Моделирование совместной работы арматуры с бетоном на примере композитной арматуры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат наук Николюкин Алексей Николаевич

• Николюкин Алексей Николаевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Николюкин Алексей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ, ПОСВЯЩЁННЫХ СЦЕПЛЕНИЮ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ

1.1 Основные положения по оценке сцепления арматуры с бетоном

1.2 Анализ исследований по вопросу сцепления арматуры с бетоном

1.3 Факторы, определяющие сцепление арматуры с бетоном

1.3.1 Механическое зацепление арматурного стержня за бетонный массив

1.3.2 Адгезия арматуры и бетона

1.3.3 Трение по контактной зоне арматуры и бетона

1.3.4 Влияние прочности бетона на сцепление

1.3.5 Усадка бетона

1.4 Современные эффективные виды арматуры

1.5 Анализ исследований, посвящённых изучению стадий напряженно -деформированного состояния контактного слоя при выдергивании арматуры из бетонных призм и цилиндров, опертых торцом

1.6 Выводы по главе

ГЛАВА 2 МЕТОДОЛОГИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Приспособления и оборудование для испытаний

2.2 Методика изготовления и хранения образцов

2.3 Характеристика материалов исследования

2.4 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БЕТОНА НА СЦЕПЛЕНИЕ СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ И СТАЛЬНОЙ АРМАТУРЫ

3.1 Основные положения методики экспериментального исследования сцепления арматуры с бетоном

3.2 Установление механических характеристик арматуры

3.3 Оценка механических характеристик бетона

3.4 Влияние класса прочности бетона на сцепление

3.5 Влияние циклов замораживания оттаивания на сцепление

3.6 Влияние глубины заделки на сцепление

3.7 Влияние диаметра арматуры на сцепление

3.8 Рекомендации по модифицированию расчета глубины анкеровки

3.9 Выводы по главе

ГЛАВА 4 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ

4.1 Общие положения математической модели взаимодействия арматуры с бетоном

4.2 Обоснование применения модели деформирования и критерия разрушения бетона

4.3 Предложенная модель работы бетона

4.3.1 Уточнение поверхности текучести и потенциалы потока для моделирования бетонного массива

4.3.2 Принятая функция упрочнения и размягчения бетонного массива

4.3.3 Линейное размягчение в бетонном массиве

4.3.4 Экспоненциальное размягчение бетона около арматурной области

4.4 Предложенные модели деформирования и разрушения арматуры

4.4.1 Принятая модель работы стальной арматуры

4.4.2 Разработанная модель работы и разрушения композитной арматуры

4.4.2.1 Разрушение волокна СПА

4.4.2.2 Разработка критерия межволоконной прочности матрицы СПА

4.4.2.3 Влияние параллельных напряжений волокон на межволоконное разрушение

4.4.2.4 Контактное взаимодействие профиля СПА со стрежнем ровинга

4.5 Численная реализация модели работы арматуры с бетоном

4.5.1 Граничные условия модели

4.5.2 Разработка численного метода для поиска параметров модели

4.5.3 Результаты поиска параметров модели

4.6 Численное решение задачи сцепления арматуры с бетоном

4.7 Анализ полученных результатов расчёта в пакете ANSYS 19.0 WorkBench

4.7.1 Полученное НДС в бетонном массиве

4.7.2 Анализ накопления повреждений в арматуре

4.8 Выводы по главе

ГЛАВА 5 АНАЛИТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ НА ОСНОВЕ ИСКУССТВЕННОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ

5.1 Обоснование применения искусственной нейронной сети для решения задачи сцепления арматуры с бетоном

5.2 Выбор параметров экспериментальных параметров для обучения искусственной нейронной сетью (NN3

5.3 Выбор подхода для аналитического моделирования на основе искусственной нейронной сети (NN3

5.3.1 Предложенный принцип нормирования значений базы данных

5.3.2 Разработанная архитектура искусственной нейронной сети

5.3.2.1 Подобранная структура и функции активации нейрона для описания нелинейности процесса сцепления

5.3.2.2 Комбинирование метода обучения нейронной сети для задачи поставленной задачи

5.4 Разработанная архитектура нейронной сети, представленная в явной форме

5.5 Выводы по главе

ГЛАВА 6 ВНЕДРЕНИЕ В ПРАКТИКУ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

6.1 Внедрение в практическое гражданское строительство

6.2 Внедрение в дорожно-строительную практику

6.3 Внедрение в учебный процесс

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Список использованных источников

Приложение

Приложение

Приложение3...............................................................................................................1S5

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование совместной работы арматуры с бетоном на примере композитной арматуры»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Одним из направлений совершенствования строительной отрасли является расширение области применения современных бетонных конструкций, армированных эффективными видами стальной и неметаллической арматуры.

При внедрении в производство нового вида арматуры исследователям приходится решать задачи, связанные с оценкой НДС бетонных конструкций, с разработкой конструктивных решений, отличающихся повышенной прочностью и надежностью. При этом особое внимание должно уделяется вопросам сцепления арматуры с бетоном.

Сложность теоретического исследования механизма сцепления и влияния на него различных внешних факторов заключается в отсутствии достаточного объема экспериментальных данных, необходимых для получения адекватной модели, описывающей этот механизм. Ограниченность сведений о поведении современных типов арматуры в современных бетонных конструкциях не позволяет гарантировать надежную эксплуатацию таких конструкций и подтверждает особую теоретическую и практическую значимость изучения механизма сцепления.

Решить поставленную задачу на высоком уровне стало возможным, благодаря современному состоянию теории механики твердого деформируемого тела. На основе существующих моделей поведения материалов и критериев разрушения возможно углубленное исследование взаимодействия арматуры с бетоном с помощью программных комплексов, которые позволяют проанализировать НДС в области контакта, выявить зависимости распределения нормальных и касательных напряжений, получить информацию о характере разрушения.

В связи с этим, разработка численных и аналитических моделей сцепления арматуры с бетоном и их анализ способствуют решению актуальной проблемы изучения реального НДС в зоне сцепления арматурой с бетоном, что создает предпосылки для дальнейшего развитию существующей теории железобетона.

Степень разработанности темы. В исследованиях, выполненных отечественными и зарубежными учеными (Назаренко П.П., Гвоздев А.А.,Бондаренко В.М., Карпенко Н.И., Холмянский М.М., Оатул А.А., Rehm G., Тевелев Ю. А., Мулин Н.М.,Колчунов В.И., Жуков В.И., Кольнер В.М., Семенов А.И., Хозин В.Г., Судаков Г.Н.,Диатовский В.Г., Тулеев Т.Д., Фридлянов В.Н., Колбасин В.Г., Мадатян С.А., Залигер Р., Столяров Я.В., Гараи Т., Brice L., Фрайфельд С.Е., Пальчинский О.В., Ngo D., Scordelis A., Плужникова Т.М., Карпенко Н.И., Овчинникова И.Г., Бенин А. В., Джонсон К.Л., Михайлов К.В., Trost H., Дмитриев А. Н., Кашеварова Г.Г., Мартиросян А.С., Травуш В.И., Веселов А. А., Мурашев В.И., Римшин В.И., Меркулов С.И. , Климов Ю.А. , Алиев Ш.А., Гольдфайн Б.С., Ахвердов HH., Кудяков К.Л., Коковцева А.В., Семенов С.Г., Берг О.Я., Шоршнев Г.Н., Повышев H.H., Щербаков E.H,. Nilson, Goto X., Bresler B., Bertero V.V., Pister S., Robins P.J., Labib F., и др.), рассмотрено сцепление арматуры в бетонных конструкциях с различными вариантами стержневого армирования при статическом нагружении. Особенности НДС в контактной области арматуры с бетоном и совместной работы стеклопластиковой арматуры с бетоном изучены недостаточно.

Цель и задачи работы. Разработка расчетно-экспериментальных методов оценки напряженно-деформированного состояния и определения силы сцепления в зоне взаимодействия стеклопластиковой арматуры с бетоном при действии статической осевой выдергивающей силы.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи: •анализ литературы по факторам, оказывающим влияние на НДС бетона в области заделки арматуры;

•экспериментальное исследование прочности, деформативности и характера разрушения соединения арматуры с бетоном при действии осевой выдергивающей силы;

•уточнение математической модели бетона на всех этапах деформирования; •разработка математической модели НДС системы «бетон - арматура» на действия осевой выдергивающей силы;

•изучение контактного взаимодействия и механизма разрушения бетона со стеклопластиковой и стальной арматурой на базе упругопластической модели при действии осевой выдергивающей силы;

•разработка аналитической модели на основе искусственных нейронных сетей, описывающей величину прочности сцепления через механические характеристики арматуры и бетона.

