АНАЛІЗ НАСКРІЗНИХ ПОШКОДЖЕНЬ ПОХИЛИХ ПЕРЕРІЗІВ ЗАЛІЗОБЕТОННИХ БАЛОК ПРИ ДІЇ НАВАНТАЖЕННЯ
DOI:
https://doi.org/10.31650/2786-6696-2026-16-40-54Ключові слова:
наскрізні пошкодження, напружено-деформований стан, несуча здатність, пошкодження при дії експлуатаційного навантаження, похилі перерізи, залізобетонна балка.Анотація
У цій роботі представлені результати чисельного дослідження впливу наскрізних отворів різного діаметру, вмісту та кроку розташування на напружено-деформований стан залізобетонних балок у розтягнутих та похилих зонах. Актуальність теми зумовлена сучасними вимогами до оптимізації конструкцій при будівництві та реконструкції будівель, коли необхідно прокласти інженерні комунікації через тіло несучих елементів без втрати їх надійності та міцності.
Моделювання виконано в середовищі ЛІРА-САПР із застосуванням фізично нелінійної постановки задачі. Бетон моделюється просторовими об'ємними елементами типу КЕ 236 з урахуванням 25-го експоненційного закону деформування, а арматура — скінченними елементами типу КЕ 210 з апроксимацією діаграми «σ–ε» кусочно-лінійною залежністю. Такий підхід дозволяє простежити зміну напруження та деформацій від початково-пружної стадії до утворення та розвитку тріщин у похилих і розтягнутих зонах.
Отримані результати показали, що вплив отвори суттєво залежить від їх геометричних параметрів і розташування. також, відкрити діаметром 20 мм із кроком 2d створюють локальний концентрат напруження у розтягнутій зоні, однак не призводять до значного зниження жорсткості конструкції. Зі збільшенням діаметра до 30 мм та збільшенням кроку до 4d напруження в бетоні зменшується на 5–7 %, а зона виявленого розкриття тріщин розширюється, але має більш рівномірний характер. При збільшенні кількості отворів тенденція до зростання деформацій знаходиться у межах 3–6 %, однак руйнування залишається пластичним.
Дослідження похилих перерізів засвідчило, що вертикально розташовані пошкодження, розташовані поблизу зони зародження похилих тріщин, впливають на траєкторію їхнього розвитку, але за раціональних відстаней між отворами не викликають критичного зниження несучої здатності. Навпаки, в деяких комбінаціях (менший діаметр, більший крок) спостерігалося перерозподілення напруги та зменшення концентрації у вершинах тріщин.
Результати роботи підтверджують, що наявність наскрізних отворів у розтягнутих і похилих зонах залізобетонних балок не завжди має негативний вплив. За умов раціонального вибору діаметра, кроку та кількості отворів можна досягти контрольованого впливу на робочі елементи, уникнувши крихкого руйнування. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні конструкцій із передбаченими отвори для інженерних мереж, забезпечуючи безпечну експлуатацію без істотного зменшення несучої здатності.
Посилання
1. Alsheikh S. A. Flexural behavior of rc beams with opening. Concrete Research Letters. 2014. No. 5. P. 812–824.
2. Amiri J. V., Hosseinalibygie M. Effect of small circular opening on the shear and flextural behavior and ultimate strength of reinforced concrete beams using normal and high strength concrete. 13th World Conference on Earthquake Engineering. 2004. 3239.
3. Amiri S., Masoudnia R., Pabarja A. A. The study of the effects of web openings on the concrete beams. Australian Journal of Basic And Applied Sciences. 2011. No. 5. P. 547–556.
4. Kinoshita T. et al. Analytical study on influence of multiple web openings on rc footing beams using nonlinear finite element analysis. AIJ Journal of Technology and Design. 2013. Vol. 19, no. 41. P. 141–146. URL: https://doi.org/10.3130/aijt.19.141
5. Chin S., Shu Ing D. Behaviour of reinforced concrete deep beams with openings in the shear zone. Journal of Engineering and Technology. 2015. No. 6. P. 60–71.
6. Yoo T.-M. et al. Experimental behaviour of high-strength concrete deep beams with web openings. The Structural Design of Tall and Special Buildings. 2011. Vol. 22, no. 8. P. 655–676. URL: https://doi.org/10.1002/tal.718
7. Haider M. A. Effects of opening shape and location on the structural strength of R.C. deep beams with openings. International Journal of Architectural, Civil and Construction Sciences. 2013. Vol. 6.0, no. 6. URL: https://doi.org/10.5281/zenodo.1329204
8. Khalil A.-H. A.-K., Etman E. E. Behavior of high strength concrete deep beams with openings. Scientific Bulletin of Ain Shams University. 2004. P. 123–140.
9. Fu L. et al. Mechanism of shear strengthening for RC beam by drilling web openings based on experiment and 3D RBSM analysis. Engineering Failure Analysis. 2023. P. 107048. URL: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107048
10. Nguyen H., Xuan P. Shear span behavior of reinforced concrete beams with circular and rectangular openings. Proceedings of the international conference ‒ celebrating 60 years of IBST. 2023. P. 216–221.
11. Sathiyapriya D., Suganya Devi K., Sattainathan Sharma A. Study on flexural behaviour of reinforced concrete beam with effective openings. Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2040, no. 1. P. 012030. URL: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2040/1/012030
12. Sayed A. M. Numerical study using FE simulation on rectangular RC beams with vertical circular web openings in the shear zones. Engineering Structures. 2019. Vol. 198. P. 109471. URL: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.109471
13. Özkılıç Y.O. et al. Shear and bending performances of reinforced concrete beams with different sizes of circular openings. Buildings. 2023. Vol. 13, No. 8. P. 1989. URL: https://doi.org/10.3390/buildings13081989
14. El-Sisi A.A. et al. Structural behavior of RC beams containing unreinforced drilled openings with and without CFRP strengthening. Polymers. 2022. Vol. 14, No. 10. P. 2034. URL: https://doi.org/10.3390/polym14102034
15. Yamada Y. An analytical study on interactions of artificial cracks and holes contributing to increases in the shear strengths of RC beams. Journal of Advanced Concrete Technology. 2019. Vol. 17, No. 10. P. 579–591. URL: https://doi.org/10.3151/jact.17.579.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 СУЧАСНЕ БУДІВНИЦТВО ТА АРХІТЕКТУРА
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
