CC BY
23Моделирование процессов взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях: физические основы и математические алгоритмы
Павленко Павел Владиславович
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры строительной механики ФГАОУ ВО «Российский университет транспорта» (МИИТ), pvpav8@mail.ru
В современной строительной практике проблема взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях приобретает особую актуальность. Эффективность и долговечность железобетонных изделий во многом определяются корректностью учета таких процессов, как деформация материалов, коррозия арматуры, воздействие температурных факторов и многих других. Научные исследования в данной области направлены на разработку и усовершенствование моделей, позволяющих точно описать взаимодействие бетона и арматуры в железобетонных конструкциях. Это включает в себя моделирование физических процессов, происходящих в материалах, и применение соответствующих математических алгоритмов для их численного решения. В настоящем исследовании акцентируется внимание на применении методов конечных элементов, моделировании коррозионных процессов, трещинообразования и долговременных деформаций, а также на использовании таких подходов, как модель дрейфа, модель диффузии хлоридов, модели фрактурной механики и модели ползучести Ба-занта. Целью исследования является формирование комплексной математической модели взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях, учитывающей основные физические процессы и способную обеспечить высокую точность прогнозирования поведения конструкций в реальных условиях эксплуатации. Ключевые слова: бетон, арматура, исследование, взаимодействие, физические основы.
Железобетонные конструкции широко используются в современном строительстве благодаря своей прочности и долговечности. Железобетон представляет собой композитный материал, состоящий из бетона и арматурных стальных стержней, которые работают вместе, чтобы противостоять приложенным нагрузкам. Комбинация этих материалов позволяет создавать конструкции, способные выдерживать высокие напряжения и нагрузки, что делает их идеальными для использования в мостах, зданиях и других крупномасштабных строительных проектах. Кроме того, железобетонные конструкции могут быть спроектированы так, чтобы иметь длительный срок службы и требовать минимального обслуживания [1].
Несмотря на многочисленные преимущества железобетона, существуют и некоторые ограничения его использования. Одним из основных ограничений является возможность коррозии арматурных стальных стержней, которая со временем может ослабить конструкцию. Коррозия возникает, когда влага и кислород проникают в бетон и реагируют со сталью, вызывая ее ржавление и расширение. Это расширение может привести к растрескиванию и отслаиванию бетона, нарушая структурную целостность всей системы [2]. Чтобы уменьшить этот риск, необходимы надлежащие методы проектирования и строительства, а также регулярное техническое обслуживание и осмотр.
Математическое моделирование является ценным инструментом для понимания процессов взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях. Моделируя поведение этих материалов в различных условиях, исследователи могут получить представление о физических основах этих процессов и разработать более точные математические алгоритмы для прогнозирования их поведения. Например, моделирование процесса разрушения сцепления арматуры с бетоном может помочь выявить различные физические процессы, происходящие в зоне контакта двух материалов [3, 4]. Кроме того, моделирование деформации и разрушения бетонной матрицы, вызванное коррозионным распуханием, может помочь в разработке эффективных стратегий защиты от коррозии [2]. В целом, математическое моделирование играет решающую роль в расширении нашего понимания железобетонных конструкций и повышении их производительности и долговечности с течением времени.
Физические принципы, лежащие в основе взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях, сложны и многогранны. Свойства бетонной смеси, в том числе ее состав и прочность, играют существенную роль в определении поведения материала под нагрузкой [4]. Точно так же тип и свойства используемой арматуры, такие как диаметр и предел текучести стальных стержней, также оказывают существенное влияние на общее поведение конструкции [5]. Понимание физических принципов, лежащих в основе взаимодействия между этими материалами, необходимо для разработки точных математических моделей их поведения [6].
Одним из важнейших аспектов взаимодействия между бетоном и арматурой является адгезия и сцепление между двумя материалами. Процесс разрушения адгезионных связей
X X
о
го А с.
X
го т
о
2 О
м
Сл>
fO
сч о cs
in
о ш m
X
<
m О X X
арматуры с бетоном при выдергивании стержня из бетонного блока представляет собой сложный многостадийный процесс, который может быть сложно поддается математическому моделированию [3]. Однако было предложено несколько математических моделей, учитывающих разрыв связи между арматурой и бетоном [3]. Эти модели направлены на моделирование нелинейных процессов, происходящих в зоне контакта двух материалов [б].
