Численное исследование влияния масштабного эффекта на продавливание толстых железобетонных плит

К содержанию выпуска

PDF статьи

DOI: 10.25628/UNIIP.2025.64.1.029

Бударин Александр Михайлович
Институт Гидропроект, Москва, Россия

Ушаков Олег Юрьевич
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ), Екатеринбург, Россия

Сабитов Линар Салихзанович
ФГБОБУ «Национальный исследовательский московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), Москва, Россия

Численное исследование влияния масштабного эффекта на продавливание толстых железобетонных плит

Для цитирования
Бударин А. М., Ушаков О. Ю., Сабитов Л. С. Численное исследование влияния масштабного эффекта на продавливание толстых железобетонных плит // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2025. − № 1 (64). − С. 72−79.  DOI: 10.25628/UNIIP.2025.64.1.029

Статья поступила в редакцию 21.01.2025.
Опубликована: 30.03.2025.

Аннотация: С увеличением рабочей высоты конструкции ее абсолютная несущая способность растет, а относительная — падает. Подобное поведение является следствием масштабного энергетического эффекта. Данный фактор не учтен в методиках расчета железобетонных плит на продавливание ряда нормативных документов из за отсутствия результатов испытаний толстых плит. Лабораторные испытания подобных конструкций сопряжены с высокими трудовыми и финансовыми затратами. Альтернативой может быть численное моделирование. Данная работа посвящена численному исследованию влияния масштабного эффекта.

Ключевые слова: продавливание, масштабный энергетический эффект, численное моделирование, железобетон, ANSYS

Budarin Alexander M., Hydroproject Institute

Ushakov Oleg Yu., Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin (UrFU)

Sabitov Linar S., FSBEI «National research Moscow state university of civil engineering» (MGSU)

Numerical investigation of the size effect influence on punching shear capacity of thick reinforced concrete slabs

Annotation. Numerical investigation of the size effect influence on punching shear capacity of thick reinforced concrete slabs Increasing effective depth of the slab leads to the increase in its bearing capacity absolute value, while the relative value decreases. Such behavior is a consequence of the energetic size effect. This factor is not taken into account in the punching shear capacity calculation methods presented in some building codes due to the lack of test results for thick slabs. Laboratory tests of such structures are associated with high labor and financial costs. Numerical modeling can be an alternative. This paper is devoted to numerical study of the influence of size effect.

Key words: punching shear, energetic size effect, numerical modeling, reinforced concrete, ANSYS

Список использованных источников:

  1. Бударин А. М., Ремпель Г. И., Камзолкин А. А., Алехин В. Н. Деформационно‑прочностная модель бетона с двойным независимым упрочнением // Вестн. МГСУ. — 2023. — № 18 (4). — С. 517–532: [сайт] — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=53729170 (дата обращения: 20.01.2025).
  2. Бударин А. М., Ремпель Г. И., Камзолкин А. А., Алехин В. Н. Деформационно‑прочностная модель бетона с двойным независимым упрочнением и повреждением // Вестн. МГСУ. — 2024. — № 19 (4). — С. 527–543: [сайт] — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=65676898 (дата обращения: 20.01.2025).
  3. Коровин Н. Н., Голубев А. Ю. Продавливание толстых железобетонных плит // Бетон и железобетон. — 1989. — № 11. — С. 20–23: [сайт] — URL: https://science.totalarch.com/magazine/concrete/concrete_1989_11.pdf (дата обращения: 20.01.2025).
  4. Ремпель Г. И., Бударин А. М., Долгих А. П. и др. Обзор и сравнительный анализ критериев прочности для моделирования нелинейного поведения бетона // Вестн. МГСУ. — 2024. — № 4. — С. 857–877: [сайт] — URL: https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/287 (дата обращения: 20.01.2025).
  5. Bažant Z., Cao Z. Size Effect in Punching Shear Failure of Slabs // ACI Structural Journal. — 1987. — № 84. — P. 44–53: [сайт] — URL: https://www.semanticscholar.org/paper/SIZE‑EFFECT‑IN-PUNCHING‑SHEAR‑FAILURE-OF‑SLABS.‑Ba%C5%BEantCao/1ad79c629eb8ea398897172e75a7c57ae4d4c587 (дата обращения: 20.01.2025).
  6. Bažant Z., Oh B. H. Crack band theory for fracture of concrete // Materials and Structures. — 1983. — № 16. — P. 155–177: [сайт] — URL: https://www.researchgate.net/publication/225111716_Crack_Band_Theory_for_Fracture_of_Concrete (дата обращения: 20.01.2025).
  7. Bažant Z., Planas J. Fracture and size effect in concrete and other quasibrittle materials. — Boca Raton: C. R. C., 1998. — 640 p.
  8. Donmez A., Bažant P. Z. Size Effect on Punching Strength of Reinforced Concrete Slabs with and Shear Reinforcement // ACI Structural Journal. — 2017. — № 114 (4). — P. 875–886: [сайт] — URL: https://www.researchgate.net/publication/316721612_Size_Effect_on_Punching_Strength_of_Reinforced_Concrete_Slabs_without_and_with_Shear_Reinforcement (дата обращения: 20.01.2025).
  9. Energy Concepts for Crack Growth // Engineering Library. — URL: https://engineeringlibrary.org/reference/fracture-mechanics‑energy‑concepts‑for-crack‑growth (дата обращения: 20.01.2025).
  10. Guandalini S., Burdet O., Muttoni A. Punching Tests of Slabs with Low Reinforcement Ratios // ACI Structural Journal. — 2008. — № 106 (1). — P. 87–95: [сайт] — URL: https://www.researchgate.net/publication/37468415_Punching_Tests_of_Slabs_with_Low_Reinforcement_Ratios (дата обращения: 20.01.2025).
  11. Li K. K. L. Influence of size on punching shear strength of concrete slabs: master’s thesis. — Montreal, McGill University, 2000. — 92 p.: [сайт] — URL: https://escholarship.mcgill.ca/concern/theses/j6731581h (дата обращения: 20.01.2025).
  12. Menetrey P. Numerical analysis of punching failure in reinforced concrete structures: Ph. D. thesis, Ecole polytechnique fédérale de Lausanne. — Lausanne, Switzerland, 1994. — 198 p.

