concconcЖелезобетонные конструкцииReinforced concrete structures2949-16222949-1614Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет10.22227/2949-1622.2023.4.66-80concconc-34Research ArticleКОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕCOMPUTER MODELLING IN CONSTRUCTIONМоделирование многоэтажного здания из железобетона с учетом повреждаемости на деформируемом основанииModeling of a Multi-Storey Building Made of Reinforced Concrete, Taking into Account Damage on a Deformable Foundationhttps://orcid.org/0000-0001-8601-4021ТрещевА. А.TreshchevAlexander A.

Александр Анатольевич Трещев, доктор технических наук, профессор

300012, г. Тула, проспект Ленина, д.92

Scopus: 6507502084, ResearcherID: ABA-7387-2021

Alexander A. Treshchev, Doctor of Technical Sciences, Professor

300012, Tula, Lenina Prospekt, 92

Scopus: 6507502084, ResearcherID: ABA-7387-2021

taa58@yandex.ruТеличкоВ. Г.TelichkoViktor G.

Виктор Григорьевич Теличко, кандидат технических наук, доцент

300012, г. Тула, проспект Ленина, д.92

Scopus: 56341418200, ResearcherID: AAN-5972-2020

Viktor G. Telichko, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

300012, Tula, Lenina Prospekt, 92

Scopus: 56341418200, ResearcherID: AAN-5972-2020

katranv@yandex.ruАндроновА. М.AndronovAnton M.

Антон Максимович Андронов, аспирант

300012, г. Тула, проспект Ленина, д.92

Anton M. Andronov, post-graduate student

300012, Tula, Lenina avenue, 92

double.a98@yandex.ruТульский государственный университет (ТулГУ)РоссияTula State University (TSU)Russian FederationТульский государственный университет (ТулГУ)РоссияTula State University (TSU),Russian Federation202318102023446680Copyright © Трещев А.А., Теличко В.Г., Андронов А.М., 20232023Трещев А.А., Теличко В.Г., Андронов А.М.Treshchev A.A., Telichko V.G., Andronov A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.g-b-k.ru/jour/article/view/34

Рассматривается построение математической модели на основе метода конечных элементов для определения напряженно-деформированного состояния 25-и этажного здания из железобетона на многослойном деформируемом основании. Учитывается чувствительность физико-механических характеристик материала здания и основания к виду напряженного состояния, развитие пластических деформаций в арматуре, повреждаемость в форме трещинообразования, наведенная неоднородность. В качестве определяющих соотношений приняты соотношения для нелинейных изотропных материалов, предложенные в рамках теории нормированных пространств напряжений. Сформулирована модификация многослойного треугольного гибридного конечного элемента с пятью степенями свободы в узле для описания особенностей механического поведения конструкций здания. Приведено описание способов моделирования фиктивных слоев элемента, соответствующих различным вариантам напряженно-деформированного состояния железобетона. Получены количественные оценки напряженно-деформируемого состояния комбинированной системы «здание-основание» при действии статических нагрузок двух типов, в виде графиков зависимости перемещений от величины нагрузки в плитах перекрытия и пилонах. По результатам исследований, подтверждено, что учёт «усложнённых» является необходимым для получения корректных оценок напряженно-деформированного состояния зданий.

The construction of a mathematical model based on the finite element method for determining the stress-strain state of a 25-storey reinforced concrete building on a multilayer deformable foundation is considered. 

The sensitivity of the physical and mechanical characteristics of the building and foundation material to the type of stress state, the development of plastic deformations in reinforcement, damage in the form of cracking, and induced heterogeneity are taken into account. The relations for nonlinear isotropic materials proposed in the frame-work of the theory of normalized stress spaces are taken as constitutive relations. A modification of a multilayer triangular hybrid finite element with five degrees of freedom in the node is formulated to describe the features of the mechanical behavior of building structures. A description is given of methods for modeling fictitious layers of an element corresponding to various variants of the stress-strain state of reinforced concrete. Quantitative estimates of the stress-strain state of the combined "building-base" system under the action of static loads of two types are obtained in the form of graphs of the dependence of dis-placements on the magnitude of the load in floor slabs and pylons. According to the results of the research, it was confirmed that taking into account "complicated" ones is necessary to obtain correct estimates of the stress-strain state of buildings.