Научная новизна работы состоит в получении новых данных в области контактного взаимодействия бетона со стеклопластиковой арматурой:

•усовершенствована математическая модель системы «бетон -стеклопластиковая арматура» в области заделки арматурного стержня;

•исследован механизм деформирования, разрушения и распределения напряжений в контактной зоне на всех стадиях нагружения;

•установлены экспериментальные функциональные зависимости между геометрическими, механическими и физическими параметрами арматуры и прочностью сцепления с бетоном.

Теоретическая и практическая значимость работы.

•предложена математическая модель бетона Мепе^еу^Шаш для решения контактной задачи сцепления с арматурной;

• разработана численная модель контактного взаимодействия бетона со стеклопластиковой арматурой в области заделки при действии осевой выдергивающей силы;

•расширена область применения стеклопластиковой арматуры с учетом упруго-пластической работы бетона;

•предложен метод расчета прочности сцепления арматуры с бетоном на основе искусственных нейронных сетей.

Методология и методы диссертационного исследования. В работе использованы экспериментально-теоретические методы исследования контактного взаимодействия при выдергивании арматуры из бетона. В теоретических исследованиях применены общие методы строительной механики. Физический эксперимент выполнялся согласно методике вырыва

арматурного стержня из бетона, представленной в ГОСТ 31938-2012. Численное моделирование сцепления арматуры и бетона производилось на базе комплекса ANSYS 19.0 Workbench.

На защиту выносятся:

•математическая модель и ее обоснование для упруго - пластической среды в зоне взаимодействия с арматурой и решение контактной задачи;

•результаты численного исследования напряженно-деформированного состояния стеклопластиковой арматуры;

•аналитическая модель на основе искусственных нейронных сетей, описывающая величину прочности сцепления через механические характеристики арматуры и бетона.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием современных методов, приемов, сертифицированного оборудования и измерительных средств, сходимостью полученных данных с результатами работ отечественных и зарубежных ученых по теории силового сопротивления железобетона и механики разрушения.

Апробация полученных результатов. Основные положения диссертационной работы представлены на 4-й и 5-й международной научно-практической конференции «Устойчивое развитие региона: архитектура, строительство и транспорт» (г. Тамбов, 2017, 2018гг), Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы городского строительства» (г. Пенза, 2018 г.).

Внедрение результатов работы. Результаты исследований использовались при возведении и проектировании объектов г. Тамбова на базе проектной организации ООО «Архградо» и строительной фирмы ООО «СМУ-4». C учетом результатов исследований были изготовлены опытные образцы сборных армобетонных конструкций на базе ООО «БЗСК». На основании полученных результатов было разработано методическое указание, получившее внедрение в учебные процессы ФГБОУ ВО «ЛГТУ» и ФГБОУ ВО «ТГТУ».

Личный вклад автора. К числу наиболее важных результатов, установленных автором, относятся: экспериментально-теоретические исследования прочности сцепления композитной и стальной арматуры с бетоном; исследования СПА при их работе с бетоном; экспериментальные данные, полученные при испытаниях на вырыв различных видов арматурного стержня из бетона; совершенствование основных положений моделирования процесса взаимодействия арматуры и бетона.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, включая 9 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК, 3 статьи в изданиях, индексируемых в Scopus и Web of Science.

Объем и структура работы. Диссертация объемом 190 страниц машинописного текста состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 125 наименований, 3 приложений, 76 рисунков.

Автор выражает благодарность д.т.н. профессору кафедры «Конструкции зданий и сооружений» Леденеву В.В. и заведующему кафедрой «Высшей математики» к.ф.-м.н. доценту Пчелинцеву А.Н. за консультативную помощь при выполнении работы.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ, ПОСВЯЩЁННЫХ СЦЕПЛЕНИЮ

АРМАТУРЫ С БЕТОНОМ

1.1 Основные положения по оценке сцепления арматуры с бетоном

Основной характеристикой оценки сцепления арматуры с бетоном является касательное сцепление тсц, которое образуется в зоне условной цилиндрической поверхности взаимодействия арматуры с бетоном. Под условностью подразумевается то, что даже в случае использования любой арматуры происходит соприкосновение материалов по поверхности, которая обладает шероховатостью и различными выступами. При этом возникают напряжения, направленные под некоторым углом к данной поверхности. По мнению Литвинова Р.Г., Назаренко П.П. и Rehm G., данный процесс связан с контактной задачей [1,2].

Условное касательное напряжение сцепления упрощенно характеризует сцепление арматуры с бетоном. Процесс установки величины не находит серьезных противоречий, поскольку позволяет создавать обобщенные теории, которые дают практические результаты.

Жуков В.И., Назаренко П.П., Холмянский М.М. и Santiago S.D. считали, что нормальное усилие, направленное к продольной оси арматуры, является поперечным давлением арматуры на бетон, величина которого взаимосвязана с величиной касательного сцепления[3].

По мере накопления опытных данных и изобретений новых видов арматуры формировалось современное понятие о сцеплении арматуры с бетоном. Касательное сцепление для проволочной и гладкой стержневой арматуры объясняется склеиванием цементного геля с арматурой и трением от усадочного давления. Интерес к фактору сцепления возрос в результате появления арматуры периодического профиля. Кроме того, было выявлено, что распорные силы создают значительные силы трения на поверхности контакта. Появление витых и крученых арматур обуславливает специфическую совместную работу материала с бетоном. Значения касательных напряжений сцепления и длины зоны были получены в результате измерения нормальных напряжений в арматуре.

В результате исследований Оатул А.А. обнаружил, что сцепление характеризуется взаимным смещением арматуры относительно бетона [6]. Кроме того, Астров Т.И. выявил зависимость величины g от приложенных к арматуре осевых напряжений Gg. В свою очередь, Семенов А.И. и Rehm G. определили зависимость относительных деформаций канатной арматуры и бетона на поверхности контакта от рассматриваемого сечения[2,7].

Опыты по определению взаимных смещений Судаков Г.Н. проводил с помощью микроскопа путем наблюдения за перемещениями специальных реперов, закрепленных на бетоне и арматуре [9]. При этом по мере нагружения наблюдение за перемещениями арматуры производились через специальные отверстия, размещенные с определенным шагом в бетоне вдоль арматуры. Впоследствии Судаков Г.Н. открыл методы оптически чувствительных покрытий, которые позволили определить величину перемещений и деформаций свойственно только на поверхности образцов. При этом Диатовский В.Г., Мадатян С.А., Тулеев Т.Д., Фридлянов В.Н. и Оатул А.А. исключили нарушение контактов арматуры и бетона [10-13].

В настоящее время многие авторы считают, что численное моделирование является наиболее актуальным решением для исследования сцепления материалов.

Наряду с большим числом методов изучения сцепления, широкое применение в науке нашел феноменологический подход к математическому анализу опытных результатов на основе ряда упрощающих предпосылок. Вместе с тем, стало возможно углубленное исследование взаимодействия бетона и арматуры. На сегодняшний день взаимодействие материалов рассматривается схематически на основе численных методов.

Назаренко П.П. обнаружил, что поведение сцепления арматуры с бетоном при длительных динамических, циклических воздействиях и кратковременных нагружениях может оставаться неизменным. Однако, особое внимание изучению сцепления под действием значительных нагрузок не уделялось. Кроме этого, применение феноменологических законов сцепления ограничено, так как они распространяются на определенный вид армирования. Колбасин В.Г., Мадатян С.А., Тулеев Т.Д. и Суриков И.Н. считали, что существенное влияние на сцепление стержней с профилем оказывает изменение профиля стержневой арматуры, поскольку при этом изменится характер профиля и поверхности арматуры [10,11, 12].

В настоящий момент еще не разработана достаточно полная и хорошо разработанная теория сцепления арматуры и бетона. Следовательно, вопрос о разработке теории взаимодействия материалов, учитывающий все факторы, весьма актуален.

1.2 Анализ исследований по вопросу сцепления арматуры с бетоном

Сцеплением называется способность бетона сопротивляться проскальзыванию арматуры под нагрузкой в железобетонных изделиях. При этом термин "железобетон" рассматривается как единый композиционный материал до того момента, пока существует сцепление по контактной поверхности между арматурой и бетоном. При нарушении взаимодействия арматуры и бетона конструкция представляет собой отдельные элементы.

Впервые про оценку прочности анкеровки арматуры заговорили немецкие исследователи Залигер Р. и BachG[15].

Первоначально[15]опыты были направлены на проверку прочности анкеровки арматуры в бетоне для концевых усилений отгибов, петель и крюков. Однако, данный метод позволил исследовать анкеровку за счет сцепления современных профилей с бетонами, обладающих высокой прочностью. При этом сцепление рассматривалось в качестве силовой характеристики, зависящей от многих факторов, удельное значение которых оценивалось учеными неоднозначно. Тем не менее, в середине двадцатого века Столяров Я.В. предположил, что сцепление напрямую зависит от клеящей способности цементного геля и трения, возникающего между материалами под действием радиального давления от усадки бетона.

