Кабанцев О.В.

УДК 624.042.1:539.3+693.157

КАБАНЦЕВ ОЛЕГ ВАСИЛЬЕВИЧ, канд. техн. наук, профессор,

ovk531@gmail.com

Московский государственный строительный университет,

129337, г. Москва, Ярославское ш., 26

ДИСКРЕТНАЯ  МОДЕЛЬ  КАМЕННОЙ  КЛАДКИ  В  УСЛОВИЯХ  ДВУХОСНОГО  НАПРЯЖЕННОГО  СОСТОЯНИЯ

На основе экспериментально установленных механизмов разрушения разработана дискретная модель каменной кладки, учитывающая процессы контактного взаимодействия базовых материалов путем введения в модель специальных интерфейсных элементов. Предложена система критериев прочности каменной кладки, соответствующая различным условиям взаимодействия элементов кладки. Разработана расчетная технология, позволяющая учитывать структурные изменения модели. Выполнена верификация метода моделирования и технологии расчетного исследования на основе сопоставления результатов численного и физического экспериментов. Результаты численных исследований позволили установить ключевую роль элементов, обеспечивающих взаимодействие базовых материалов, в процессах упругого и пластического деформирования кладки.

Разработанная дискретная модель каменной кладки и расчетная технология могут быть применены для детального исследования упругопластических свойств кусочно-однородных композитов.

Ключевые слова: моделирование; численные методы; расчетная модель; напряженно-деформированное состояние; каменная кладка; кирпич; раствор.