монолитный железобетонгибридные конечные элементыпространственная несущая системачувствительность к виду напряженного состоянияповреждаемостьmonolithic reinforced concretehybrid finite elementsspatial bearing systemsensitivity to the type of stress statedamageabilityReferencesТрещев А.А. Теория деформирования и прочности материалов с изначальной и наведенной чувстви-тельностью к виду напряженного состояния. Определяющие соотношения. М.; Тула: РААСН; ТулГУ, 2016. 326 с.Treschev A.A. Theory of deformation and strength of materials with initial and induced sensitivity to the type of stress state. Defining ratios. Moscow; Tula: RAASN; TulGU, 2016. 326 p.Трещёв А.А, Теличко В.Г. Теория деформирования пространственных железобетонных конструкций: монография. М.; Тула: Изд-во РААСН: Изд-во ТулГУ, 2019. 386 с.Treschev A.A., Telichko V.G. Theory of deformation of spatial reinforced concrete structures: monograph. Moscow; Tula: Publishing house of RAASN: Publishing house of TulGU, 2019. 386 p.Treschev A.A., Telichko V.G., Zolotov N.V. Determination of strain-stress parameters of a multi-storey rein-forced concrete building on an elastic foundation with allowance for different resistance of materials and cracking // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2019. Volume 15. № 4. Pp. 150-163.Treschev A.A., Telichko V.G., Zolotov N.V. Determination of strain-stress parameters of a multi-storey rein-forced concrete building on an elastic foundation with allowance for different resistance of materials and cracking. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2019. Volume 15. No. 4 Pp. 150-163.Теличко В.Г., Трещев А.А. Гибридный конечный элемент для расчета плит и оболочек с усложненными свойствами // Известия вузов. Строительство. 2003. № 5. С. 17-23.Telichko V.G., Treschev A.A. Hybrid Finite Element for Calculation of Plates and Shells with Complicated Properties. Izvestiya vuzov. Stroitelstvo. 2003. No. 5. Pp. 17-23.Bathe K.J., Walczak J., Welch A., Mistry N. Nonlinear analysis of concrete structures // Computers & Struc-tures. 1989. Volume 32. Pp. 563-590.Bathe K.J., Walczak J., Welch A., Mistry N. Nonlinear analysis of concrete structures. Computers & Struc-tures. 1989. Volume 32. Pp. 563-590.Семенов В.А. Выбор расчетных моделей пространственных комбинированных систем МКЭ // Пространственные кон-струкции зданий и сооружений: Сб. статей. под ред. В.В. Шугаева и др. 2004. Вып. 9. С. 54-64.Semenov V.A. Choice of calculation models of spatial combined FEM systems. Spatial structures of build-ings and structures: Sat. articles. ed. V.V. Shugaeva and others. 2004. Issue. 9. Pp. 54-64.Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals 7th Edition. Butterworth-Heinemann, 2013. 756 p.Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals 7th Edition. Butterworth-Heinemann, 2013. 756 p.Jendele L., Cervenka J. On the solution of multi-point constraints. Application to FE analysis of reinforced concrete structures // Computers & Structures. 2009. Volume 87. Pp. 970-980.Jendele L., Cervenka J. On the solution of multi-point constraints. Application to FE analysis of reinforced concrete structures. Computers & Structures. 2009. Volume 87. Pp. 970-980.Semenov V.A. Hybrid finite elements for analysis of shell structures // Proc. International Congress ICSS-98 Volume 1, 22−26 June 1998, Moscow, Russia. Moscow, 1998. Pp. 244−251.Semenov V.A. Hybrid finite elements for analysis of shell structures. Proc. International Congress ICSS-98 Volume 1, 22−26 June 1998, Moscow, Russia. Moscow, 1998. Pp. 244-251.