Столяров Я.В. выделил в своих трудах две группы факторов [16]. Первая группа отражает ряд факторов, которые влияют на сопротивление скольжению арматуры в бетоне. К ним относятся зацепление выступов за бетон, трение от усадки и склеивание арматуры с бетоном. Вторая группа количественно определяет факторы первой группы, не влияя при этом на сцепление. К ней относят класс и возраст бетона.

Напряженно-деформированное состояние в зонах перераспределения напряжений весьма неоднозначно. Оно зависит от всех факторов в совокупности. Вместе с тем

AbramsD.A. в своих работах установил, что НДС на участках действия касательных напряжений сцепления значительно изменяется под действием нагрузки.

Поскольку на сцепление огромное влияние огромное количество факторов, возникла необходимость в применении феноменологического подхода математического анализа опытных данных на основе упрощающих предпосылок.

Гараи Т., BriceM.Z.P. и Bichara A. выяснили, что экспериментально определить значение величины as на участке перераспределения путем измерения нормальных напряжений в арматуре as в зоне контакта довольно трудоемко [17,18]. Вследствие чего применение данной характеристики для оценки тц на участке контакта было ограничено.

На основе исследований Абрамса, Столяров Я.В. в 1913 г. построил кривую зависимости напряжений сцепления Тц от «деформаций скольжения» для стержня с переменным профилем [16].Однако, впервые о зависимости между напряжениями сцепления и взаимными смещениями арматуры относительно бетона заговорил Фрайфельд С.Е. в 1941 г [19].

В результате испытаний Холмянский М.М. определил величину взаимных смещений арматуры относительно бетона д [5]. Исследования заключались в наблюдении за смещением арматуры относительно бетона при передаче предварительных напряжений и выдергивании арматуры из призм, опертых торцом.

В целях упрощения расчетного аппарата без снижения общей точности при анализе сцепления в рассматриваемых допустимых границах смещений в стыке или ширины раскрытия трещины стал использоваться упруго-пластический закон сцепления (диаграмма Прандтля), аппроксимирующий нормальный закон сцепления. Этот закон экспериментально установлен М.М. Холмянским с учениками (рисунок1.1) [5]:

Tx = F(gx) = B1^ (1.1)

На основании проведенных работ Г. Рэм назвал выявленную зависимость законом сцепления.

L

1L

г) 5.Д

Рисунок1.1 - Совместная работа арматурного стержня с бетоном: а) Диаграмма «т — g»: упруго -пластический и нормальный закон сцепления; б) Распределение напряжений сцеплений по длине арматуры при упруго - пластическом законе; в) расчёт на сцепление, равновесие бетонного элемента; г) равновесие элемента стержня dx

Причиной повышенного внимания к вопросу сцепления в СССР в 1950-1960 г.г. стало активное внедрение в строительство предварительно напряженных армированных конструкций. Впоследствии в целях поиска решения данной проблемы под руководством Холмянского М.М. и Оатула А.А. были проведены фундаментальные экспериментально-теоретические исследования по проблеме сцепления.

Однако, при интерпретации закона сцепления между арматурой и бетоном у Холмянского М.М. и Trost H. возникли значительные разногласия.

Было установлено, что при взаимодействии прядей стержня и бетона под нагрузкой арматуре свойственно винтовое движение в бетоне. В стадии предварительного обжатия наблюдаются значительные смещения до 1 мм. При этом величина смещений g является условной характеристикой относительно сцепления под нагрузкой стержней профилированной арматуры (рисунок 1.1).

Продольные усилия, возникающие в пряди, прижимают ее выступы к "бетонной гайке". При этом наблюдается взаимосвязь между трением от поперечного давления стержня о бетон в зоне контакта и периодическим профилем арматуры.

Феноменологический метод при определении Тцимеет ряд недостатков:

1. не учтены стесненные деформации;

2. невозможно определить НДС на участках контакта при развитии трещин и

пластических деформаций;

3. возможные деформации бетонной оболочки по всей длине анкеровки.

Вышеперечисленные недостатки были устранены с появлением расчетных моделей,

принцип которых основывался на теории ползучести и теории упругости.

Применение численных методов расчета и ЭВМ в совокупности с моделированием сцепления позволило получить достоверные и подробные результаты без проведения трудоемких экспериментов.

Для исследования сцепления арматуры с бетоном в балке, находящейся в условиях чистого изгиба, А.С. ЗсогёеНБ и Э.^овпервые использовали метод конечных элементов. При этом было установлено, что взаимодействие арматуры с бетоном зависит от контактного конечного элемента, который определяет физико-механические свойства [20].Кроме этого, наблюдалась зависимость развития трещин, нормальных и наклонных к продольной оси балки, от значения внешней нагрузки. Данный метод получил широкое применение, как за рубежом, так и в СССР.

Карпенко Н.И. и Судаков Г.Н. предложили другой метод, основанный на получении НДС бетона в зоне, примыкающей к арматуре периодического профиля [21]. Для расчета использовалась бетонная область цилиндрической формы в зоне контакта с арматурой. Взаимодействие расчетной области с внешними факторами представляло собой упругие связи. Для определения характера совместной работы арматуры с бетоном на внутренней поверхности расчетного цилиндра задавались различные условия.При решении данной задачи целесообразно было использовать вариационно-разностный метод, который позволял прогнозировать развитие трещин и определять НДС бетона при трещинообразовании.

Поскольку на протяжении долгого времени единой теории сцепления не существовало, Назаренко П.П. предложил «обобщенный закон трения стальной арматуры с бетоном».

В настоящее время проблема, связанная со сцеплением арматуры и бетона, достаточно актуальна. Данная тема имеет фундаментальное значение для проектирования железобетонных конструкций, совершенствования различных типов арматуры (например, стеклопластиковой) и улучшения технологии изготовления бетона.

1.3 Факторы, определяющие сцепление арматуры с бетоном 1.3.1 Механическое зацепление арматурного стержня за бетонный массив

Зацепление от шероховатости поверхности гладкой арматуры или от выступов арматуры периодического профиля оказывает значительное влияние на сцепление.

По высоте рельефа шероховатость поверхности различают на мелкую(<0,03 мм), среднюю (0,03...0,06 мм) и большую (0,06...0,1 мм). Было отмечено, что величина сцепления у арматур с шероховатой поверхностью в 5 раз выше, чем у подобных арматур с полированной поверхностью. Так, проведённый Гвоздевым А.А. опыт на выдергивание рояльных струн из бетонной призмы установил, что струны от рояля, которые являлись напрягаемой арматурой для балок, способны легко вытягиваться плоскозубцами вручную. Это было обусловлено отсутствием зацепления с зеркальной поверхности струны [22].

Для повышения сцепления используют стержни с рационально запроектированным периодическим профилем, что достигается за счет смятия бетона при смещении арматурного стержня, работы бетона на сдвиг вследствие заклинивания арматуры в бетоне[23,24].Наиболее широкое применение получила стержневая арматура, повышение сцепления которой происходит путем смятия бетона (рисунок 1.2).

3 3

Рисунок 1.2 - Силы сцепления бетона с профилированной арматурой; 1 - силы адгезии и трения; 2 - силы трения; 3 - механическое зацепление

В своих научных работах Мулин Н.М. говорил о том, что взаимодействие между арматурой с выступами и бетоном имеет сложный характер [25]. При этом увеличение сцепления достигается за счет образования бетонных консолей между выступами стержней под действием сдвигающих усилий.

При незначительном распоре наблюдается увеличение сдвиговых усилий. Вместе с тем образуются большие напряжения смятия, местные пластические деформации, конические трещины у выступов арматуры. В результате, происходил раскол бетона вдоль стержня или среза всех бетонных консолей происходит нарушение механизма сцепления.

На основании проведенных испытаний Холмянский М.М. выявил основные этапы работы сосредоточенных анкеров в зоне заделки. К ним относятся упругая стадия, развитие неупругих деформаций до появления главных трещин, появление главных трещин, дальнейшее развитие неупругих деформаций и разрушение заделки. Напряжения смятия под выступами анкера достигали 5...20 кратной кубиковой прочности. Так возникла "гипотеза клина". Принцип гипотезы заключается в передаче усилий от анкера на бетон за счет клина.

Для определения траектории сжимающих усилий, нагрузки, при которой возникают главные трещины, а также податливости заделки анкеров и поперечного давления используется теория "условного клина".

При возникновении главных трещин в бетоне наблюдается нелинейная работа анкеров, которая определяется разрушающими процессами, происходящими в бетоне.

