vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2021-23-5-59-70vestniktgasu-1079Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING AND CONSTRUCTIONСтруктурно-механическая модель бетона с ортотропным армированием спиралевидной фибройStructural and mechanical model of spiral fiber-reinforced concreteБочкареваО. С.BochkarevaO. S.

Бочкарева Ольга Станиславовна, специалист

625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38

Olga S. Bochkareva, Specialist

38, Volodarskii Str., 625000, Tyumen

olga_bos09@mail.ruЕренчиновС. А.ErenchinovS. A.

Еренчинов Сергей Александрович, канд. техн. наук, доцент

625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38

Sergey A. Erenchinov, PhD, A/Professor

38, Volodarskii Str., 625000, Tyumen

erenchinov@yandex.ruЗимаковаГ. А.ZimakovaG. A.

Зимакова Галина Александровна, канд. техн. наук, доцент

625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38

Galina A. Zimakova, PhD, A/Professor

38, Volodarskii Str., 625000, Tyumen

zimakovaga@tyuiu.ruКасперЕ. А.KasperE. A.

Каспер Елена Александровна, ст. преподаватель

625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38

Elena A. Kasper, Senior Lecturer

38, Volodarskii Str., 625000, Tyumen

elena-kasper@mail.ruТюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian Federation2021261020212355970Copyright © Бочкарева О.С., Еренчинов С.А., Зимакова Г.А., Каспер Е.А., 20212021Бочкарева О.С., Еренчинов С.А., Зимакова Г.А., Каспер Е.А.Bochkareva O.S., Erenchinov S.A., Zimakova G.A., Kasper E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1079

Под ортотропным армированием бетона понимается прием введения в состав бетона спиралевидной фибры.

Для решения задачи обобщения результатов исследования влияния геометрических параметров спиралевидной фибры на физико-механические характеристики бетона плотной структуры применен метод конечно-элементного моделирования.

Математическая модель фиброармированного бетона, основанная на методике проведения численного и экспериментального исследования, показывает, что получение композита с заданными свойствами и структурой обеспечивается при оптимальных параметрах спиралевидной фибры: длина – 20–30 мм, диаметр – 5 мм, расстояние между витками – 1,5 мм.

Orthotropic concrete reinforcement is the addition of spiral fibers to concrete. Finite element modeling is used to study the influence of the spiral fiber geometry on the physical and mechanical properties of concrete. Based on the numerical and experimental research, the proposed mathematical model of fiber-reinforced concrete shows that the composite with the desired properties and structure is obtained with the optimum parameters of the spiral fiber namely 20-30 mm length, 5 mm diameter, and 1.5 mm distance between turns.