Также были проведены экспериментальные исследования адгезии и сцепления между бетоном и арматурой, чтобы лучше понять физические принципы, лежащие в основе их взаимодействия [7]. Эти исследования учитывали упругую и пластическую стадии стальной арматуры и способствовали разработке более точных математических моделей поведения железобетонных конструкций [8]. В целом, всестороннее понимание физических принципов, лежащих в основе взаимодействия между бетоном и арматурой, необходимо для точного моделирования поведения железобетонных конструкций и обеспечения их безопасности и долговечности.
Экспериментальные методы имеют решающее значение для исследования взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях. Одним из таких методов является испытание арматуры на растяжение, при котором к арматуре прилагают усилие до тех пор, пока она не достигнет предела прочности [3]. Другим методом являются испытания на выдергивание, моделирующие процесс разрушения адгезионных связей арматуры с бетоном при выдергивании стержня из бетонного блока [3]. Кроме того, испытания на сдвиг применяют для исследования сопротивления железобетонных конструкций боковым нагрузкам [6]. Эти экспериментальные методы дают ценные данные для разработки математических моделей, моделирующих процессы взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях [3].
Математическое моделирование является сложной задачей из-за сложных процессов ползучести и разрушения в зоне контакта между бетоном и арматурой. Однако для изучения процессов деформирования и разрушения бетонной матрицы, вызванных коррозионным распуханием, применялись методы прямого математического моделирования [2]. Кроме того, разработан алгоритм численного моделирования процесса образования трещин в железобетонных конструкциях при переменных нагрузках, таких как сейсмическая активность [12]. Эти математические модели позволяют глубже понять процессы взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях [5].
Математическая модель железобетонных конструкций задействует общие положения контактного взаимодействия арматуры с бетоном [6]. Дополнительно разработаны усовершенствованные математические модели системы «бетон-армирование» в области заделки стеклопластиковой арматуры [13]. Эти модели учитывают разрыв связи между бетоном и арматурой, что важно для моделирования процесса разрушения сцепления арматуры с бетоном [5]. Таким образом, экспериментальные методы и математическое моделирование играют важнейшую роль в понимании процессов взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях.
Математические модели взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях необходимы для понимания поведения этих конструкций при различных условиях нагружения. В таких моделях обычно используются конститутивные модели, описывающие механические свойства материалов. Эти модели основаны на экспериментальных данных и математических уравнениях, связывающих напряжение и деформацию материалов [2]. Включив эти модели в модели конечных элементов, исследователи могут моделировать поведение железобетонных конструкций при различных условиях
нагружения и прогнозировать их реакцию на различные типы нагрузок [3].
Моделирование процессов взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях требует учета сложных физических процессов и применения соответствующих математических алгоритмов. Эта задача включает в себя учет деформаций и напряжений, вызванных различными факторами, такими как нагрузка, температурные изменения, коррозия арматуры и т.д.
Для моделирования таких процессов часто используются различные методы конечных элементов. В основе этих методов лежит разделение железобетонной конструкции на небольшие элементы (конечные элементы) и решение системы уравнений для каждого из них.
В простейшем случае, когда мы рассматриваем линейно-упругое деформирование материала, основное уравнение баланса напряжений в материале записывается в виде: V-a + f = 0, где а - тензор напряжений, f - вектор объемных сил. Тензор напряжений а связан с тензором деформаций £ через закон Гука:
а = С ■■ е,
где C - тензор упругих модулей, а ":" обозначает операцию двойного скалярного произведения.
Тензор деформаций £ в свою очередь связан с перемещениями u в материале через градиент: г = 1/2 х (Vu + (Vu)T), где "T" обозначает операцию транспонирования. Эти уравнения образуют основу для построения моделей взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях. Однако, в реальности, процессы в железобетонных конструкциях гораздо сложнее, и для их описания требуется учет нелинейности деформирования бетона и арматуры, коррозии арматуры, воздействия температуры и многих других факторов.
Построение математической модели для решения такой задачи требует глубоких знаний в области механики деформируемого твердого тела, математического моделирования и численных методов. Также требуется проведение серии экспериментов для определения параметров модели, таких как модули упругости бетона и арматуры, параметры моделей нелинейности деформирования и т.д.