Анализ деформации бетона на зацеплении послужил основой в работах Оатула А.А. для изучения перемещения точек поперечного сечения и исследования внутренних трещин.

При проведении опыта Овчинникова И.Г. определила совместное смещение стержня и смежного с ним бетона в процессе всего испытания. Смещения арматуры объясняются деформацией бетона вокруг стержня [26].

Карпенко Н.И. предложил главный критерий зацепления в расчетной модели. Помимо стержня арматуры были выделены три зоны толстостенной оболочки. К ним относят зону контакта с бетонными консолями под выступами арматуры, зону конических и радиальных трещин, сплошную бетонную оболочку. Различают два случая передачи нагрузки в области контакта, отражающей рельеф арматуры периодического профиля. Первый случай является наиболее значительным, поскольку усилия передаются по площадкам смятия за счет сцепления. Во втором случае нагрузка передается в зоне примыкания бетона к гладкой поверхности арматуры вследствие склеивания и трения, в результате чего передающееся усилие носит второстепенный характер [27-32]. Данный метод наиболее точно описывает напряженно-деформированное состояние бетона с коническими и радиальными трещинами в зоне контакта. Например, при сдвиге арматурных канатов наблюдается винтовое движение каната в бетоне под действием приложенной нагрузки.

И.С. Гаклин предположил, что "лобовое" зацепление витков арматуры способно препятствовать сдвигу каната в бетоне. Данная характеристика зависит от относительной площади зацепления и величины касательных напряжений в зоне контакта.

К.В. Михайлов отметил, что высокие показатели сцепления двух прядных канатов были достигнуты в результате увеличения относительной площади зацепления [31].

Леонгардт Ф. считал, что сцепление пряди, которая имеет тот же принцип работы, что и арматура периодического профиля, происходит вследствие относительной площади зацепления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Николюкин Алексей Николаевич, 2021 год

Список использованных источников

1. Назаренко, П.П. Контактное взаимодействие арматуры в бетоне в элементах железобетонных конструкций. Автореф. дисс..докт. тех. наук. М., 1998. - с. 34.

2. Rehm G. Ueber die Grundlagen des Verbundes zwischen Stahl und Beton // Deutscher Ausschuss for Stahlbeton. - 1961. - No. 138. - 59p.

3. Холмянский, М.М. Контакт арматуры с бетоном. - М.: Стройиздат, 1981. -184 с.

4. Жуков, В.И. Получение зависимостей Е-г для направлений армирования тяжелого армоцемента по начальным параметрам составления материалов // Совершенствование методов расчета и исследования новых типов железобетонных: конструкций. Межвуз. темат. сб. тр. Л.: ЛИСИ, 1991. - с. 83 - 87.

5. Сцепление стержневой арматуры периодического профиля с бетоном / М.М. Холмянский, Б.С. Гольдфайн, В.М. Кольнер и др. // Сцепление арматуры с бетоном. - М., 1971- С.31-37.

6. Оатул, А.А. Предложения к построению теории сцепления арматуры с бетоном // Бетон и железобетон. - 1968. - № 12. - с. 8 - 10.

7. Семенов, А.И. Экспериментальные исследования сцепления семипроволочных прядей с бетоном // Сцепление арматуры с бетоном. Челябинск, 1968. - с. 96 - 97.

8. Гвоздев, А.А. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия / А.А. Гвоздев. - М.: Госстройиздат, 1949. - 280 с.

9. Судаков, Г.Н. Метод расчета арматуры периодического профиля с бетоном с учетом внутренних контактных трещин: Дисс.канд. техн. наук. М.: НИ-ИЖБ. 1982. - 205 с.

10. Диатовский, В.Г. Деформационные характеристики и расчет усилий взаимодействия арматурных канатов с бетоном. Дисс.канд. техн. наук. Новосибирск, 1987.-218 с.

11. Мадатян, С.А., Тулеев, Т.Д. Фридлянов, В.Н. и др. Анкеровка ненапрягаемой стержневой арматуры // Бетон и железобетон. 1990. -№ 12.-е. 9-11.

12. Колбасин, В.Г. Влияние характера поперечного армирования на величину раскрытия наклонных трещин в изгибаемых балках при длительном загружении // Исследования по бетону и железобетону: Сб. научн. тр. № 46. Челябинск, 1967. -с. 85- 104.

13. Mатадян, С.А. Перспективы развития стальной и неметаллической арматуры железобетонных конструкций / С.А. Mатадян // Промышленное и гражданское строительство. - 2002. - № 9. - С. 16-19. 96. Mитасов, ВМ. Основные положения Оатул A.A. Предложения к построению теории сцепления арматуры с бетоном // Бетон и железобетон. 1968. - № 12. - с. 8 - 10.

14. Тулеев, Т.Д. Особенности работы стержневой арматуры серповидного периодического профиля в преднапряженных железобетонных элементах: Автореф. дисс.канд. техн. наук. M., НИИЖБ. - 1992. - 25 с.

15. Залигер, Р. Железобетон, его расчет и проектирование. M. - Л.: Госиздат. 1928. -с.671.

16. Столяров, Я.В. Введение в теорию железобетона. M. - Л.: Стройиздат, 1941. -447 с.

17. Гараи,Т. Исследование анкеровки арматуры в бетоне. Дисс.канд. техн. наук. M„ 1953. 230 с.

1B. Brice L. A'dherence des Barres D'Acier dans le Beton. Annales de L'Institute du Bâtiment et des Travaux Publics, № 179, Essais et Mesures. № 19. - Mar - Apr., -1951.

19. Фрайфельд, С.Е. Практический метод расчета железобетонных конструкций с учетом реологических свойств материалов /О.В. Пальчинский/ Строительные конструкции: Сб. тр. ЮжНИИ. вып. 3. - Харьков, 1959. - с. 17 - 22.

20. Ngo D., Scordelis A. Finite element analysis or reinforced concrete beams/Journal of the ACL 1967. N8.-p.152-163.

21. Карпенко, Н.И. О задаче сцепления арматурного стержня с цилиндрическим образцом/ Г.Н. Судаков / Сцепление арматуры с бетоном. M., НИИЖБ, 1971. -с. 22-30.

22. Гвоздев, A.A. Новое в проектировании бетонных и железобетонных конструкций. M., Стройиздат, 1978. -с.204 с.

23. Гвоздев,A.A. Задачи и перспективы развития теории железобетона. Строительная механика и расчет сооружений, 1981 № 6. - с. 15-17.

24. ГвоздевДА. об учете накопления повреждений структуры бетона при вычислении деформации ползучести, включая псевдопластические // Вопросы технологии и конструирования железобетона. М.: НИИЖБ, 1981.-с. 32-39.

25. Мулин, Н.М. Стержневая арматура железобетонной конструкций. М., Стройиздат, 1978. - с.232.

26. Овчинникова, И.Г. Напряженно деформированное состояние бетона в области силового воздействия с арматурой. - В. кн.: Сцепление арматурой с бетоном. Челябинск. ЦПНТО Стройиндустрия, МИСИ, ЧПИ, НИИЖБ, ВНИИ Железобетон, 1971.

27. Математическое моделирование процесса разрушения сцепления арматуры с бетоном.Ч.1. Модели с учетом несплошности соединения / А.В. Бенин [и др.] // Инженерно-строительный журнал. - 2013. - № 5. - c. 86-144.

28. Бенин, А.В. Деформирование и разрушение железобетона: аналитические, численные и экспериментальные исследования: моногр.; ПГУПС. - СПб., 2006. -127 с.

29. Джонсон, К.Л. Механика контактного взаимодействия: пер. с англ. - М.: Мир, 1989. - с.510.

30. Сцепление полимеркомпозитной арматуры с цементным бетоном / В.Г. Хозин, [и др.] //Известия КГАСУ. - 2013. - № 1 (23). - С. 214-220.

31. Михайлов К.В. Сцепление арматуры с бетоном // Исследование железобетонных конструкций: сб. НИИ, Госстройиздат, 1952.

32. Особенности сцепления с бетоном стержневой арматуры различных профилей / А.С. Семченко [и др.] // БСТ Экспертиза. - 2008. - № 8. - С. 58-62.

33. Trost H. Verbundfestigkeit von Spannglieren und ihre Bedentung für Rissbildung und Rissbreiten beschränkung // dt. Aussch. Für Stahlbeton. 1980. H.310. -s 1 -151.

34. Железобетонные конструкции в водохозяйственном строительстве: проектирование и изготовление / Ю. А. Тевелев, А. Н. Дмитриев; М-во сельского

хоз-ва Российской Федерации. - Москва: Росинформагротех, 2006- (М.: Росинформагротех). - С. 21.

