Інваріантність зчеплення арматури з бетоном на основі енергетичного підходу
DOI:
https://doi.org/10.26906/znp.2025.65.4212Ключові слова:
діаграми зсуву, моделі зчеплення арматури з бетоном, деформації зсуву, параметри зчеплення, середні дотичні напруження зчепленняАнотація
У роботі розглянуто проблему аналітичного опису зчеплення арматури з бетоном при висмикуванні, яка є визначальною при оцінюванні піддатливості петлевих стиків і стикових з’єднань збірних залізобетонних конструкцій. Показано, що в таких з’єднаннях передача зусиль між елементами відбувається переважно за рахунок роботи зчеплення, що зумовлює високу чутливість розрахункових параметрів до прийнятого закону взаємодії «арматура–бетон». Аналіз існуючих експериментальних, напівемпіричних і нормативних моделей зчеплення свідчить про їх обмежену здатність описувати вплив нормальних напружень в арматурі та стадію насичення зчеплення, яка супроводжується зміною форми епюри дотичних напружень уздовж довжини анкерування. У статті запропоновано універсальну аналітичну модель зчеплення, яка базується на поєднанні локальної лінійної залежності між дотичними та нормальними напруженнями на початковій стадії роботи і горизонтальної пластичної ділянки, що відповідає пластичній стадії роботи (розвиненого механічного зачеплення). Ключовим елементом моделі є введення енергетичного інваріанта зчеплення, який ототожнюється з питомою енергією пружної деформації арматури та не залежить від довжини анкерування. Для визначення точки переходу від пружної до пластичної стадії сформульовано принцип еквівалентності інтенсивностей енергетичних інваріантів, який дозволяє інтерпретувати початок пластичної течії як стан максимальної енергетичної ефективності пружної епюри. На цій основі отримано аналітичну умову, що пов’язує граничні дотичні напруження зчеплення з рівнем адгезії та залишковим ресурсом міцності. Запропонований підхід забезпечує побудову фізично обґрунтованих діаграм типу «дотичні напруження – зміщення», придатних для використання в чисельних методах розрахунку піддатливості стиків і дозволяє усунути заниження несучої здатності коротких анкерів, характерне для традиційних моделей. В роботі показано приклади побудови діаграм «дотичні напруження – зміщення» для трьох зразків із різною довжиною арматурних стержнів.
Посилання
1. Al‐Mahmoud, A., & Mazher, A. (2024). Experimental study of bond-slip relationships in high-performance self-consolidating concrete with plain steel bars. Engineering Structures, 319, Article 118854. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118854
2. Romashko, O. V., & Romashko, V. N. (2018). On the assessment of reinforcement–concrete bond. Collection of Scientific Works of the Ukrainian State University of Railway Transport, 179, 92–99. https://doi.org/10.18664/1994-7852.179.2018.147756 3. Ariyaratnam, S. N., & Pande, G. N. (2015). Bond slip model in cylindrical reinforced concrete elements confined with stirrups. International Journal of Advanced Structural Engineering, 7, 365–375. https://doi.org/10.1007/s40091-015-0104-7
4. Hsiao, P.-C., Chen, I.-S., & Hwang, P.-A. (2025). Assessment of the experimental and numerical bond–slip law of various strengthening systems in reinforced concrete elements. International Journal of Concrete Structures and Materials, 19, Article 92. https://doi.org/10.1186/s40069-025-00838-5
5. Karadogan, Z., Elchalakani, M., & Mirza, S. M. (2022). Validation of reinforced concrete bond stress–slip models through an analytical strain distribution comparison. Materials and Structures, 55, Article 240. https://doi.org/10.1617/s11527-022-02071-y
6. Kochkarov D.V. Neliniinyi opir zalizobetonnykh elementiv i konstruktsii sylovym vplyvam: Monohrafiia. – Rivne: O. Zen, 2015. – 384 s.:Il.: 139; tabl. 48; bibliohr: 326 - ISBN 978-617-601-125-5.
7. R. Eligehausen, E. P. Popov, and V. V. Bertero, “Local Bond Stress–Slip Relationships of Deformed Bars under Generalized Excitations,” Report No. UCB/EERC-83/23, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, 1983.
8. Comité Euro-International du Béton (CEB), CEB-FIP Model Code 1990: Design Code, Thomas Telford, London, 1993.
9. FIB (Fédération internationale du béton), FIB Model Code for Concrete Structures 2010, Ernst & Sohn, Berlin, 2013.
10. EN 1992-1-1, Eurocode 2: Design of Concrete Structures – Part 1-1: General Rules and Rules for Buildings, CEN, Brussels, 2004.
11. Tang, C. W., & Cheng, C. K. (2020). Modeling Local Bond Stress-Slip Relationships of Reinforcing Bars Embedded in Concrete with Different Strengths. Materials (Basel, Switzerland), 13(17), 3701. https://doi.org/10.3390/ma13173701
12. K. Lundgren, “Bond between ribbed bars and concrete. Part 2: The effect of corrosion,” Magazine of Concrete Research, vol. 57, no. 7, pp. 383–395, 2005. https://doi.org/10.1680/macr.2005.57.7.383
13. Kang S, Tan KH (2016), Bond–slip behaviour of deformed reinforcing bars embedded in well-confined concrete. Magazine of Concrete Research, Vol. 68 No. 10 pp. 515–529. https://doi.org/10.1680/jmacr.15.00245
14. Mang C, Jason L, Davenne L (2015), "A new bond slip model for reinforced concrete structures: Validation by modelling a reinforced concrete tie". Engineering Computations, Vol. 32 No. 7 pp. 1934–1958, doi: https://doi.org/10.1108/EC-11-2014-0234
15. Wang, Y., & Qiao, J. (2024). Research progress of bond slip at the interface of FRP bars and concrete. Academic Journal of Science and Technology, 9(3), 25–29. https://doi.org/10.54097/7s3rba19
16. Xiao, J., & Wu, H. (2021). Experimental study on the bond-slip behavior and stress transfer mechanism between shaped steel and high-performance fiber-reinforced concrete. Structures, 34, 5013–5028. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.09.014
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Олександр Грищенко, Дмитро Кочкарьов
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
