Зміна напружено – деформованого стану при однобічному пошкодженні залізобетонних балок
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.16.2025.87-99Ключові слова:
пошкодження, деформація, дефекти, цифрова кореляція зображень, залізобетонні балкиАнотація
У цій статті розглядається вплив локального однобічного пошкодження на напружено-деформований стан залізобетонної балки. Дослідження спрямоване на аналіз змін несучої здатності, деформацій та потенційних механізмів руйнування внаслідок одностороннього пошкодження. Залізобетон є одним із найпоширеніших і найважливіших будівельних матеріалів, що використовується в різноманітних інженерних конструкціях, від житлових і громадських будівель до мостів і інших інфраструктурних об'єктів. Однак, незважаючи на свою високу довговічність і велику надійність, залізобетон може піддаватися значним пошкодженням під впливом різних агресивних факторів зовнішнього середовища.
Усі ці фактори спричиняють збільшення деформацій, зниження несучої здатності, що може призвести до руйнування залізобетонної конструкції. Особливу увагу слід приділяти дефектам, що виникають внаслідок однобічного зволоженням, коли волога проникає лише з одного боку конструкції, що призводить до непередбачуваного проектуванням НДС. Внаслідок цього виникає лущення бетону.
Однобічне намокання може мати різноманітний вплив на різні типи конструкцій, залежно від їх розмірів, навантажень та умов експлуатації. З метою дослідження таких пошкоджень було розроблено спеціальну експериментальну методику моделювання локального пошкодження на бічній поверхні залізобетонних балок. Для цього в межах дослідження було проведено аналіз між теоретичним моделюванням, що виконане за допомогою методу скінченних елементів в ПК «ЛІРА» та експериментом. У ході дослідження застосовано метод цифрової кореляції зображень (Digital Image Correlation — DIC), що дозволяє фіксувати тріщини та деформації. Метод DIC забезпечує високу точність у відстеженні розподілу деформацій на поверхні зразка в реальному часі, що робить його надзвичайно корисним для вивчення розвитку пошкоджень та іх вплив на несучу здатність у залізобетонних конструкціях.
Отримані результати дослідження дають змогу не лише покращити розуміння роботи залізобетонних елементів в умовах однобічного намокання, а й значно підвищити ефективність моніторингу технічного стану будівельних конструкцій.
Це дозволить більш оперативно виявляти потенційні проблеми і забезпечити необхідні заходи для попередження значних пошкод-жень, що в свою чергу збільшить безпечність та довговічність конструкцій у процесі експлуатації.
Посилання
Mykhalevskyi N. A., Vegera P. І., & Blikharskyi Z. Y., (2023). The influence of damage to reinforced concrete beams on strength and deformability: a review. Theory and Building Practice, 5(1), 112-119.
https://doi.org/10.23939/jtbp2023.01.112
Fu, C., Ye, H., Jin, N., & Huang, Y. (2020). Chloride penetration in reinforced concrete beams under combined sustained loading and drying–wetting cycles. Journal of Materials in Civil Engineering, 32(4), 04020025. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003076
Liu, Fang & Tonghuan, Zhang & LUO, Tao & Zhou, Mengzhen & Zhang, Kunkun & Ma, Weiwei. (2020). Study on the Deterioration of Concrete under Dry-Wet Cycle and Sulfate Attack. Materials (Basel, Switzerland). https://www.mdpi.com/1996-1944/13/18/4095
Destrebecq, J. F., Toussaint, E., & Ferrier, E. J. E. M. (2011). Analysis of cracks and deformations in a full scale reinforced concrete beam using a digital image correlation technique. Experimental Mechanics, 51, 879-890.
https://doi.org/10.1007/s11340-010-9358
Ruocci, G., Rospars, C., Moreau, G., Bisch, P., Erlicher, S., Delaplace, A., & Henault, J. M. (2016). Digital Image Correlation and Noise‐filtering Approach for the Cracking Assessment of Massive Reinforced Concrete Structures. Strain, 52(6), 503 -521 https://doi.org/10.1111/str.12192
Lacidogna, G., Piana, G., Accornero, F., & Carpinteri, A. (2020). Multi-technique damage monitoring of concrete beams: acoustic emission, digital image correlation, dynamic identification. Construction and Building Materials, 242, 118114. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118114
Blikharskyy, Y., Vashkevych, R., Kopiika, N., Bobalo, T., & Blikharskyy, Z. (2021). Calculation of residual strength of reinforced concrete beams with damages, which occurred during loading. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 1021, No. 1, p. 012012). IOP Publishing.