35. Расчетно-экспериментальное исследование процесса разрушения связей сцепления при вдавливании стержня жесткой арматуры в бетон / Г.Г. Кашеварова, А.С. Мартиросян, В.И. Травуш//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2016. - №2 3. - С. 62-75.

36. Веселов, А. А. Расчет длины заделки арматуры периодического профиля в бетоне / А. А. Веселов // Статика и динамика сложных строительных конструкций: межвуз. сб. тр. — Л.: ЛИСИ, 1980. — С. 148-155.

37. Мурашев, В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона. М„ 1950.-268с.

38. Римшин, В.И. Элементы теории развития бетонных конструкций с неметаллической композитной арматурой / В.И. Римшин, С.И. Меркулов // Промышленное и гражданское строительство. - 2015. - № 5. - С. 38-42.

39. Римшин, И.В Феноменологические исследования величины сцепления базальтопластиковой арматуры с бетоном / В.И. Римшин, Ю.О. Кустикова // Известия ЮЗГУ. Серия Техника и технологии. - 2011. - № 1. - С. 27-31.

40. Климов, Ю.А. Экспериментальные исследования сцепления композитной неметаллической арматуры с бетоном / Ю.А Климов, О.С. Солдатченко, Д.А. Орешкин // Градостроительство и территориальное планирование: научнотехнический сборник. - Киев, 2011. - № 42. - С. 168-175.

41. Кольнер, В.М., Алиев, Ш.А. Гольдфайн, Б.С. Сцепление с бетоном и прочность заделки стержневой арматуры периодического профиля // Бетон и железобетон. -1965. - №11- С.25-27.

42. Ахвердов,И.Н. Влияние усадки, условий твердения и циклических температурных воздействий на сцепление бетона с арматурой // Бетон и железобетон. -1968. -№ 12.-с. 4-7.

43. Кудяков, К.Л. Прочность и трещиностойкость изгибаемых бетонных элементов с базальтофибровым и стержневым стеклокомпозитным армированием

при статическом и кратковременном динамическом нагружении: Дисс.канд. техн. наук. Т.: ТГАСУ. 2018. - 208 с.

44. Коковцева, А.В. Моделирование процесса выдергивания стеклопластиковой арматуры из бетонного блока / А.В.Коковцева, А.С.Семенов, С.Г.Семенов //Сборник трудов конференции c международным участием "XIII неделя науки СПБГПУ». -2013.-Санкт-Петербург: СПБГПУ.-С.182-184.

45. Берг, О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М.: Стройиздат, 1961. - с. 96.

46. Мулин, Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций. М., Стройиздат, 1974. 196. 203 с.

47. Шоршнев,Г.Н. Повышев, H.H. К расчету стальной облицовки железобетонного корпуса высокого давления // Совершенствование методов расчета и исследование новых типов железобетонных конструкций. Л., ЛИСИ, 1985. с. 4 - 10.

48. Халикова, Р.А. Изучение адгезионного взаимодействия в системе «базальтовое волокно - гибридное связующее»/ Р.А. Халикова, И.А. Старовойтова, В.Г. Хозин, А.М. Сулейманов//Известия КГАСУ. -2014. - №4. С.291-297.

49. Ерышев, В.А. Влияние усадки бетона на деформирование железобетонных конструкций / В.А. Ерышев, А.С. Бондаренко, В.С. Царев//Вектор науки ТГУ. -2011.- № 4. С. 52-55.

50. Шоршнев, Г.Н. Плоская задача теории упругости при определении перемещения бетонных выступов в зоне взаимодействия бетона и арматуры периодического профиля / A.A. Веселов / Труды молодых ученых, часть II. Спб, СПбГА-СУ, 1999.-с. 172- 177.

51. Оатул,А. А. Теоретические и экспериментальные исследования сцепления с бетоном стержневой и канатной арматуры. Дисс. д.т.н., Челябинск, 1969. - 597 с.

52. Берг, О.Я. К учету нелинейной связи напряжений и деформаций ползучести бетона в инженерных расчетах /E.H. Щербаков / Изв. вузов сер. Строительство иарх-ра. 1973. -№ 12.-c. 14-21.

53. Матадян, С.А. Перспективы развития стальной и неметаллической арматуры железобетонных конструкций / С.А. Матадян // Промышленное и гражданское строительство. - 2002. - №2 9. - С. 16-19.

54. Михайлов, К.В. Проволочная арматура для предварительно напряженного железобетона. Госстройиздат, М., 1964.

55. Михайлов, B.B. Растяжимость бетона в условиях свободной и связанных деформаций // Исследование прочности, пластичности и ползучести строительных материалов. М., ЦНИИПС. 1955. - с. 116 - 125.

56. Мулин, Н.М. Экспериментальные данные о сцеплении арматуры с бетоном // Бетон и железобетон. №2 12. - 1968. С.

57. Nilson, A.H. Bond stress-slip relations in reinforced concrete // Cornell University of New York. Department of structural engineering. 1971 (№2 345).

58. Goto X. Cracks formed in concrete around deformed tension bars // J. Amer. Cone. Inst., Proc. 1971, - Vol. 68, -№24.-Pp. 244-251.

59. Bresler B., Bertero V.V. Influence of load history on cracking in reinforced concrete. -Berkeley, California, USA: Department of Civil Engineering, Division of Structural Engineering and Structural Mechanics, University of California, 1966. - 20 p.

60. Bresler P., Pister S. Strength of concrete under combined stresses // JACI. v. 30.3.-Sept.

1958.

61. Robins P.J. Reinforced concrete deep beams studied experimentally and by the finite element methods // University of Nottingham, Ph. D. Thesis. - 1971.

62. Labib F., Edwards A.D. An analytical investigation of cracking in concentric and eccentric reinforced concrete tehsion members // Proceedings of the Institution of Civil Engineers. - 1978. - Vol. 65. - №2 1. - P. 53-70.

63. Холмянский , М.М. Заделка арматуры в бетоне // Бетон и железобетон. 1965. -№2

11. с.

64. ГОСТ 31938-2012. Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия. НИИБЖ им. А. А. Гвоздева. - М., 2013. - 42 с.

65. ГОСТ 12004-81. Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение. Министерством металлургии СССР - М., 1983. - 32 с.

66. ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона. Министерством металлургии СССР - М., 1983. - 36 с.

67. ГОСТ 10060-2012.Бетоны. Методы определения морозостойкости Общие технические условия. НИИБЖ им. А. А. Гвоздева. - М., 2014. - 56 с.

68. Гиздатуллин, А.Р. Особенности испытаний и характер разрушения полимеркомпозитной арматуры /А.Р. Гиздатуллин, В.Г. Хозин, А.Н. Куклин, А.М. Хуснутдинов // Инженерно-строительный журнал. - 2014. - №2 3. - С. 40-47.

69. Вильдавский, Ю.М. Исследование физико-механических свойств стеклопластиковой арматуры и некоторых особенностей ее работы в изгибаемых бетонных элементах [текст]: дис. ... канд. тех. наук - М., 1968.

70. Гиздатуллин, А.Р Прочность и деформативность бетонных конструкций, армированных полимеркомпозитными стержнями / А.Р. Гиздатуллин, Р.Р. Хусаинов, В.Г. Хозин, Н.М. Красиникова // Инженерно-строительный журнал. - 2016. - №2 2 (62). - С. 3241.

71. СП 295.1325800.2017 Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой. Правила проектирования. - М.: НИИЖБ, 2017. - 48 с. 123.

72. Drucker D.C., Prager W. Soil Mechanics and Plastic Analysis or Limit Design // Quarterly of Applied Mathematics. - 1952. - Vol. 10. - №№ 2. - P. 157-165.

73. Коробейников С.Н., Ревердатто В.В., Полянский О.П., Свердлова В.Г., Бабичев А.В. О влиянии выбора реологического закона на результаты компьютерного моделирования субдукции плит // Сибирский журнал вычислительной математики. -2011. - Т. 14. - № 1. - С. 71-90.

74. Launay P., Gachon H. Strain and ultimate strength of concrete under triaxial stress // Special publication. - 1972. - Vol. 34. - P. 269-282.

75. Murray Y.D. User's manual for LS-DYNA concrete material model 159. - Virginia, USA, 2007. - 89 p.

76. Lundgren K., Gylltoft K. A model for the bond between concrete and reinforcement // Magazine of Concrete Research. - 2000. - Vol. 52. - №2 1. - P. 53-63.

77. Бондарев, Б.А. Сопротивляемость полимербетонных строительных элементов, армированных стеклопластиковой арматурой, циклическим воздействиям [текст] : дис. ... канд. тех. наук: 05.23.01 / Бондарев Борис Александрович. - Воронеж, 1990.

