Экспериментальное обоснование конечно-элементного моделирования силовой работы колонн, усиленных стальной обоймой

Abstract

Во введении рассмотрены характерные дефекты, уточняющие критерии оценки технического состояния железобетонных колонн, и организационно-технологические мероприятия по восстановлению эксплуатационных качеств железобетонных колонн для различных категорий их технического состояния. Отмечено, что устройство стальной обоймы является одним из самых эффективных и распространенных методов повышения несущей способности колонн. Рассмотрены варианты усиления железобетонных колонн стальной обоймой (в том числе стальной обоймой с обетонированием), а также способы передачи нагрузки на усиленные колонны. Описаны сложности при реализации экспериментальных исследований, связанные в том числе с размерами опытных образцов и методикой испытания разрушающими методами. Обоснованы преимущества численного моделирования работы усиленных железобетонных колонн для прогнозирования их напряженно-деформированного состояния после усиле- ния. Отмечены возможные сложности при постановке численных экспериментов, связанные с неоднородностью бетона как строительного материала. В связи с этим определена цель настоящего исследования: эмпирически обосновать целесообразность применения метода конечных элементов для моделирования работы под нагрузкой железобетонных колонн, усиленных стальной обоймой. В основной части приведены результаты экспериментальных и численных исследований работы бетонных призм, усиленных стальной обоймой, при осевом кратковременном сжатии. Рассмотрены различные способы приложения нагрузки: ко всему сечению и только на бетонное ядро (без нагружения ветвей стальной обоймы). Подробно описаны методика проведения эксперимента и параметры численного моделирования. По результатам исследований отмечена хорошая сходимость расчетных значений напряжений и деформаций, полученных при численном моделировании, с опытными данными. В заключении установлено, что для описания силовой работы железобетонных колонн, усиленных стальной обоймой, численное моделирование методом конечных элементов обеспечивает получение корректных результатов независимо от способа приложения нагрузки. The characteristic defects of columns are discussed in the introduction. These defects are a technical condition of evaluation indicator of reinforced concrete (RC) columns. The organizational and technological actions for strengthening and repairing RC columns for various evaluation indicators of technical condition are also discussed. It is noted, that establishing RC columns in steel jackets is an effective and common method to increase bearing capacity. Different types of steel jacketing (including strengthening with steel jacketing and concrete coating) and the method of applying the load are considered. The realization of experimental research has some difficulties. This is due to the sizes of specimens and the destructive method. The advantages of numerical simulation of RC columns strengthened by steel angles and strips for predicting stress-strain states are justified. Possible difficulties in the formulation of numerical experiments associated with concrete heterogeneity as a building material are noted. The purpose of the study is to determine the experimental practicability of using the finite element method to simulate process modeling under the on-load operation of the RC columns strengthened with a steel jacketing .The main part presents the results of experimental and numerical studies on the shortterm compression of concrete prisms strengthened with a steel jacketing. Various methods of applying the load are considered: to the entire cross-section and only to the concrete core (without loading the steel angles). The testing technique and the parameters of numerical simulation are described in detail. The results of the study show a good agreement with the calculated values of stresses and strains obtained in numerical simulation and experimental data. In conclusion, it is stated that the numerical simulation by the finite element method provides correct results regardless of the way the load is applied for the behaviour of RC columns strengthened with a steel jacketing.