PDF (9.0 МБ) - MSC Software

Докладчик магистрант Узаков Р.
Московский автомобильно-дорожный государственный технический
университет (МАДИ)
Д.т.н., проф. И.В. Демьянушко, проф., к.т.н. В.М. Стаин, к.т.н. А. В. Стаин,
магистрант Узаков Р.
Целью данной работы является создание с
помощью пакета программ MSC.SOFTWARE MARC –
MENTAT КЭ модели железобетонной балки, укреплённой
угле-пластиковым ламинатом.
Актуальность
поставленной
задачи
подтверждается исследованиями, выполненными в
работах [1-8].
Предварительные исследования, посвящённые
созданию КЭ для лабораторного образца бетонной
балки, усиленной угле-пластиковым ламинатом [9],
позволили выбрать в пакете MARC – MENTAT адекватные
инструменты для создания КЭ модели железобетонной
балки, укреплённой угле-пластиковым ламинатом.
Для
верификации
созданной
модели
используются
экспериментальные
результаты,
полученные в работе [10].
Размеры балки, её армирование, схема расположения опор и способ
приложения нагрузки, принятые такими же как и работе [10], представлены
на рис. 1. Здесь к нижней грани железобетонной балки 1 эпоксидной
мастикой приклеен угле-пластиковый ламинат 2.
Конечно-элементная модель балки изображена на рис. 2.
Фрагмент КЭ модели с размерами сетки и элементами армирования
изображён на рис. 3.
Для учёта возможности образования трещин в бетоне использовались две
модели:
1. В плоскости симметрии балки трещина в бетоне моделировалась с
помощью интерфейс элементов (ИЭ), которые вставлялись между
конечными элементами бетона по мере достижения в бетоне
предельных напряжений.
2. В остальной области использовалась модель распределённых трещин.
мм
мм
1
2
мм
мм
мм
мм
2
мм
мм
мм
Защитный слой=25 мм
мм
мм
2
Защитный слой=25 мм
Угле-пластиковый ламинат шириной 150 мм
мм
мм
мм
20 мм
Нижняя Продольная арматура
Поперечная арматура
12.5 мм
Бетон
Эпоксидный клей 1.5 мм
Угле-пластиковый ламинат 1.2 мм
𝜎
Модуль
упругости
(МПа
Коэффициент
Пуассона
Плотность
(кг/м3)
Энергия
сцепления
(Н/м
Бетон
25400
0.2
2400
-
Интерфейс
элементы
-
-
-
99.3
Критическое
раскрытие
трещины (м)
1.97 *10-9
Модуль
упругости
(МПа)
Коэффициент
Пуассона
Эпоксидный клей
12800
0.35
-
Угле-пластиковый
ламинат
165000
0.3
-
Плотность (кг/м3)
2400
1650
1600
-
Энергия
сцепления (Н/м)
-
-
-
99.3
Критическое
раскрытие
трещины (м)
-
-
-
1.97 *10-9
Нижняя продольная
арматура
Верхняя продольная
арматура
Поперечная арматура
Модуль упругости
(МПа)
200000
200000
200000
Коэффициент Пуассона
0.3
0.3
0.3
Плотность (кг/м3)
2400
2400
2400
Предел текучести (Мпа)
560
560
560
Площадь поперечного
сечения (мм2)
452
101
50.5
Дальнейший рост нагрузки
сопровождался появлением наклонных
трещин в областях, примыкающих к
опорам балки (рис 18)
Рис. 20. Возникновение
областей частичного отрыва
ламината от балки
Рис. 22. Образование 21 полностью разрушенного ИЭ на 135 инкременте при нагрузке на балку
158000 кН
Возможная форма разрушения сцепления между угле-пластиковым ламинатом внешнего
армирования и бетоном железобетонной балки представлена на рис. 23.
Полный отрыв ламината от балки
Локальный отрыв ламината от балки
Нагрузка на балку (кН)
Эксперимент
МКЭ
Без усиления ламинатом
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50
Максимальные прогибы балки (мм)
*
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Спасибо за внимание!