78. Бондаренко, В.М. Расчетные модели силового сопротивления железобетона: Монография / В.М. Бондаренко, В.И. Колчунов//М.: Изд-во АСВ, 2004. - 472 с.

79. Митасов, В.М. Развитие теории сопротивления бетона [текст] / В.М. Митасов, В.В. Адищев, Д.А. Федоров. // Промышленность строительных материалов: Сер. 3. Промышленность сборного железобетона. Аналитический обзор. - М.: ВНИИЭСМ, 1990. - 45 с. 98.

80. Струлев, В.М. Диаграммы деформирования бетона / В.М. Струлев, Р.А. Яркин // Вестник ТГТУ. - 2003. - №№ 2. - C. 277-281.

81. Михайлов, К.В. Взгляд на будущее бетона и железобетона / К.В. Михайлов // Бетон и железобетон. - 1995. - №2 6. - С. 2-5. 99.

82. Модель динамического разрушения мелкозернистого бетона / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница, А.А. Югов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. - 2005. - №2 1. - С. 14-21.

83. Чернышов, Е. М. Высокотехнологичные высокопрочные бетоны: вопросы управления их структурой / Коротких Д. Н. / Современные проблемы строительного материаловедения и технологии: материалы международного конгресса «Наука и инновации в строительстве». Т. 1. 2008. Кн. 2. С. 616—620.

84. Коротких, Д. Н. Наноармирование структуры цементного камня кристаллами эттрингита как средство повышения трещиностойкости бетонов /Е.М. Чернышов // Научный вестник Воронежского гос. архит.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. 2008. №2 1. С. 67—75.

85. Коротких, Д. Н. Многоуровневое дисперсное армирование структуры бетонов для повышения их вязкости разрушения // Вестник гражданских инженеров. 2009. №2 3. С. 126—128.

86. Модель динамического разрушения мелкозернистого бетона / Н.Н. Белов, Н.Т. Югов, Д.Г. Копаница, А.А. Югов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. - 2005. - №2 1. - С. 14-21.

87. Мурашев, В.И. Трещиноустойчивость, жеткость и прочность железобетона / В.И. Мурашев. - М.: Машстройиздат, 1950. - 268 с.

88. Каприелов, С.С. Модифицированные бетоны нового поколения: реальность и перспектива / С.С. Каприелов, А.В. Шеренфельд, А.В. Батраков // Бетон и железобетон. -1996. - № 6. - С. 6-10.

89. Карпенко, Н.И. Нелинейное деформирование бетона и железобетона / Н.И. Карпенко, В.М. Круглов, Л.Ю. Соловьев. - Новосибирск: Изд-во СГУПС. 2001. - 276 с. 69.

90. Карпенко, Н.И. Общие модели механики железобетона [текст] / Н.И. Карпенко. - М.: Стройиздат, 1996. - 419 с.

91. Lundgren K. Modeling bond between corroded reinforcement and concrete // Fracture Mechanics of Concrete Structures. - 2001. - №2 1. - P. 247-254.

92. Grassl P., Davies T. Lattice modelling of corrosion induced cracking and bond in reinforced concrete // Cement and Concrete Composites. - 2011. - Vol. 33. - №2 9. - P. 918-924.

93. Menetrey, P. "Numerical Analysis of Punching Failure in Reinforced Concrete Structures." Diss. Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Lausanne, 1994. Infoscience. Web.

94. Willam, K. J. and E. P. Warnke. "Constitutive Models for the Triaxial Behavior of Concrete." Seminar on Concrete Structures Subjected to Triaxial Stresses. International Association for Bridge and Structural Engineering. 19 (1975): 1-30.

95. Bazant, Z. P., B. H. Oh. "Microplane Model for Progressive Fracture of Concrete and Rock." Journal for Engineering Mechanics. 111 (1985): 559-582.

96. Jirasek, Milan. "Numerical Modeling of Deformation and Failure of Materials." Lecture notes. 2000.

97. Chen, W. F. "Constitutive Equations for Engineering Materials." Volume 2: Plasticity and Modeling. Elsevier. 1994.

98. Гутников, С.И., Лазоряк, Б.И., Селезнев, А.Н. Стеклянные волокна: учебное пособие. - М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2010. - 53 с.

99. Далинкевич, А.А. Современные базальтовые волокна и полимерные композиционные материалы на их основе (обзор) / А.А. Далинкевич, К.С. Гумаргалиева, С.С. Мараховский, А.В. Суханов // Конструкции из композиционных материалов. - 2010. - №№ 3. - С. 37-54.

100. Puck.A. FestigkeitsanalysevonFaser-

MatrixLaminaten. CarlHanser. 1996.Amleh L., Ghosh A. (2006) Modeling the effect of corrosion on bond strength at the steel-concrete interface with finiteelement analysis. Can J Civ Eng 33:673-682.

101. ANSYS Mechanical APDL theory reference. Release 15.0. - Canonsburg, Pennsylvania, USA, 2013. - 952 p.

102. Berto L., Simioni P., Saetta A. (2008) Numerical modelling of bond behaviour in RC structures affected by reinforcement corrosion. Eng Struct 30:1375-1385.

103. Topc,u I B., Boga AR., Hocaoglu FO. (2009) Modeling corrosion currents of reinforced concrete using ANN. Automat Constr 18(2): 145-152.

104. Lim CH., Yoon YS., Kim JH. (2004) Genetic algorithm in mix proportioning of highperformance concrete. Cem Concr Res 34(3):409-420.

105. Fairbairn EMR., Silvoso MM., Filho RDT., Alves JLD., Ebecken NFF (2004) Optimization of mass concrete construction using genetic algorithms. Comput Struct 82(2-3):281-299.

106. Mermerdas, K, Guneyisi E, Gesoglu M, O" zturan T (2013) Experimental evaluation and modeling of drying shrinkage behavior of metakaolin and calcined kaolin blended concretes. Constr Build Mater 43:337-347.

107. Duan ZH., Kou SC., Poon CS. (2013) Prediction of compressive strength of recycled aggregate concrete using artificial neural networks. Constr Build Mater 40:1200-1206.

108. Adhikary BB., Mutsuyoshi H. (2006) Prediction of shear strength of steel fiber RC beams using neural networks. Constr Build Mater 20(9):801-811.

109. Ashour AF., Alvarez LF., Toropov VV. (2003) Empirical modeling of shear strength RC deep beams by genetic programming. Comput Struct 81(5):331-338.

110. Goh ATC. (1995) Prediction of ultimate shear strength of deep beams using neural networks. ACI Struct J 92(1):28-32.

111. Sadowski L. (2013) Non-destructive investigation of corrosion current density in steel reinforced concrete by artificial neural networks. Arch Civ Mech Eng 13(1): 104-111.

112. Sadowski L. (2010) Non-destructive evaluation of the pulloff adhesion of concrete floor layers using rbf neural network. J Civ Eng Manag 19(4):550-560.

113. Sakla S., Ashour AF. (2005) Prediction of tensile capacity of single adhesive anchors using neural networks. Comput Struct 83:1792-1803.

114. Dahou Z., Sbartai ZM., Castel A., Ghomari F. (2009) Artificial neural network model for steel-concrete bond prediction.Eng Struct 31(8): 1724-1733.

115. Golafshani EM., Rahai A., Sebt MS., Akbarpour H. (2012) Prediction ofbond strength of spliced steel bars in concrete using artificial neural network and fuzzy logic. Constr Build Mater 36:411-418.

116. Almussallam AA., Al-Gahtani AS., Aziz AA., Rasheeduzzafar (1996) Effect of reinforcement corrosion on bond strength. Constr Build Mater 10(2): 123-129.

117. Auyeung Y., Balaguru P., Chung L. (2000) Bond behaviour of corroded reinforcement bars. ACI Mater J 97(2):214-220.

118. Shima H. (2002) Local bond stress-slip relationship of corroded steel bars embedded in concrete. In: Proceeding of the third international symposium on bond in concrete, Budapest,pp 153-158. Nov 2002 Materials and Structures.

119. Zhao Y., Jin W. (2002) Test study on bond behavior of corroded steel bars and concrete. J Zhejiang Univ (Engineering Science Edition) 36(4):352-356 (in Chinese).

120. Fang C., Lundgren K., Chen L., Zhu C. (2004) Corrosion influence on bond in reinforced concrete. Cem Concr Res 34(11):2159-2167.

121. Horrigmoe G., S^ther I., Antonsen R., Arntsen B. (2007) Laboratory investigations of steel bar corrosion in concrete. Background document SB3.10. Sustainable bridges: assessment for future traffic demands and longer lives. A project co-funded by the European Commission within the Sixth Framework Programme 2007.