Для описания нелинейного поведения бетона и арматуры могут использоваться различные модели. Например, в случае бетона может быть использована модель дрейфа (drift model), которая учитывает сдвиг напряжений в материале под действием усталостных нагрузок. В этом случае, закон Гука будет модифицирован следующим образом: а = С ■ е + d, где d - вектор дрейфа.
Модель коррозии арматуры может быть представлена в виде уравнения, связывающего скорость коррозии с концентрацией агрессивных веществ в окружающей среде и температурой. Например:
г = к х сп х Тт, где r - скорость коррозии, k - константа, c - концентрация агрессивных веществ, n и m - степени влияния концентрации и температуры на скорость коррозии соответственно.
Таким образом, задача моделирования взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях сводится к решению системы дифференциальных уравнений, описывающих деформирование материалов и коррозию арматуры. Это достаточно сложная задача, которую можно решать численно с использованием методов конечных элементов или других численных методов.
Аналитические модели — это еще один тип математических моделей, используемых для изучения взаимодействия между бетоном и арматурой. Эти модели основаны на математических уравнениях, описывающих поведение материалов и действующих на них сил. Их можно использовать для прогнозирования поведения железобетонных конструкций при различных условиях нагружения и для проектирования конструкций, отвечающих конкретным требованиям к характеристикам [6]. Однако аналитические модели имеют ограничения в возможности точного моделирования сложных процессов ползучести и разрушения в зоне контакта между бетоном и арматурой [6].
Конечно-элементные модели широко используются при моделировании железобетонных конструкций. Эти модели основаны на разбиении конструкции на мелкие элементы, что позволяет моделировать сложные геометрические формы и условия нагрузки. Они могут включать конститутивные модели и аналитические модели для точного прогнозирования поведения железобетонных конструкций [5]. Кроме того, модели конечных элементов можно использовать для визуализации поведения конструкции при различных условиях нагрузки и для определения возможных режимов отказа [8]. Однако точность конечно-элементных моделей сильно зависит от качества входных данных и допущений, сделанных в процессе моделирования [3].
Моделирование процессов взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях является важнейшим аспектом обеспечения безопасности и долговечности этих конструкций. Для изучения поведения железобетонных конструкций в различных условиях разработаны различные методы моделирования [3]. Эти методы включают прямое математическое моделирование, теоретическое обоснование и моделирование с использованием метода конечных элементов (МКЭ) [2, 14]. Используемые в этих методах математические модели учитывают общие положения взаимодействия арматуры и бетона [6].
Продолжая тему моделирования взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях, стоит обратить внимание на некоторые современные подходы и методы.
1. Моделирование коррозии арматуры. Коррозионные процессы в арматуре могут быть моделированы, например, с использованием модели диффузии хлоридов. Скорость проникновения хлоридов в бетон может быть описана законом Фика:
/ = -Ох 7с,
где J - плотность потока хлоридов, D - коэффициент диффузии, Ус - градиент концентрации хлоридов.
Затем, на основе проникновения хлоридов, можно моделировать коррозионные процессы в арматуре.
2. Моделирование трещинообразования. Трещинообразо-вание в бетоне может быть моделировано с помощью моделей фрактурной механики. Одной из распространенных моделей является модель Баренблатта, которая описывает распространение трещины как функцию от напряженно-деформированного состояния материала.
Аа , ,
М = с х
где Да^ - скорость распространения трещины, ДК - изменение интенсивности напряжений в вершине трещины, С и п - параметры, определяемые экспериментально.
3. Моделирование долговременной деформации. Долговременные деформации бетона (крепление, усадка, ползучесть) могут быть моделированы с помощью различных эмпирических и полу-эмпирических моделей. Одной из таких моделей является модель Базанта, которая описывает ползучесть бетона как функцию от времени, влажности, температуры и других факторов.
£c(t) - Еа
х f1 + ta
где Есщ - деформация ползучести в момент времени t, £co -начальная деформация ползучести, to - начальный момент времени, m - параметр, определяемый экспериментально.
Преимущества моделирования процессов взаимодействия бетона и арматуры многочисленны. Математическое моделирование позволяет анализировать поведение железобетонных конструкций при различных нагрузках и условиях окружающей среды, что бывает трудно или невозможно воспроизвести в лабораторных или полевых условиях [9]. Кроме того, моделирование обеспечивает экономически эффективное средство тестирования различных сценариев проектирования и оценки характеристик различных материалов [15]. Кроме того, моделирование также может помочь определить потенциальные виды отказов и предоставить информацию для разработки стратегий по снижению этих рисков [3].
