.cemconres.2007.09.029
  18. Imran I., Pantazopoulou S.J. Experimental study of plain concrete under triaxial stress // ACI Materials Journal. 1996. Vol. 93. Issue 6. doi: 10.14359/9865
  19. Kotsovos M.D. Effect of stress path on the behavior of concrete under triaxial stress states // ACI Journal Proceedings. 1979. Vol. 76. Issue 2. doi: 10.14359/6944
  20. Wang C.Z., Guo Z.H., Zhang X.Q. Experimental investigation of biaxial and triaxial compressive concrete strength // ACI Materials Journal. 1987. Vol. 84. Issue 2. doi: 10.14359/1808
  21. Launay P., Gachon H. Strain and ultimate strength of concrete under triaxial stress // ACI Materials Journal. 1972. Pp. 23–34.
  22. Sfer D., Carol I., Gettu R., Etse G. Study of the behavior of concrete under triaxial compression // Journal of Engineering Mechanics. 2002. Vol. 128. Issue 2. Pp. 156–163. doi: 10.1061/(asce)0733-9399(2002)128:2(156)
  23. Smith S.S., Willam K.J., Gerstle K.H., Sture S. Concrete over the top – or, is there life after peak? // ACI Materials Journal. 1989. Vol. 86. Issue 5. doi: 10.14359/2089
  24. Kupfer H., Gerstle K.H. Behavior of concrete under biaxial stresses // Journal of the Engineering Mechanics Division. 1969. Vol. 99. Issue 4. Pp. 853–866. doi: 10.1061/jmcea3.0001789
  25. Nelissen L. Biaxial testing of normal concrete // Heron. 1972. Vol. 18. Issue 1. Pp. 1–90.
  26. Van Mier J.G.M. Strain-softening of concrete under multiaxial loading conditions : Ph.D. Thesis. Eindhoven : Technische Hogeschool Eindhoven, 1984.
  27. Mises R.V. Mechanik der festen Körper im plastisch-deformablen Zustand // Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu Gottingen (Mathematisch-physikalische Klasse). 1913. Vol. 1. Pp. 582–592.
  28. Rankine W. On the stability of loose earth // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1857. Vol. 147. Pp. 9–27. doi: 10.1098/rstl.1857.0003
  29. Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Тюпин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона. М. : Стройиздат, 1974. 316 с. EDN RSNPAX.
  30. Аликова Н.М., Гениев Г.А. Вариант условия прочности бетона // Теоретические исследования в области строительной механики пространственных систем. 1976. С. 21–27.
  31. Лейтес Е.С. К уточнению одного из условий прочности бетона // Поведение бетонов и элементов железобетонных конструкций при воздействии различной длительности : сб. науч. тр. НИИЖБ, 1980. С. 37–40.
  32. Яшин А.В. Критерии прочности и деформирования бетона при простом нагружении для различных видов напряженного состояния // Расчет и конструирование железобетонных конструкций. 1977. С. 48–57.
  33. Bresler B., Pister K.S. Strength of concrete under combined stresses // ACI Journal Proceedings. 1958. Vol. 55. Issue 9. doi: 10.14359/11358
  34. Leon A. Über die Scherfestigkeit des Betons // Beton und Eisen. 1935. Vol. 34. Pp. 130–135.
  35. Bigoni D., Piccolroaz A. Yield criteria for quasibrittle and frictional materials // International Journal of Solids and Structures. 2004. Vol. 41. Issue 11–12. Pp. 2855–2878. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2003.12.024
  36. Poltronieri F., Piccolroaz A., Bigoni D., Romero Baivier S. A simple and robust elastoplastic constitutive model for concrete // Engineering Structures. 2014. Vol. 60. Pp. 81–84. doi: 10.1016/j.engstruct.2013.12.007
  37. Соловьев Л.Ю. Нелинейная модель бетона на основе теории пластического течения // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 4 (24). С. 131–140. EDN TFBEMN.
  38. Петров А.Н. Деформационная модель ползучести железобетона и ее приложение к расчету плосконапряженных элементов и систем из них : дис. … д-ра техн. наук. М., 2001. 326 с.
  39. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М. : Стройиздат, 1996. 416 с.
  40. Карпенко Н.И., Карпенко С.Н. Составной критерий прочности бетона при объемном напряженном состоянии // Бетон и железобетон — взгляд в будущее : науч. тр. III Всерос. (II Междунар.) конф. по бетону и железобетону. 2014. С. 156–165. EDN TRROFR.
  41. Клованич С.Ф., Безушко Д.И. Численный эксперимент по исследованию деформационных теорий пластичности бетона // Вестник ОГАСА. 2006. № 22. С. 122–130.
  42. Ottosen N.S. A failure criterion for concrete // Journal of the Engineering Mechanics Division. 1977. Vol. 103. Issue 4. Pp. 527–535. doi: 10.1061/jmcea3.0002248
  43. Beverly P. FIB model code for concrete structures 2010. 2013.
  44. Menetrey P., Willam K.J. Triaxial failure criterion for concrete and its generalization // ACI Structural Journal. 1995. Vol. 92. Issue 3. doi: 10.14359/1132
  45. Grassl P., Jirásek M. Damage-plastic model for concrete failure // International Journal of Solids and Structures. 2006. Vol. 43. Issue 22–23. Pp. 7166–7196. doi: 10.1016/j.ijsolstr.2006.06.032
  46. Бударин А.М., Ремпель Г.И., Камзолкин А.А., Алехин В.Н. Деформационно-прочностная модель бетона с двойным независимым упрочнением // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 4. С. 517–532. doi: 10.22227/1997-0935.2023.4.517-532
  47. Hsieh S.S., Ting E.C., Chen W.F. A plastic-fracture model for concrete // International Journal of Solids and Structures. 1982. Vol. 18. Issue 3. Pp. 181–197. doi: 10.1016/0020-7683(82)90001-4

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».