122. Chung L., Kim J.H.J, Yi ST. (2008) Bond strength prediction for reinforced concrete members with highly corroded reinforcing bars. Cem Concr Compos 30(7):603-611.

123. Yalciner H., Eren O., Serhan S. (2012) An experimental study on the bond strength between reinforcement bars and concrete as a function of concrete cover, strength and corrosion level. Cem Concr Res 42(5):643-655.

124. Anderson JA (1995) An introduction to neural networks. A Bradford Book, MIT Press, Cambridge

125. Levenberg, K. A Method for the Solution of Certain Problems in Last Squares. Quart. Appl. Math. 1944. Vol. 2. P. 164—168.

Приложение 1

№ Еь, ГПа Я ь, МПа Я ы, МПа Глубина анкеровки, мм Внешние воздействия Профиль и материал арматурного стержня Максимальное значение касательного напряжения, МПа

1 2 3 4 5 6 7 8

1 25,1 14,3 0,9 5 0 1 12

2 25,1 14,3 0,9 5 0 1 12,21

3 25,1 14,3 0,9 5 0 1 12,58

4 25,1 14,3 0,9 5 0 1 12,88

5 25,1 14,3 0,9 5 0 1 13,69

6 25,1 14,3 0,9 5 0 1 13,68

7 25,1 14,3 0,9 5 0 1 11,12

8 25,1 14,3 0,9 5 0 1 13,43

9 25,1 14,3 0,9 5 0 1 11,03

10 25,1 14,3 0,9 5 0 1 17,1

11 28,3 17,2 1,2 5 0 1 17,44

12 28,3 17,2 1,2 5 0 1 16,94

13 28,3 17,2 1,2 5 0 1 17,85

14 28,3 17,2 1,2 5 0 1 16,47

15 28,3 17,2 1,2 5 0 1 18,1

16 28,3 17,2 1,2 5 0 1 17,84

17 28,3 17,2 1,2 5 0 1 15,48

18 28,3 17,2 1,2 5 0 1 16,88

19 28,3 17,2 1,2 5 0 1 15,12

20 28,3 17,2 1,2 5 0 1 17,93

21 29,6 19,7 1,5 5 0 1 20,8

22 29,6 19,7 1,5 5 0 1 20,64

23 29,6 19,7 1,5 5 0 1 20,14

24 29,6 19,7 1,5 5 0 1 22,66

25 29,6 19,7 1,5 5 0 1 21,73

26 29,6 19,7 1,5 5 0 1 20,95

27 29,6 19,7 1,5 5 0 1 21,42

28 29,6 19,7 1,5 5 0 1 19,97

29 29,6 19,7 1,5 5 0 1 20,45

30 29,6 19,7 1,5 5 0 1 20,57

31 32,3 29,5 2,14 5 0 1 24

32 32,3 29,5 2,14 5 0 1 25,64

33 32,3 29,5 2,14 5 0 1 25,43

34 32,3 29,5 2,14 5 0 1 23,94

35 32,3 29,5 2,14 5 0 1 25,57

36 32,3 29,5 2,14 5 0 1 22,75

37 32,3 29,5 2,14 5 0 1 24,46

38 32,3 29,5 2,14 5 0 1 25,02

39 32,3 29,5 2,14 5 0 1 25,68

№ Еь, ГПа Я ь, МПа Я ы, МПа Глубина анкеровки, мм Внешние воздействия Профиль и материал арматурного стержня Максимальное значение касательного напряжения, МПа

1 2 3 4 5 6 7 8

40 32,3 29,5 2,14 5 0 1 22,12

41 30,8 24,1 1,9 5 0 1 22,4

42 30,8 24,1 1,9 5 0 1 21,14

43 30,8 24,1 1,9 5 0 1 24,07

44 30,8 24,1 1,9 5 0 1 23,93

45 30,8 24,1 1,9 5 0 1 24,1

46 30,8 24,1 1,9 5 0 1 20,44

47 30,8 24,1 1,9 5 0 1 23,38

48 30,8 24,1 1,9 5 0 1 21,31

49 30,8 24,1 1,9 5 0 1 20,44

50 30,8 24,1 1,9 5 0 1 20,57

51 25,1 14,3 0,9 5 0 2 9,5

52 25,1 14,3 0,9 5 0 2 11,21

53 25,1 14,3 0,9 5 0 2 7,89

54 25,1 14,3 0,9 5 0 2 10,42

55 25,1 14,3 0,9 5 0 2 8,39

56 25,1 14,3 0,9 5 0 2 9,41

57 25,1 14,3 0,9 5 0 2 11,44

58 25,1 14,3 0,9 5 0 2 8,78

59 25,1 14,3 0,9 5 0 2 9,15

60 25,1 14,3 0,9 5 0 2 13,1

61 28,3 17,2 1,2 5 0 2 10,3

62 28,3 17,2 1,2 5 0 2 9,51

63 28,3 17,2 1,2 5 0 2 10,9

64 28,3 17,2 1,2 5 0 2 12,07

65 28,3 17,2 1,2 5 0 2 8,8

66 28,3 17,2 1,2 5 0 2 11,44

67 28,3 17,2 1,2 5 0 2 10,81

68 28,3 17,2 1,2 5 0 2 12,06

69 28,3 17,2 1,2 5 0 2 9,02

70 28,3 17,2 1,2 5 0 2 9,64

71 29,6 19,7 1,5 5 0 2 15

72 29,6 19,7 1,5 5 0 2 16,04

73 29,6 19,7 1,5 5 0 2 16,13

74 29,6 19,7 1,5 5 0 2 14,27

75 29,6 19,7 1,5 5 0 2 15,12

76 29,6 19,7 1,5 5 0 2 13,49

77 29,6 19,7 1,5 5 0 2 13,99

78 29,6 19,7 1,5 5 0 2 13,55

79 29,6 19,7 1,5 5 0 2 16,67

80 29,6 19,7 1,5 5 0 2 16,67

81 32,3 29,5 2,14 5 0 2 17,3

№ Еь, ГПа Я ь, МПа Я ы, МПа Глубина анкеровки, мм Внешние воздействия Профиль и материал арматурного стержня Максимальное значение касательного напряжения, МПа

1 2 3 4 5 6 7 8

82 32,3 29,5 2,14 5 0 2 15,39

83 32,3 29,5 2,14 5 0 2 18,9

84 32,3 29,5 2,14 5 0 2 15,88

85 32,3 29,5 2,14 5 0 2 16,93

86 32,3 29,5 2,14 5 0 2 17,47

87 32,3 29,5 2,14 5 0 2 17,88

88 32,3 29,5 2,14 5 0 2 16,25

89 32,3 29,5 2,14 5 0 2 16,34

90 32,3 29,5 2,14 5 0 2 18,31

91 30,8 24,1 1,9 5 0 2 16,2

92 30,8 24,1 1,9 5 0 2 16,87

93 30,8 24,1 1,9 5 0 2 15,51

94 30,8 24,1 1,9 5 0 2 15,41

95 30,8 24,1 1,9 5 0 2 17,82

96 30,8 24,1 1,9 5 0 2 16,54

97 30,8 24,1 1,9 5 0 2 18,03

98 30,8 24,1 1,9 5 0 2 16,86

99 30,8 24,1 1,9 5 0 2 16,48

100 30,1 23,8 1,85 5 0 2 14,85

101 30,1 23,8 1,85 5 25 1 22,1

102 30,1 23,8 1,85 5 25 1 23,88

103 30,1 23,8 1,85 5 25 1 23,24

104 30,1 23,8 1,85 5 25 1 20,45

105 30,1 23,8 1,85 5 25 1 23,1

106 30,1 23,8 1,85 5 25 1 20,13

107 30,1 23,8 1,85 5 25 1 23,22

108 30,1 23,8 1,85 5 25 1 23,6

109 30,1 23,8 1,85 5 25 1 23,6

110 30,1 23,8 1,85 5 25 1 21,4

111 30,5 23 1,81 5 50 1 22,1

112 30,5 23 1,81 5 50 1 22,4

113 30,5 23 1,81 5 50 1 21,88

114 30,5 23 1,81 5 50 1 23,86

115 30,5 23 1,81 5 50 1 21,9

116 30,5 23 1,81 5 50 1 21,53

117 30,5 23 1,81 5 50 1 21,38

118 30,5 23 1,81 5 50 1 21,98

119 30,5 23 1,81 5 50 1 20,59

120 30,5 23 1,81 5 50 1 22,34

121 29,2 21,8 1,7 5 75 1 22,1

122 29,2 21,8 1,7 5 75 1 18,84

123 29,2 21,8 1,7 5 75 1 19,59

№ Еь, ГПа Я ь, МПа Я ы, МПа Глубина анкеровки, мм Внешние воздействия Профиль и материал арматурного стержня Максимальное значение касательного напряжения, МПа