Однако существуют ограничения и на моделирование железобетонных конструкций. В связи со сложными процессами ползучести и разрушения в зоне контакта моделирование взаимодействия арматуры и бетона является сложной задачей [6]. Кроме того, точность моделей зависит от качества входных данных и допущений, сделанных в процессе моделирования [14]. Таким образом, важно использовать соответствующие методы моделирования и подтверждать результаты, полученные в результате моделирования, экспериментальными данными, чтобы обеспечить надежность и точность моделей [2].
Математические алгоритмы играют решающую роль в моделировании взаимодействия между бетоном и арматурой в железобетонных конструкциях. Одним из широко используемых методов является метод конечных элементов, который включает в себя разделение конструкции на мелкие элементы и решение уравнений для каждого элемента для получения общего решения [7]. Другим подходом является метод дискретных элементов, который моделирует поведение отдельных частиц и их взаимодействия для имитации поведения конструкции в целом [2]. Кроме того, метод граничных элементов можно использовать для моделирования поведения поверхности конструкции, что позволяет проводить точный анализ взаимодействия между арматурой и бетоном [6]. Эти численные алгоритмы представляют собой мощный инструмент для моделирования поведения железобетонных конструкций в различных условиях.
Одним из важных применений математического моделирования является изучение воздействия коррозии на железобетонные конструкции. Коррозия арматуры может привести к растрескиванию и отслаиванию бетона, нарушая структурную целостность всей системы. Были разработаны математические модели для моделирования процесса коррозии и ее воздействия на конструкцию, что позволяет прогнозировать потенциальные точки отказа и разрабатывать эффективные стратегии ремонта [5].
Помимо коррозии, математическое моделирование может быть использовано для изучения широкого круга других явлений, влияющих на железобетонные конструкции. Например, были разработаны модели для моделирования деформации и разрушения железобетонных колонн при различных условиях нагружения [8]. В других моделях основное внимание уделялось взаимодействию между грунтом и подземными элементами транспортных сооружений [6], а также сцеплению арматуры с бетоном с учетом геометрии поперечных проекций арматуры и физической нелинейности бетона [12]. Эти модели дают ценную информацию о поведении железобетонных конструкций и могут использоваться при проектировании и обслуживании этих критически важных компонентов инфраструктуры.
X X
о
го А с.
X
го m
о
2 О M
со
со см о см
!Л
О Ш
т
X
3
<
т О X X
Железобетонные конструкции демонстрируют нелинейное поведение, которое можно разделить на различные типы. Одним из таких типов является материальная нелинейность, которая возникает из-за нелинейной зависимости между напряжением и деформацией бетона и стальной арматуры [6]. Другой вид - геометрическая нелинейность, возникающая из-за больших деформаций конструкции [12]. Кроме того, контактная нелинейность может возникнуть из-за взаимодействия между бетоном и арматурой, что может привести к локальным напряжениям и деформациям [8]. Понимание этих типов нелинейности имеет решающее значение для точного моделирования поведения железобетонных конструкций.
Причины нелинейного поведения железобетонных конструкций можно отнести к множеству факторов. К ним относятся деградация материала из-за коррозии, усталости и ползучести, а также воздействия факторов окружающей среды, таких как температура и влажность [2]. Моделирование нелинейного поведения железобетонных конструкций требует учета этих факторов и разработки алгоритмов, способных точно фиксировать их влияние [7]. Это включает в себя использование передовых численных методов и методов конечных элементов для моделирования поведения конструкции при различных условиях нагрузки.
Математическое моделирование процессов взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях является сложной задачей, требующей глубокого понимания физических основ и используемых математических алгоритмов. Исследования в этой области были сосредоточены на разработке новых моделей, которые могут точно отражать нелинейное поведение железобетонных конструкций при различных условиях нагрузки [3]. Эти модели могут улучшить проектирование и анализ железобетонных конструкций, что в будущем приведет к созданию более безопасных и эффективных конструкций.