Библиографический список

  1. Kabantsev, O. Modeling Nonlinear Deformation and Destruction Masonry under Biaxial Stresses. Part 1. Masonry as Simulation Object / O.Kabantsev // Applied Mechanics and Materials. (2015), 725–726. – P. 681–696.
  2. Kabantsev, O. Modeling Nonlinear Deformation and Destruction Masonry under Biaxial Stresses. Part 2. Strength Criteria and Numerical Experiment / O.Kabantsev. Applied Mechanics and Materials. (2015), 725-726. – P. 808–819.
  3. Кашеварова, Г.Г. Численный анализ эффективных упругих свойств материала кирпичной кладки / Г.Г. Кашеварова, Н.А. Труфанов // Механика композиционных материалов и конструкций. – Т. 11. – №1. – М., 2005. – С. 49–60.
  4. Пангаев, В.В. Модельные исследования напряженно-деформированного состояния каменной кладки при сжатии / В.В. Пангаев [и др.] // Известия вузов. Строительство. – 2003. – № 2. – С. 24–29.
  5. Page, A.W. A non-linear analysis of the composite action of masonry walls on beams / A.W. Page // Proc. Inst. Civ. Eng. 1979. – Vol. 67. – March. – P. 93–100.
  6. Lemos, J.V. Discrete Element Modeling of Masonry Structures / José V. Lemos // International Journal of Architectural Heritage. – 2007. – 1. – P. 190–213.
  7. Gabor, A. Modelling approaches of the in-plane shear behaviour of unreinforced and FRP strengthened masonry panels / A. Gabor, A. Bennani, E. Jacquelin, F. Lebon // Composite Structures 74 (2006). Р. 277–288.
  8. Lourenco, P.B. Computational strategies for masonry structures / P.B. Lourenco // Ph. D. Thesis. Delft University of Technology. Delft. The Netherlands, 1996.
  9. Гениев, Г.А. О критерии прочности каменной кладки при плоском напряженном состоянии / Г.А. Гениев // Строит. механика и расчет сооружений. – 1979. – №2. – С. 7–11.
  10. Кабанцев, О.В. Частные критерии прочности каменной кладки для анализа упруго-пластического деформирования/ О.В. Кабанцев // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. – М., 2013. – №3. – С. 36–41.
  11. Онищик, Л.И. Каменные конструкции промышленных и гражданских зданий /Л.И. Онищик. – М.; Л. : Государственное издательство строительной литературы, 1939. – 208с.
  12. Тонких, Г.П. Экспериментальные исследования несущей способности комбинированной каменной кладки при главных нагрузках / Г.П. Тонких, В.В. Кошаев, О.В. Кабанцев // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений.– 2007. – №6. – С. 12–16.
  13. Копаница, Д.Г. Экспериментальные исследования фрагментов кирпичной кладки на действие статической и динамической нагрузки / Д.Г. Копаница, О.В. Кабанцев, Э.С. Усеинов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. – 2012. – №4. – С. 157–178.
  14. Экспериментальные исследования сейсмоусиления каменной кладки наружными бетонными аппликациями / Г.П. Тонких, О.В. Кабанцев, О.А. Симаков, А.Б. Симаков, С.М. Баев, П.С. Панфилов // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. М., 2011. – №2. – С. 35–42.
  15. SCAD Office. Версия 21. Вычислительныйкомплекс SCAD++ / В.С. Карпиловский, Э.З. Криксунов, А.А. Маляренко, М.А. Микитаренко, А.В. Перельмутер, М.А. Перельмутер. – М. : Издательство СКАДСОФТ, АСВ. – 2015. – 808 с.
  16. Вильдеман, В.Э. Механика неупругого деформирования и разрушения композиционных материалов / В.Э. Вильдеман, Ю.В. Соколкин, А.А. Ташкинов ; под ред. Ю.В. Соколкина. – М. : Наука. Физматлит. – 1997. – 228 с.
  17. Перельмутер, А.В. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа / А.В. Перельмутер, В.И. Сливкер. – М. : СКАДСОФТ, АСВ, ДМК Пресс. – 2011. – 709 с.
  18. Кабанцев, О.В. Учет изменений расчетной схемы при анализе работы конструкции / О.В. Кабанцев, А.Г. Тамразян // Инженерно-строительный журнал. – 2014. – №5. – С. 15–26.
  19. Бураго, Н.Г. Моделирование разрушения упругопластических тел / Н.Г. Бураго // Вычислительная механика сплошных сред. – 2008. – Т. 1. – № 4. – С. 5–20.
  20. Ильюшин, А.А.Механикасплошнойсреды/ А.А. Ильюшин.–М. : ИздательствоМосковскогоуниверситета. – 1978. – 287 с.
  21. Кабанцев, О.В. Учет изменения жесткостей элементов в процессе монтажа и эксплуатации / О.В. Кабанцев, А.В. Перельмутер // Инженерно-строительный журнал. – 2015. – № 5. – С. 6–14.
  22. Сергеев, Н.Д. Расчет статически неопределимых систем при их многократной последовательной модификации /Н.Д. Сергеев // Cтроительная механика и расчет сооружений. – 1975. – № 6. – С. 11-16.
  23. Мажид, К.И.Оптимальноепроектированиеконструкций / К.И. Мажид. – М. : Высшаяшкола, 1979. – 237 c.
  24. Küpfer, H.B. Das nicht-lineare Verhalten des Betons bei zweiachsiger Beanspruchung / H.B. Küpfer // Beton und Stallhbetonbau. – 1973. – № 11. – P. 269–273.
  25. Sousa, R. Guedes Diagonal compressive strength of masonry samples – experimental and numerical approach / R. Sousa, J. H/Sousa, // Materials and Structures. – 2013. – № 46. – P. 765–786.
  26. Поляков, С.В. Монолитность каменной кладки / С.В. Поляков, С.М. Сафаргалиев. – Алма-Ата, 1991. – 160 с.
  27. Fattal, S. Failure hypothesis for masonry shear walls / S. Fattal, F. Jokel // Proceedings of ASCE. – 1976. – Vol. 102. – № ST3. – P. 515–532.
  28. Schubert, P. Schubfestigkeit von Mauerwerk aus Leichtbetonsteinen / P. Schubert, D. Bohene // das Mauerwerk Heft 3, Ernst & John. – 2002. – P. 98–102.
  29. Capozucca, R. Shear behaviour of historic masonry made of clay dricks / R. Capozucca // The Open Construction and Building Technology Journal. – 2011. – № 5 (Suppl 1-M6). – P. 89–96.