1 2 3 4 5 6 7 8

124 29,2 21,8 1,7 5 75 1 19,71

125 29,2 21,8 1,7 5 75 1 19,75

126 29,2 21,8 1,7 5 75 1 22,3

127 29,2 21,8 1,7 5 75 1 20,56

128 29,2 21,8 1,7 5 75 1 22,11

129 29,2 21,8 1,7 5 75 1 20,64

130 29,2 21,8 1,7 5 75 1 21,85

131 29,2 21,8 1,7 5 100 1 22,1

132 29,2 21,8 1,7 5 100 1 19,46

133 29,2 21,8 1,7 5 100 1 22,69

134 29,2 21,8 1,7 5 100 1 22,63

135 29,2 21,8 1,7 5 100 1 20,92

136 29,2 21,8 1,7 5 100 1 19,37

137 29,2 21,8 1,7 5 100 1 22,62

138 29,2 21,8 1,7 5 100 1 18,84

139 29,2 21,8 1,7 5 100 1 22,33

140 29,2 21,8 1,7 5 100 1 21,92

141 30,1 23,8 1,85 5 25 2 22,1

142 30,1 23,8 1,85 5 25 2 17,07

143 30,1 23,8 1,85 5 25 2 14,56

144 30,1 23,8 1,85 5 25 2 18,18

145 30,1 23,8 1,85 5 25 2 16,46

146 30,1 23,8 1,85 5 25 2 17,4

147 30,1 23,8 1,85 5 25 2 16,75

148 30,1 23,8 1,85 5 25 2 17,87

149 30,1 23,8 1,85 5 25 2 17,98

150 30,1 23,8 1,85 5 25 2 17,42

151 30,5 23 1,81 5 50 2 22,1

152 30,5 23 1,81 5 50 2 16,97

153 30,5 23 1,81 5 50 2 17,79

154 30,5 23 1,81 5 50 2 15,21

155 30,5 23 1,81 5 50 2 15,51

156 30,5 23 1,81 5 50 2 16,4

157 30,5 23 1,81 5 50 2 17,82

158 30,5 23 1,81 5 50 2 18,23

159 30,5 23 1,81 5 50 2 15,68

160 30,5 23 1,81 5 50 2 16,18

161 29,2 21,8 1,7 5 75 2 22,1

162 29,2 21,8 1,7 5 75 2 14,09

163 29,2 21,8 1,7 5 75 2 15,02

164 29,2 21,8 1,7 5 75 2 14,34

165 29,2 21,8 1,7 5 75 2 13,47

№ Еь, ГПа Я ь, МПа Я ь, МПа Глубина анкеровки, мм Внешние воздействия Профиль и материал арматурного стержня Максимальное значение касательного напряжения, МПа

1 2 3 4 5 6 7 8

166 29,2 21,8 1,7 5 75 2 14,66

167 29,2 21,8 1,7 5 75 2 13,31

168 29,2 21,8 1,7 5 75 2 15,75

169 29,2 21,8 1,7 5 75 2 14,94

170 29,2 21,8 1,7 5 75 2 13,87

171 29,2 21,8 1,7 5 100 2 22,1

172 29,2 21,8 1,7 5 100 2 14,4

173 29,2 21,8 1,7 5 100 2 15,42

174 29,2 21,8 1,7 5 100 2 16,7

175 29,2 21,8 1,7 5 100 2 15,84

176 29,2 21,8 1,7 5 100 2 15,11

177 29,2 21,8 1,7 5 100 2 13,04

178 29,2 21,8 1,7 5 100 2 13,07

179 29,2 21,8 1,7 5 100 2 14,12

180 29,2 21,8 1,7 5 100 2 16,47

181 30,8 24,1 1,9 3 0 1 16,15

182 30,8 24,1 1,9 3 0 1 15,96

183 30,8 24,1 1,9 3 0 1 17,34

184 30,8 24,1 1,9 3 0 1 14,73

185 30,8 24,1 1,9 3 0 1 16,96

186 30,8 24,1 1,9 3 0 1 14,5

187 30,8 24,1 1,9 3 0 1 15,56

188 30,8 24,1 1,9 3 0 1 17,29

189 30,8 24,1 1,9 3 0 1 17,43

190 30,8 24,1 1,9 3 0 1 15,38

191 30,8 24,1 1,9 4 0 1 19,6

192 30,8 24,1 1,9 4 0 1 21,2

193 30,8 24,1 1,9 4 0 1 17,57

194 30,8 24,1 1,9 4 0 1 19,11

195 30,8 24,1 1,9 4 0 1 20,18

196 30,8 24,1 1,9 4 0 1 20,51

197 30,8 24,1 1,9 4 0 1 20,54

198 30,8 24,1 1,9 4 0 1 17,84

199 30,8 24,1 1,9 4 0 1 19,46

200 30,8 24,1 1,9 4 0 1 18,21

201 30,8 24,1 1,9 3 0 2 8,68

202 30,8 24,1 1,9 3 0 2 9,07

203 30,8 24,1 1,9 3 0 2 9,69

204 30,8 24,1 1,9 3 0 2 7,39

205 30,8 24,1 1,9 3 0 2 6,34

206 30,8 24,1 1,9 3 0 2 6,63

207 30,8 24,1 1,9 3 0 2 6,63

№ Еь, ГПа Я ь, МПа Я ь, МПа Глубина анкеровки, мм Внешние воздействия Профиль и материал арматурного стержня Максимальное значение касательного напряжения, МПа

1 2 3 4 5 6 7 8

208 30,8 24,1 1,9 3 0 2 7,13

209 30,8 24,1 1,9 3 0 2 6,44

210 30,8 24,1 1,9 3 0 2 9,97

211 30,8 24,1 1,9 4 0 2 8,91

212 30,8 24,1 1,9 4 0 2 8,45

213 30,8 24,1 1,9 4 0 2 11,34

214 30,8 24,1 1,9 4 0 2 11,84

215 30,8 24,1 1,9 4 0 2 8,49

216 30,8 24,1 1,9 4 0 2 11,32

217 30,8 24,1 1,9 4 0 2 10,65

218 30,8 24,1 1,9 4 0 2 10,33

219 30,8 24,1 1,9 4 0 2 11,99

220 30,8 24,1 1,9 4 0 2 8,34

Приложение 2

function [Y,Xf,Af] = myNeuralNetworkFunction(X,~,~) % Input 1

x1_step1_xoffset = [25.1;14.3;0.9;3;0;1];

x1_step1_gain=[0.27777777777778;0.131578947368421;1.61290322580645;1;0.02;2]; x1_step1_ymin = -1; % Layer 1

b1 = [-0.44364733598465306;3.0743771055871929;-0.0053927206594246435]; IW1_1 = [-0.82576692434417009 1.1053859811231885 1.2347909931803056 -0.84713586133676211 -0.2160999439346768 2.3436068668951129;-

2.4469144583268689 1.7637337344487578 -2.7133882290603695 -2.9386646351911208 0.21689763572687237 0.31453991366565209;-

1.0278804621762689 -2.3076819209880788 -2.5674720079720461

0.94081708522455121 -0.6987888217140058 -1.6254671609540994]; % Layer 2

b2 = -0.13472394015258243;

LW2_1 = [-0.38745259518511005 -0.46143793792824744 -0.14740336050987346];

% Output 1

y1_step1_ymin = -1;

y1_step1_gain = 0.103412616339193;

y1_step1_xoffset = 6.34;

% ===== модель ========

% Формат Входных Аргументов

isCellX = iscell(X);

if -isCellX, X = {X}; end;

% измерение

TS = size(X,2); % шаги

if -isempty(X)

Q = size(X{1},2); % серия

else

Q = 0;

end

% Результаты Y = cell(1,TS); % Цикл for ts=1:TS % Input 1

Xp1 = mapminmax_apply(X {1,ts},x1 _step 1 _gain,x 1 _step 1 _xoffset,x 1 _step 1 _y min); % Layer 1

a1 = tansig_apply(repmat(b1,1,Q) + IW1_1*Xp1); % Layer 2

a2 = repmat(b2,1,Q) + LW2_1*a1; % Output 1

Y{1,ts} = mapminmax_reverse(a2,y1_step1_gain,y1_step1_xoffset,y1_step1_ymin); end

% Final Delay States Xf = cell(1,0); Af = cell(2,0);

% Format Output Arguments if ~isCellX, Y = cell2mat(Y); end end

% ===== MODULE FUNCTIONS ========

% Map Minimum and Maximum Input Processing Function

function y = mapminmax_apply(x,settings_gain,settings_xoffset,settings_ymin)

y = bsxfun(@minus,x,settings_xoffset);