Игнатьев В.А., Игнатьев А.В. Смешанная форма метода конечных элементов в задачах строительной механики. Волгоград: ВолгГАСУ, 2005. 99 с.Ignatiev V.A., Ignatiev A.V. Mixed form of the finite element method in problems of structural mechanics. Volgograd: VolgGASU, 2005. 99 p.Игнатьев А.В. Основные формулировки метода конечных элементов в задачах строительной механики // Вестник МГСУ. 2014. № 11. С. 37-57.Ignatiev A.V. Basic formulations of the finite element method in the problems of structural mechanics. Vest-nik MGSU. 2014. No. 11. Pp. 37-57.Cook R.D. Two hybrid elements for analysis of thick thin and sandwich plates // Int. J. num. Meth. Engineer-ing. 1972. Volume 5. Pp. 277-288.Cook R.D. Two hybrid elements for analysis of thick thin and sandwich plates. Int. J. num. Meth. Engineer-ing. 1972. Volume 5. Pp. 277-288.Tong P.A. Variation principle and the convergence of a finite-element method based on assumed stress dis-tribution // Int. J. Solids Struct. 1969. Pp. 463-472.Tong P.A. Variation principle and the convergence of a finite-element method based on assumed stress dis-tribution. Int. J. Solids Struct. 1969. Pp. 463-472.Травуш В.И., Мурашкин В.Г. Модель деформирования бетона для реконструируемого железобетона //International Journal for Computational Civil and Structural Engineering, 2022. № 18(4), C. 132-137.Travush V.I., Murashkin V.G. Concrete Deformation Model for Reconstructible Reinforced Concrete. Inter-national Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Vol. 18(4). Pp. 132-137.Карпенко Н.И. Модель деформирования железобетона в приращениях и расчет балок-стенок и изгибаемых плит с трещинами: автореферат дис. ... доктора технических наук: 14.10.10 / Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2013. 153 с.Karpenko N.I. Incremental Model of Reinforced Concrete Deformation and Calculation of Beam-Walls and Bending Slabs with Cracks: Abstract of the thesis. ... Doctors of Technical Sciences: 14.10.10 / Petrozavodsk: PetrGU Publishing House, 2013. 153 p.Гениев Г.А. Киссюк В.Н., Тюпин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона. Москва: Стройиздат, 1974. 316 с.Geniev, G.A. Kissyuk V.N., Tyupin G.A. Theory of plasticity of concrete and reinforced concrete. Moscow: Stroyizdat, 1974. 316 p.Берлинов М.В. Основания и фундаменты. С-Петербург: Издательство «Лань», 2022. 320 с.Berlinov M.V. Foundations and footings. St. Petersburg: Lan publishing house, 2022. 320 p.Трещев А.А., Теличко В.Г., Ходорович П.Ю. К задаче о давление на грунтовое основание // Вестник отде-ления строительных наук РААСН. М.: РААСН-МГСУ. 2014. Вып. 18. С. 95 - 99.Treschev A.A., Telichko V.G., Khodorovich P.Yu. To the problem of pressure on the ground base. Bulletin of the Department of Construction Sciences RAASN. Moscow: RAASN-MGSU. 2014. Issue. 18. Pp. 95-99.Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Механика деформирования и разрушения горных пород. М: Недра, 1992. 224 с.Stavrogin A.N., Protosenya A.G. Mechanics of deformation and destruction of rocks. Moscow: Nedra, 1992. 224 p.Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Пластичность горных пород. М: Недра, 1979. 301 с.Stavrogin A.N., Protosenya A.G. Plasticity of rocks. Moscow: Nedra, 1979. 301 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.