В последние годы все большее значение приобретает использование моделей для прогнозирования поведения железобетонных конструкций. Эти модели могут применяться как при проектировании новых структур, так и при оценке существующих [8]. Математические модели, используемые для железобетонных конструкций, учитывают взаимодействие между бетоном и арматурой. В главе 3 этих моделей обычно излагаются общие положения математической модели железобетона [6]. Кроме того, некоторые модели также учитывают разрыв связи между арматурой и бетоном, что может существенно повлиять на поведение конструкции [3]. Используя эти модели, инженеры и исследователи могут лучше понять поведение железобетонных конструкций и делать более точные прогнозы их характеристик.
Ремонт и восстановление существующих железобетонных конструкций — еще одна область, где может быть полезно моделирование. Железобетонные конструкции подвержены различным видам повреждений, в том числе коррозии арматуры, что может привести к значительному износу конструкции [2]. Моделирование процесса разрушения сцепления арматуры с бетоном может помочь определить степень повреждения и дать рекомендации по соответствующей стратегии ремонта [9]. Используя математические модели, инженеры и исследователи могут разработать эффективные стратегии ремонта и восстановления, которые могут продлить срок службы существующих конструкций.
Методика расчета железобетонных конструкций учитывает традиционный распределенный тип контакта арматуры с бетоном [8]. Математические модели используются для прогнозирования поведения конструкции при различных условиях нагружения, а также для оценки прочности и долговечности конструкции во времени [6]. В недавних исследованиях были
предложены новые методы численной минимизации функционала квазиразложения, которые могут повысить точность этих моделей [2]. Используя эти модели, инженеры и исследователи могут проектировать более безопасные и долговечные железобетонные конструкции, способные выдерживать различные нагрузки и факторы окружающей среды.
Одним из перспективных направлений моделирования взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях является учет последних достижений в области материаловедения. Эти достижения могут обеспечить лучшее понимание поведения бетона и арматуры при различных условиях нагрузки и могут привести к разработке более точных и надежных моделей [11]. Кроме того, усовершенствование вычислительной мощности позволило выполнять более сложные симуляции, которые могут предоставить более подробную информацию о поведении железобетонных конструкций. Используя эти достижения, исследователи могут разрабатывать более сложные и точные модели для моделирования поведения железобетонных конструкций в различных условиях нагрузки. Еще одним будущим направлением является интеграция моделирования и экспериментальных методов. Этот подход может привести к более полному пониманию поведения железобетонных конструкций и может помочь проверить точность моделей. Например, в исследовании Самошкина в 2013 г. использовались как расчетные, так и экспериментальные методы для изучения взаимодействия между арматурой и бетоном [6]. Интегрируя эти два подхода, исследователи могут получить более полное представление о поведении железобетонных конструкций, что может привести к разработке более точных и надежных моделей.
Математическое моделирование — еще одно важное перспективное направление в изучении взаимодействия бетона и арматуры. Математические модели могут стать мощным инструментом моделирования поведения железобетонных конструкций при различных условиях нагружения [5]. Например, Бенин и др. разработаны математические модели для моделирования процесса разрушения железобетонных конструкций под действием коррозии арматуры [5]. Разрабатывая более сложные математические модели, исследователи могут лучше понять поведение железобетонных конструкций и разработать более точные и надежные модели для использования при проектировании и анализе.
В ходе проведенного исследования было выполнено моделирование процессов взаимодействия бетона и арматуры в железобетонных конструкциях на основе современных математических моделей и алгоритмов. Были учтены такие ключевые аспекты, как деформации материалов, коррозия арматуры, воздействие температурных факторов, процесс трещи-нообразования и долговременные деформации.
Применение метода конечных элементов позволило обеспечить высокую точность численного решения полученных моделей. Были использованы такие подходы, как модель дрейфа для описания нелинейного деформирования бетона, модель диффузии хлоридов для моделирования коррозии арматуры, модели фрактурной механики для описания процесса трещи-нообразования и модель ползучести Базанта для описания долговременных деформаций.
Однако, следует отметить, что любая модель является лишь приближенным описанием реальности и требует верификации и корректировки на основе экспериментальных данных. В связи с этим, дальнейшие исследования в данной области должны быть направлены на проведение соответствующих экспериментов и уточнение параметров моделей.
В заключении можно сказать, что результаты данного исследования представляют значительный интерес для специалистов в области строительства и материаловедения, и могут
быть использованы для повышения эффективности и долговечности железобетонных конструкций в условиях реальной эксплуатации.