______________________________

OLEG V. KABANTSEV, PhD, Professor,

ovk531@gmail.com

Moscow State University of Civil Engineering,

26, Yaroslavskoe Road, 129337, Moscow, Russia

DISCRETE  MODEL  OF  MASONRY  UNDER  BIAXIAL  STRESSES

The paper presents a discrete model of masonry based on destruction mechanisms deduced from experiments and developed considering the contact interaction between base materials using interface elements introduced into the model. The proposed system of masonry strength criteria corresponds to biaxial stress state conditions, while design technology allows considering the structural modification of the model. Verification of the modeling technique and design technology is based on comparison of experimental results that allow the determination of the key role of elements providing the interaction of base materials during the elastoplastic deformation of masonry.

The suggested discrete model of masonry and design technology cane be used in detailed examination of elastoplastic properties of piecewise homogeneous composites.

Keywords: modelling; numerical methods; design model; stress-strain state; masonry; brick; mortar.

References

  1. Kabantsev O. Modeling nonlinear deformation and destruction masonry under biaxial stresses. Part. 1. Masonry as simulation object. Applied Mechanics and Materials. 2015. 725–726. Pp. 681–696.
  2. Kabantsev O. Modeling nonlinear deformation and destruction masonry under biaxial stresses. Part 2. Strength criteria and numerical experiment. Applied Mechanics and Materials. 2015. 725–726. Pp. 808–819.
  3. Kashevarova G.G., Trufanov N.A. Chislennyi analiz effektivnykh uprugikh svoistv materiala kirpichnoi kladki [Numerical analysis of effective elastic properties of masonry]. Journal on Composite Mechanics and Design, V. 11. 2005. No. 1. Pp. 49–60. (rus)
  4. Pangaev V.V. Model'nye issledovaniya napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya kamennoi kladki pri szhatii [Model studies of the stress-strain state of the masonry in compression]. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2003. No. 2. Pp. 24–29. (rus)
  5. Page A.W. A non-linear analysis of the composite action of masonry walls on beams. Proc. Inst. Civ. Eng. 1979. V. 67. Pp. 93–100.
  6. Lemos J.V. Discrete Element Modeling of Masonry Structures. International Journal of Architectural Heritage. 2007. No. 1. Pp. 190–213.
  7. Gabor A., Bennani A., Jacquelin E., Lebon F. Modelling approaches of the in-plane shear behaviour of unreinforced and FRP strengthened masonry. Composite Structures, 2006. No. 74. Pp. 277–288.
  8. Lourenco P.B. Computational strategies for masonry structures. PhD Thesis. Delft University of Technology. Delft. The Netherlands. 1996.
  9. Geniev G.A. O kriterii prochnosti kamennoi kladki pri ploskom napriazhennom sostoianii [Strength criteria of masonry with plane stress state]. Stroit. mekh. i raschet sooruzhenii. 1979. No. 2. Pp. 7–11.
  10. Kabantsev O.V. Chastnyye kriterii prochnosti kamennoy kladki dlya analiza uprugo-plasticheskogo deformirovaniya [Partial criteria of masonry strength for elastoplastic deformation]. Seismostoikoe stroitelstvo. Bezopasnost sooruzhenii. 2013. No 3. Pp. 36–41. (rus).
  11. Onishchik L.I. Kamennye konstruktcii promyshlennykh i grazhdanskikh zdanii [Stone construction of industrial and civil buildings]. Moscow, Leningrad. Gosizdatelstvo stroitelnoi literatury. 1939. 208 p. (rus).
  12. Tonkikh G.P., Kabantsev O.V., Koshayev V.V. Metodika eksperimentalnykh issledovaniy po usileniyu zdaniy iz kamennoy kladki zhelezobetonnymi applikatsiyami [Experimental research methodology for masonry building strengthening with concrete applications]. Seismostoikoe stroitelstvo. Bezopasnost sooruzhenii. 2005. No. 6. Pp. 63–65. (rus).
