Рассмотрен подход к численному моделированию напряженно-деформированного состояния железобетонных колонн квадратного сечения с различными типами начальных несовершенств. Определена их предельная несущая способность с учетом возможного динамического догружения продольной силой и изгибающим моментом. Для исследований используется численная модель, описывающая конструкцию колонны объемными элементами для бетона и стержневыми элементами для арматурного каркаса. Начальные несовершенства моделируются путем физического удаления элементов, расшивки элементов, расшивки с возможностью последующей сшивки нелинейными связями, моделирующими зазоры и сцепление на границе раздела сред. Численный анализ выполнялся в динамической постановке по неявной схеме на основе шагового метода, решение нелинейной задачи выполнялось с использованием метода Ньютона-Рафсона с невязкой по значению узловых сил. Установлена степень влияния начальных несовершенств, связанных с отклонениями геометрии и повреждениями материала на несущую способность сжато-изгибаемых элементов при аварийном воздействии. Показано, что для сооружений повышенного уровня ответственности целесообразно при проектировании предусматривать дополнительный запас прочности догружаемых колонн в рамных конструкциях в пределах 10%.
An approach to numerical simulation of the stress-strain state of reinforced concrete square columns with various types of initial imperfections is considered. Their ultimate bearing capacity is determined taking into account the possible dynamic additional loading by the longitudinal force and the bending moment. For research, a numerical model is used that describes the design of the column with volumetric elements for concrete and rod elements for the reinforcing cage. Initial imperfections are modeled by physical removal of elements, unzipping of elements, unzipping with the possibility of subsequent stitching by nonlinear bonds that simulate gaps and adhesion at the interface between media. Numerical analysis was carried out in a dynamic formulation according to an implicit scheme based on the direct method, the solution of a nonlinear problem was performed using the Newton-Raphson method with a discrepancy in the value of nodal forces. The degree of influence of initial imperfections associated with deviations of geometry and damage to the material on the bearing capacity of compressed-bent elements under emergency impact has been established. It is shown that for structures with an increased level of responsibility, it is advisable when designing to provide for an additional margin of safety for additionally loaded columns in frame structures within 10%.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.