ортотропное армированиеспиралевидная фибрабетонматематическая модельметод конечных элементовмеханические свойстваorthotropic reinforcementspiral fiberconcretemathematical modelfinite-element methodmechanical propertiesReferencesКалашников В.И. Эволюция развития составов и изменение прочности бетонов. Бетоны настоящего и будущего. Часть 1. Изменение составов и прочности бетонов // Строительные материалы. 2016. № 1‒2. С. 96‒103.Kalashnikov V.I. Evolyutsiya razvitiya sostavov i izmenenie prochnosti betonov. Betony nastoyashchego i budushchego. Chast' 1. Izmenenie sostavov i prochnosti betonov [Concrete compositions and concrete strength. Concretes of the present and future. Part 1. Concrete composition and strength]. Stroitel'nye materialy. 2016. No. 1−2. Pp. 96−103. (rus)Калашников В.И., Тараканов О.В., Кузнецов Ю.С., Володин В.М., Белякова Е.А. Бетоны нового поколения на основе сухих тонкозернисто-порошковых смесей // Materials Magazine of Civil Engineering. 2012. № 8. С. 47‒53.Kalashnikov V.I., Tarakanov O.V., Kuznetsov Yu.S., Volodin V.M., Belyakova E.A. Betony novogo pokoleniya na osnove sukhikh tonkozernisto-poroshkovykh smesei [Next generation concretes based on fine-grain dry powder mixes]. Materials Magazine of Civil Engineering. 2012. No. 8. Pp. 47−53. (rus)Gu C., Ye G., Sun W. Ultrahigh performance concrete-properties, applications and perspectives // Science China Technological Sciences. 2015. V. 58. I. 4. P. 587‒599.Gu C., Ye G., Sun W. Ultrahigh performance concrete-properties, applications and perspectives. Science China Technological Sciences. 2015. V. 58. No. 4. Pp. 587−599.Сташевская Н.А., Окольникова Г.Э., Асиков Д.М. Обзор и анализ исследований применения высокопрочного фибробетона для высотного строительства // Системные технологии. 2017. № 23. С. 51‒55.Stashevskaya N.A., Okol'nikova G.E., Asikov D.M. Obzor i analiz issledovanii primeneniya vysokoprochnogo fibrobetona dlya vysotnogo stroitel'stva. [Review and analysis of investigations of high-strength fibrous concrete applications for high-ise construction]. Sistemnye tekhnologii. 2017. No 23. Pp. 51−55. (rus)Bruhwiler E., Denarie E. Rehabilitation of concrete structures using ultra-high performance fiber reinforced concrete // Proceedings of Second International Symposium on Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete. Kassel. 2008. P. 895‒902.Bruhwiler E., Denarie E. Rehabilitation of concrete structures using ultra-high performance fiber reinforced concrete. In: Proc. 2nd Int. Symposium on Ultra-High Performance of FiberReinforced Concrete. Kassel. 2008. Pp. 895−902.Окольникова Г.Э., Белов А.П., Слинькова Е.В. Анализ свойств различных видов фибробетонов // Системные технологии. 2018. № 26. С. 206‒210.Okol'nikova G.E., Belov A.P., Slin'kova E.V. Analiz svoistv razlichnykh vidov fibrobetonov [The properties of various types of fiber-reinforced concrete]. Sistemnye tekhnologii. 2018. No. 26. Pp. 206−210. (rus)Денисов А.В., Рогачев К.В., Иваненко С.В. Результаты проверки модели структуры фибробетона, разработанной для аналитического определения его термических и радиационных изменений, по экспериментальным данным усадки при твердении // Науковедение : интернет-журнал. 2016. Т. 8. № 4. URL: http://naukovedenie.ru/PDF/43TVN416.pdf (доступ свободный).Denisov A.V., Rogachev K.V., Ivanenko S.V. Rezul'taty proverki modeli struktury fibrobetona, razrabotannoi dlya analiticheskogo opredeleniya ego termicheskikh i radiatsionnykh izmenenii, po eksperimental'nym dannym usadki pri tverdenii [The model of fiber-reinforced concrete structure for analytical determination of its thermal and radiation changes from the experimental data on shrinkage during curing]. Naukovedenie. 2016. V. 8. No 4. Available: http://naukovedenie.ru/PDF/43TVN416.pdf. (rus)Jin L., Du X.-L. Meso numerical simulation of reinforced concrete members // Shuili Xuebao. 2012. V. 43. № 10. P. 1230–1242.Jin L., Du X.-L. Meso numerical simulation of reinforced concrete members. Shuili Xuebao. 