  13. Kopanitsa D.G., Kabantsev O.V., Useinov E.S. Eksperimentalnye issledovaniia fragmentov kirpichnoi kladki na deistvie staticheskoi i dinamicheskoi nagruzki [Experimental researche of masonry fragments under static and dynamic loads]. Vestnik TSUAB. 2012. No. 4. Pp. 157–178. (rus).
  14. Tonkikh G.P., Kabantcev O.V., Simakov O.A., Simakov A.B., Baev S.M., Panfilov P.S. Eksperimentalnye issledovaniia seismousileniia kamennoi kladki naruzhnymi betonnymi applikatciiami [Experimental researche seismic reinforcement of masonry by exterior concrete applications]. Seismostoikoe stroitelstvo. Bezopasnost sooruzhenii. 2011. No. 2. Pp. 35–42 (rus).
  15. Karpilovskiy V.S., Kriksunov E.Z., Malyarenko A.A., Mikitarenko M.A., Perelmuter A.V., Perelmuter M.A. SCAD office. Versiya 21. Vychislitelnyy kompleks SCAD++ [SCAD office. Edition 21. System SCAD++]. Moscow : SCAD SOFT, ASV Publ., 2015. 808 p. (rus)
  16. Vildeman V.E., Sokolkin Iu.V., Tashkinov A.A. Mekhanika neuprugogo deformirovaniia i razrusheniia kompozitcionnykh materialov. Pod red. Iu.V. Sokolkina [Mechanics of inelastic deformation and destruction composite materials]. Moscow: Nauka Publ., Fizmatlit Publ., 1997. 228 p. (rus)
  17. Perelmuter A.V., Slivker V.I. Raschetnyie modeli sooruzheniy i vozmozhnost ih analiza [Design models of structures and their analysis]. Moscow : SKADSOFT, ASV, DMK Press. 2011. 709 p. (rus).
  18. Kabantsev O.V., Tamrazyan A.G. Uchet izmeneniy raschetnoy skhemy pri analize raboty konstruktsii [Structural behavior analysis considering changes in design model]. Magazine of Civil Engineering. 2014. No. 5. Pp. 15–26. (rus).
  19. Burago N.G. Modelirovanie razrusheniia uprugoplasticheskikh tel [Destruction model of elastoplastic bodies]. Computational Continuum Mechanics. 2008. V. 1. No. 4. Pp. 5–20. (rus).
  20. Iliushin A.A. Mekhanika sploshnoi sredy [Mechanics of Continual]. MSU Publ.,1978. 287 p. (rus).
  21. Kabantsev O.V., Perelmuter A.V. Uchet izmeneniya zhestkostei elementov v protsesse montazha i ekspluatatsii [Element stiffness change during mounting and operation]. Magazine of Civil Engineering. 2015. No. 1. Pp. 6–14. (rus)
  22. Sergeev N.D. Raschet staticheski neopredelimyh sistem pri ih mnogokratnoy posledovatelnoy modifikacii [Calculation of statically indeterminate systems with their multiple sequential modification]. Stroit. mekh. i raschet sooruzhenii. 1975. No. 6. Pp. 11–16. (rus).
  23. Mazhid K.I. Optimal'noe proektirovanie konstruktsii [Optimum structural design]. Moscow : Vysshaya Shkola Publ., 1979. 237 p. (rus)
  24. Küpfer H.B. Das nicht-lineare Verhalten des Betons bei zweiachsiger Beanspruchung . Beton und Stallhbetonbau. 1973. No.11. Pp. 269–273.
  25. Sousa R., Sousa H., Guedes J. Diagonal compressive strength of masonry samples – experimental and numerical approach. Materials and Structures. 2013. No. 46. Pp. 765–786.
  26. Polyakov S.V., Safargaliyev S.M. Monolitnost kamennoy kladki [Monolithic masonry]. Alma-Ata. 1991. 160 p. (rus).
  27. Fattal S., Jokel F. Failure hypothesis for masonry shear walls. Proceedings of ASCE. 1976. V. 102. No. ST3. Pp. 515–532.
  28. Schubert P., Bohene D. Schubfestigkeit von Mauerwerk aus Leichtbetonsteinen. Das Mauerwerk Heft 3, Ernst & John. 2002. Pp. 98–102.
  29. Capozucca R. Shear behavior of historic masonry made of clay bricks. The Open Construction And Building Technology Journal. 2011. No. 5. (Suppl 1-M6). Pp. 89–96.

Статья | (844 Кб)