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/1021/1/012012/meta
Hu, J. Y., Zhang, S. S., Chen, E., & Li, W. G. (2022). A review on corrosion detection and protection of existing reinforced concrete (RC) structures. Construction and Building Materials, 325, 126718.
https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126718
Semko, Oleksandr & Filonenko, Olena & Yurin, Oleg & Avramenko, Yurii & Mahas, Nataliia. (2023). Characteristic damages of reinforced concrete structures of the covering exposed to moisture. AIP Conference Proceedings. 030039. https://doi.org/10.1063/5.0120020.
Bonić, Z., Ćurčić, G. T., Davidović, N., & Savić, J. (2015). Damage to concrete and reinforcement of reinforced-concrete foundations caused by environmental effects. Procedia engineering, 117, 411–418.
https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.08.187
Vidal, T., Castel, A., & François, R. (2004). Analyzing crack width to predict corrosion in reinforced concrete.Cement and concrete research,34(1),165174 https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00246-1
Dongyang, Li & Huang, P.Y. & Chen, Zhan-Biao & Yao, Guowen & Guo, Xin & Zheng, Xiaohong & Yang, Yi. (2020). Experimental study on fracture and fatigue crack propagation processes in concrete based on DIC technology. Engineering Fracture Mechanics. 235. 107166.
https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2020.107166
Perera, R., Huerta, C., Torres, L., Baena, M., Barris, C. (2023). Concrete Beam Screening Through DIC Images. In: Ilki, A., Çavunt, D., Çavunt, Y.S. (eds) Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient. fib Symposium 2023. Lecture Notes in Civil Engineering, vol 350. Springer, Cham.
https://doi.org/10.1007/978-3-031-32511-3_28
Pavlikov A. M., & Diachenko Ye. V. (2004) Determination of the angle of the neutral line in calculations of the strength of the rectangular section of reinforced concrete elements under bi-axial bending in the case of a triangular form of a compressed zone. Scientific and technical collection. Urban utilities, 55, 324-328. (in Ukrainian).
http://eprints.kname.edu.ua/2627/
Lin,S.C.,Li,D.,&Yang,B.(2019). Experimental study and numerical simulation on damage assessment of reinforced concrete beams. International journal of impact engineering, 132, 103323. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2019.103323
Voskobiinyk, O.P, Kitaiev O.O., Makarenko Ya.V., Buhaienko Ye.S. (2011). Experimental investigation of reinforced concrete beams with defects and damages that cause skew bending. Academic journal. Industrial Machine Building, Civil Engineering, 1(29), 87-92. (in Ukrainian).
http://reposit.pntu.edu.ua/handle/PoltNTU/8074
Malipatil, Kiran & Itti, S.. (2021). Stress Intensity Factor and Damage Index of Reinforced Concrete Beam. http://10.1007/978-981-15-4779-9_19.
Fayyad, Tahreer & Lees, J.(2014): Application of Digital Image Correlation to Reinforced Concrete Fracture. Procedia Materials Science. 3 https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.06.256
Sanz-Diez de Ulzurrun Casals, Gonzalo & Zanuy, Carlos. (2023). Assessment of the Bending Behaviour of RC Beams Under Impact Loads with DIC.
https://doi.org/10.1007/978-3-031-32519-9_22.
Anastasopoulos, D., De Roeck, G., & Reynders, E. P. (2019). Influence of damage versus temperature on modal strains and neutral axis positions of beam-like structures. Mechanical Systems and Signal Processing, 134,106311. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.106311
Mykhalevskyi, N.A., Vegera, P.І., & Blikharskyy, Z.Y. (2023). Analysis of the effect of uneven damage of reinforced concrete beam using the FEMAP software package. Modern construction and architecture, 6, 54-61.
http://visnyk-odaba.org.ua/2023-06/6-6.pdf
Klymenko Ye.V., Antoniuk N.R., & Polianskyi K.V. (2019). Modeling the work of damaged reinforced concrete beams in the SC “LIRA-SAPR”. Bulletin of the Odessa State Academy of Construction and Architecture,77, 58-65.(In Ukrainian)
http://dx.doi.org/10.31650/2415-377X-2019-77-58-65.
Santoro, M. G., & Kunnath, S. K. (2013). Damage-based RC beam element for nonlinear structural analysis. Engineering structures, 49, 733-742.
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2012.12.02
Mykhalevskyi N. A., Vegera P. І., & Blikharskyi Z. Y., (2025). Investigation of stress-strain parameters in RC beams using DIC. Theory and Building Practice, 7(1), 31-41.
https://doi.org/10.23939/jtbp2025.01.031
Constructions of buildings and structures (2011). Concrete and reinforced concrete structures. Basic principles. DBN V.2.6-98:2009. State Building Codes of Ukraine. Kyiv: Ministry of Regional Development and Construction of Ukraine (in Ukrainian). URL:http://interiorfor.com/wp-content/uploads/2017/01/26_98_2009.pdf