Литература
1. Dahlan A. S. Impact of nanotechnology on high performance cement and concrete // Journal of molecular structure.
2021. Vol. 1223. р. 128896. https://doi.org/10.1016/jmolstruc.2020.128896.
2. Prasad H. D. R., Sitaram N. Performance of nano materials for the strength development in concrete cube used as Partial replacement for cement at different temperatures // Materials today: proceedings. 2021. Vol. 45. Part 7. p. 7253-7258. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.03.415.
3. Абрамов И. В., Турыгин Ю. В., Лекомцев П. В., Романов А. В., Бучкин А. В., Саидова З. С. Некоторые результаты испытаний приспособлений анкерного типа для натяжения композитной арматуры // Строительные материалы. 2019. № 1-2. С. 64-69. ГЛЛШЛЛЛ 0.31659/0585-430Хл019-767-1 -2-64-69.
4. Варламов А.А., Римшин В.И. Модели поведения бетона. Общая теория деградации. М.: ИНФРА-М, 2019.
5. Жданок С.А., Полонина Е.Н., Леонович С.Н. Влияние полимерных суперпластификаторов на различные виды углеродных наноматериа-лов // Инженерно-физический журнал.
2022. Т. 95. № 1. С. 165-168.
6. Карпенко Н.И., Колчунов В.И., Травуш В.И. Расчетная модель сложнонапряженного железобетонного элемента коробчатого сечения при кручении с изгибом // Научный журнал строительства и архитектуры. 2021. № 2 (62). С. 9-26. https://doi.org/10.36622/VSTU.2021.62.2.001
7. Кашеварова Г. Г., Марросян А. С., Травуш В. И. Рас-четно-экспериментальное исследование процесса разрушения связей сцепления при вдавливании стержня жесткой арматуры в бетон // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2016. № 3. С. 62-75. https://doi.org/10.15593/perm.mech/ 2016.3.04.
8. Квасников А. А. Методика расчета взаимодействия бетона и арматуры железобетонных конструкций в программном комплексе ABAQUS // Строительная механика и расчет сооружений. 2019. № 1 (282). С. 65-70.
9. Марко О. Ю., Ливинская В. А., Корбут Е. Е. Бетонные смеси и бетон с добавкой "УКД-1" -оценка изменений свойств // Проблемы современного бетона и железобетона. 2019. № 11. С. 164-188. https://doi.org/10.35579/2076-6033-2019-11-11.
10. Моисеева В. И., Пирогова Я. В., Тюменцев М. Е., Пань-ков П. А. Нанотехнологии в области производства строительных материалов // Инновации и инвестиции. 2019. № 11. С.293-297.
11. Мухамедиев Т. А. Изменения в своде правил по проектированию конструкций из бетона с полимерной композитной арматурой // Вестник НИЦ «Строительство». 2021. № 3 (30). С. 51-55. https://doi.org/10.37538/2226-9696-2021 -3(30)-51 -55.
12. Николюкин А. Н., Ярцев В. П., Коломникова И. И. Численное моделирование композитной арматуры для задачи сцепления с бетоном // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2019. № 5. С. 56-65. https://doi.org/10.34031/article_5ce292ca08962 3.21062637.
13. Обернихин Д.В., Никулин А.И. Экспериментальные исследования прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных балок трапециевидного и прямоугольного поперечных сечений // Инновационная наука. 2016. № 8-2. С. 73-77.
14. Римшин В. И., Меркулов С. И. Элементы теории развития бетонных конструкций с неметаллической композитной арматурой // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 5. С. 38-42.
15. Римшин В.И., Меркулов С.И. Элементы теории развития бетонных конструкций с неметаллической композитной арматурой // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 5. С. 38-42.
Modeling of concrete and reinforcement interaction processes in reinforced
concrete structures: physical foundations and mathematical algorithms Pavlenko P.V.
Russian University of Transport (MIIT) JEL classification: L61, L74, R53
In modern construction practice, the problem of interaction of concrete and reinforcement in reinforced concrete structures is of particular relevance. The efficiency and durability of reinforced concrete products are largely determined by the correctness of accounting for such processes as deformation of materials, corrosion of reinforcement, the impact of temperature factors and many others. Scientific research in this field is aimed at developing and improving models that accurately describe the interaction of concrete and reinforcement in reinforced concrete structures. This includes the modeling of physical processes occurring in materials and the application of appropriate mathematical algorithms for their numerical solution. In this study, attention is focused on the application of finite element methods, modeling of corrosion processes, cracking and long-term deformations, as well as on the use of such approaches as the drift model, the chloride diffusion model, fractural mechanics models and Basant creep models. The aim of the study is to form a complex mathematical model of the interaction of concrete and reinforcement in reinforced concrete structures, taking into account the basic physical processes and capable of providing high accuracy in predicting the behavior of structures in real operating conditions. Keywords: concrete, reinforcement, research, interaction, physical foundations. References
1. Dahlan A. S. Impact of nanotechnology on high performance cement and concrete
// Journal of molecular structure. 2021 Vol. 1223. p. 128896. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2020.128896.