2012. V. 43. No. 10. Pp. 1230–1242.Shimanovsky A., Kuziomkina H., Pleskachevskii Yu., Yakubovich V. Finite element modeling of the cement matrix and filler grains interaction // Technolog. 2013. V. 5. № 4. P. 171–174.Shimanovsky A., Kuziomkina H., Pleskachevskii Yu., Yakubovich V. Finite element modeling of the cement matrix and filler grains interaction. Technology. 2013. V. 5. No. 4. Pp. 171–174.Lippmann N., Steinkopff Th., Schmauder S., Gumbsch P. 3D-Finite-Element-modelling of microstructures with the method of multiphase elements // Computational Materials Science. 1997. V. 9. № 1–2. P. 28–35.Lippmann N., Steinkopff Th., Schmauder S., Gumbsch P. 3D-finite-element-modelling of microstructures with the method of multiphase elements. Computational Materials Science. 1997. V. 9. No. 1–2. Pp. 28–35.Wulf J., Schmauder S., Fischmeister H.F. Finite element modelling of crack propagation in ductile fracture // Computational Materials Science. 1993. V. 1. № 3. P. 297–301.Wulf J., Schmauder S., Fischmeister H.F. Finite element modelling of crack propagation in ductile fracture. Computational Materials Science. 1993. V. 1. No. 3. Pp. 297–301.Князева Е.Н., Кукареко В.А., Александров В.Ю., Тимошенко Н.П. Применение метода конечных элементов при исследовании композиционных материалов. Подходы, методики, программные средства // Механика машин, механизмов и материалов. 2013. № 3 (24). С. 69–76.Knyazeva E.N., Kukareko V.A., Aleksandrov V.Yu., Timoshenko N.P. Primenenie metoda konechnykh elementov pri issledovanii kompozitsionnykh materialov. Podkhody, metodiki, programmnye sredstva [Finite element method for investigation of composite materials. Approaches, methods, computer programs]. Mekhanika mashin, mekhanizmov i materialov. 2013. No. 3(24). Pp. 69–76. (rus)Mohammadi Shah M., Komeili M., Phillion A.B., Milani A.S. Toward better understanding of the effect of fiber distribution on effective elastic properties of unidirectional composite yarns // Computers and Structures. 2016. № 163. P. 29–40.Mohammadi Shah M., Komeili M., Phillion A.B., Milani A.S. Toward better understanding of the effect of fiber distribution on effective elastic properties of unidirectional composite yarns. Computers and Structures. 2016. V.163. Pp. 29–40.Kurkin E.I., Sadykova V.O. Application of short fiber reinforced composite materials multilevel model for design of ultra-light aerospace structures // Procedia Engineering. 2017. № 185. P. 182–189.Kurkin E.I., Sadykova V.O. Application of short fiber reinforced composite materials multilevel model for design of ultra-light aerospace structures. Procedia Engineering. 2017. V. 185. Pp. 182–189.Плескачевский Ю.М., Шимановский А.О. Компьютерное моделирование структуры и свойств композитов в нагруженных конструкциях // Механика машин, механизмов и материалов. 2016. № 1 (34). С. 41‒51.Pleskachevskii Yu.M., Shimanovskii A.O. Komp'yuternoe modelirovanie struktury i svoistv kompozitov v nagruzhennykh konstruktsiyakh [Computer modeling of structure and properties of composites in loaded structures]. Mekhanika mashin, mekhanizmov i materialov. 2016. No. 1 (34). Pp. 41−51. (rus)Соловьев А.Н., Зиборов Е.Н., Шевцов С.Н. Определение упругих свойств армированных композиционных материалов на основе конечно-элементного моделирования // Наука Юга России. 2016. Т. 12. № 2. С. 3‒10.Solov'ev A.N., Ziborov E.N., Shevtsov S.N. Opredelenie uprugikh svoistv armirovannykh kompozitsionnykh materialov na osnove konechno-elementnogo modelirovaniya [Finite element modeling of elastic properties of reinforced composite materials]. Nauka Yuga Rossii. 2016. V. 12. No. 2. Pp. 3−10. (rus)Mishnev M.V., Korolev A.S., Zadorin A.A., Khoroshilov N.A. Based on the hybrid hot-curing epoxy binder fiberglass and evaluation of its effectiveness in load-bearing chimneys // Строительство уникальных зданий и сооружений . 2020. № 8 (93). С. 9302.Mishnev M.V., Korolev A.S., Zadorin A.A., Khoroshilov N.A. Hybrid hot-curing epoxy binder fiberglass and evaluation of its effectiveness in load-bearing chimneys. Stroitel'stvo unikal'nykh zdanii i sooruzhenii. 2020. No. 8 (93). 9302.

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