References

  1. Budarin A. M., Rempel’ G. I., Kamzolkin A. A., Alekhin V. N. DeformacionnO‑prochnostnaya model’ betona s dvojnym nezavisimym uprochneniem // Vestn. MGSU. — 2023. — № 18 (4). — S. 517–532: [sajt] — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=53729170 (data obrashcheniya: 20.01.2025).
  2. Budarin A. M., Rempel’ G. I., Kamzolkin A. A., Alekhin V. N. DeformacionnO‑prochnostnaya model’ betona s dvojnym nezavisimym uprochneniem i povrezhdeniem // Vestn. MGSU. — 2024. — № 19 (4). — S. 527–543: [sajt] — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=65676898 (data obrashcheniya: 20.01.2025).
  3. Korovin N. N., Golubev A. YU. Prodavlivanie tolstykh zhelezobetonnykh plit // Beton i zhelezobeton. — 1989. — № 11. — S. 20–23: [sajt] — URL: https://science.totalarch.com/magazine/concrete/concrete_1989_11.pdf (data obrashcheniya: 20.01.2025).
  4. Rempel’ G. I., Budarin A. M., Dolgikh A. P. i dr. Obzor i sravnitel’nyj analiz kriteriev prochnosti dlya modelirovaniya nelinejnogo povedeniya betona // Vestn. MGSU. — 2024. — № 4. — S. 857–877: [sajt] — URL: https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/287 (data obrashcheniya: 20.01.2025).
  5. Bažant Z., Cao Z. Size Effect in Punching Shear Failure of Slabs // ACI Structural Journal. — 1987. — № 84. — P. 44–53: [sajt] — URL: https://www.semanticscholar.org/paper/SIZE‑EFFECT‑IN-PUNCHING‑SHEAR‑FAILURE-OF‑SLABS.‑Ba%C5%BEantCao/1ad79c629eb8ea398897172e75a7c57ae4d4c587 (data obrashcheniya: 20.01.2025).
  6. Bažant Z., Oh B. H. Crack band theory for fracture of concrete // Materials and Structures. — 1983. — № 16. — P. 155–177: [sajt] — URL: https://www.researchgate.net/publication/225111716_Crack_Band_Theory_for_Fracture_of_Concrete (data obrashcheniya: 20.01.2025).
  7. Bažant Z., Planas J. Fracture and size effect in concrete and other quasibrittle materials. — Boca Raton: C. R. C., 1998. — 640 p.
  8. Donmez A., Bažant P. Z. Size Effect on Punching Strength of Reinforced Concrete Slabs with and Shear Reinforcement // ACI Structural Journal. — 2017. — № 114 (4). — P. 875–886: [sajt] — URL: https://www.researchgate.net/publication/316721612_Size_Effect_on_Punching_Strength_of_Reinforced_Concrete_Slabs_without_and_with_Shear_Reinforcement (data obrashcheniya: 20.01.2025).
  9. Energy Concepts for Crack Growth // Engineering Library. — URL: https://engineeringlibrary.org/reference/fracture-mechanics‑energy‑concepts‑for-crack‑growth (data obrashcheniya: 20.01.2025).
  10. Guandalini S., Burdet O., Muttoni A. Punching Tests of Slabs with Low Reinforcement Ratios // ACI Structural Journal. — 2008. — № 106 (1). — P. 87–95: [sajt] — URL: https://www.researchgate.net/publication/37468415_Punching_Tests_of_Slabs_with_Low_Reinforcement_Ratios (data obrashcheniya: 20.01.2025).
  11. Li K. K. L. Influence of size on punching shear strength of concrete slabs: master’s thesis. — Montreal, McGill University, 2000. — 92 p.: [sajt] — URL: https://escholarship.mcgill.ca/concern/theses/j6731581h (data obrashcheniya: 20.01.2025).
  12. Menetrey P. Numerical analysis of punching failure in reinforced concrete structures: Ph. D. thesis, Ecole polytechnique fédérale de Lausanne. — Lausanne, Switzerland, 1994. — 198 p.