2. Prasad H. D. R., Sitaram N. Performance of nano materials for the strength
development in concrete cube used as Partial replacement for cement at different temperatures // Materials today: proceedings. 2021 Vol. 45. Part 7. p. 7253-7258. https://doi.org/10.1016/j.matpr. 2021.03.415.
3. Abramov I. V., Turygin Yu. V., Lekomtsev P. V., Romanov A. V., Buchkin A. V.,
Saidova Z. S. Some test results of anchor-type devices for tensioning composite reinforcement. materials. 2019. No. 1-2. pp. 64-69. G""WnnL 0.31659/0585-430XA019-767-1-2-64-69.
4. Varlamov A.A., Rimshin V.I. Models of concrete behavior. General theory of
degradation. M.: INFRA-M, 2019.
5. Zhdanok S.A., Polonina E.N., Leonovich S.N. Influence of polymeric
superplasticizers on various types of carbon nanomaterials. Inzhenerno-fizicheskij zhurnal. 2022. V. 95. No. 1. S. 165-168.
6. Karpenko N.I., Kolchunov V.I., Travush V.I. Calculation model of a complexly
stressed box-section reinforced concrete element in torsion with bending // Scientific Journal of Construction and Architecture. 2021. No. 2 (62). pp. 9-26. https://doi.org/10.36622/VSTU.2021.62.2.001
7. Kashevarova G. G., Marrosyan A. S., Travush V. I. Calculation and experimental
study of the process of destruction of adhesion bonds when a rigid reinforcement bar is pressed into concrete. Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Mechanics. 2016. No. 3. S. 62-75. https://doi.org/10.15593/perm.mech/ 2016.3.04.
8. Kvasnikov A. A. Methods for calculating the interaction of concrete and reinforcement of
reinforced concrete structures in the ABAQUS software package // Stroitelnaya mekhanika i raschet sooruzheniy. 2019. No. 1 (282). pp. 65-70.
9. Marko O. Yu., Livinskaya V. A., Korbut E. E. Concrete mixtures and concrete with
the UKD-1 additive - assessment of changes in properties // Problems of modern concrete and reinforced concrete. 2019. No. 11. P. 164-188. https://doi.org/10.35579/2076-6033-2019-11-11.
10. Moiseeva V. I., Pirogova Ya. V., Tyumentsev M. E., Pankov P. A. Nanotechnologies in the production of building materials // Innovations and investments. 2019. No. 11. P.293-297.
11. Mukhamediev T. A. Changes in the set of rules for the design of structures made
of concrete with polymer composite reinforcement // Bulletin of the Research Center "Construction". 2021. No. 3 (30). pp. 51-55. https://doi.org/10.37538/2226-9696-2021-3(30)-51-55.
12. Nikolyukin A. N., Yartsev V. P., Kolomnikova I. I. Numerical modeling of composite
reinforcement for the problem of adhesion to concrete // Bulletin of the Belgorod State Technological University. V. G. Shukhov. 2019. No. 5. S. 56-65. https://doi.org/10.34031/article_5ce292ca08962 3.21062637.
13. Obernikhin D.V., Nikulin A.I. Experimental studies of the strength, crack resistance
and deformability of reinforced concrete beams of trapezoidal and rectangular cross sections. Innovatsionnaya nauka. 2016. No. 8-2. pp. 73-77.
14. Rimshin V. I., Merkulov S. I. Elements of the theory of development of concrete
structures with non-metallic composite reinforcement // Industrial and civil construction. 2015. No. 5. S. 38-42.
15. Rimshin V.I., Merkulov S.I. Elements of the theory of development of concrete
structures with non-metallic composite reinforcement // Industrial and civil construction. 2015. No. 5. S. 38-42.
X X О го А С.
X
го m
о
2 О M
со
