РОЗРАХУНОК ЦИЛІНДРИЧНОГО КОЛОДЯЗЯ ЧИСЕЛЬНО-АНАЛІТИЧНИМ МЕТОДОМ ГРАНИЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ
DOI:
https://doi.org/10.32347/2077-3455.2025.71.670-680Ключові слова:
залізобетон, фібробетон, колодязь, циліндрична оболонка, метод граничних елементівАнотація
Розроблено алгоритм застосування чисельно-аналітичного методу граничних елементів до розрахунку залізобетонних та фібробетонних циліндричних колодязів, які з точки зору будівельної механіки є довгими циліндричними оболонками. Для аналізу роботи циліндричних оболонок рекомендувалося кілька способів. Аналіз літератури показує, що розробці нових методів розрахунку залізобетонних та сталефібробетонних циліндричних оболонок приділяється дуже мало уваги, тому цей напрямок є актуальним. Сутність запропонованого методу полягає в початковій дискретизації лінійної системи на найпростіші модулі. Після аналізу стану всіх модулів системи виконується їх синтез і зворотний перехід до системи, що розглядається. Під модулем розуміється стрижень – для стрижневих систем та узагальнений стрижень – для пластинчастих та оболонкових систем. Кожен модуль як одномірне фізичне тіло має тільки дві граничні точки. Метод спирається вирішення диференціальних рівнянь завдання у вигляді методів початкових параметрів.Рішення задачі зводиться до розв'язання однієї системи лінійних рівнянь алгебри і обчислення напружено-деформованого стану у внутрішніх точках стрижнів за співвідношенням методу початкових параметрів. Така схема рішення забезпечує отримання дуже точних і достовірних результатів, які можна уявити засобами MATLAB або іншого середовища.
Реалізація запропонованого методу дозволяє отримати кінематичні та статичні параметри напружено-деформованого стану оболонки залізобетонних або фібробетонних циліндричних колодязів при будь-яких навантаженнях та граничних умовах.
Надалі авторами планується розв'язання поставленої задачі методом скінченних елементів у якийсь інженерній програмі (наприклад, у пакеті ANSYS) з метою оцінки точності розробленого алгоритму.
Посилання
Список літератури:
Dick, C. P., Korkolis, Y. P. Mechanics and full-field deformation study of the Ring Hoop Tension Test // International Journal of Solids and Structures. 2014. Vol.51, № 18. P. 3042–3057. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2014.04.023 (англійською).
Szymczak-Graczyk A. Selected aspects of the design and construction of reinforced concrete sunk wells // Acta Scientiarum Polonorum. Architectura. 2022. Vol. 21, No. 3. P. 43–54. DOI: https://doi.org/10.22630/ASPA.2022.21.3.21 (англійською).
Давиденко М. О. Розрахунок міцності фібробетонних елементів кільцевого перерізу нормального до поздовжньої осі за деформаційним методом // Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. Серія: Техніка та енергетика АПК. 2014. Вип. 196 (3). С. 105–108.
Андрійчук О. В. Робота і розрахунок елементів кільцевого перерізу зі сталефібробетону при повторних навантаженнях: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.23.01 «Будівельні конструкції, будівлі та споруди». Львів, 2008. 20 с.
Андрійчук О.В., Бабич Є.М. Сталефібробетонні безнапірні труби: монографія. Луцьк: РВВ Луцького НТУ, 2012. 150 с.
Бабич Є. М., Андрійчук О. В. Вплив повторних навантажень на роботу сталефібробетонних елементів кільцевого перерізу. // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. пр. Рівне: НУВГП, 2010. Вип. 20. С. 125–132.
Бабич Є. М., Дробишинець С. Я. Робота і розрахунок згинальних сталефібробетонних елементів: монографія. Луцьк: ЛНТУ, 2012. 194 с.
Крутій Ю. С., Сур’янінов М. Г., Чучмай О. М. Методи розрахунку циліндричних оболонок: монографія. Одеса: ОДАБА, 2018. 182 с.
Кан С. Н., Каплан Ю. І. Розрахунок циліндричних оболонок покриттів будівель. К.: Вища школа, 1973. 244 с.
Tanaka M., Mashita K. 集中荷重を受ける単配筋鉄筋コンクリート造円筒殻の修復耐力 [Retrofitted strength of concrete cylindrical shells reinforced with single layer under concentrated load] // Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ). 2010. Vol. 75, No. 655. P. 1681–1689. DOI: https://doi.org/10.3130/aijs.75.1681 (японською).
Карпов В. В., Семенов А. А. Математическая модель деформирования подкрепленных ортотропных оболочек вращения [Mathematical model of deformation of orthotropic reinforced shells of revolution] // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 5(40). С. 100–106. DOI: https://doi.org/10.5862/MCE.40.11 (російською)
Li S., Kim D. K., Liang Q. Q. Fibre-Based modelling for predicting the progressive collapse of cylindrical shells under combined axial compression and bending moment // Engineering Structures. 2022. Vol. 272. Article 114988. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114988 (англійською).
Li R., Yang M., Liang B. A new and convenient method for strength evaluation of cracked cylindrical shell based on the ratio of crack tip stresses // Structures. 2023. Vol. 52. P. 146–157. DOI: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.03.130 (англійською).
ДСТУ Б В.2.6-106:2010. Конструкції бетонні і залізобетонні для колодязів каналізаційних, водопровідних і газопровідних мереж. Київ : Мінрегіон України, 2011. 24 с.
RILEM TC 162-TDF. Test and design methods for steel fibre reinforced concrete. Design of steel fibre reinforced concrete using the σ-w method: principles and applications // Materials and Structures / Matériaux et Constructions. 2002. Vol.35, June. P. 262–278. (англійською).
EN 1992-1-4: Eurocode 2: Design of concrete structures. Brussels: European Committee for Standardization, 2006. 67 p. (англійською).
Дащенко А. Ф., Коломієць Л. В., Оробей В. Ф., Сур'янінов М. Г. Чисельно-аналітичний метод граничних елементів: у 2 т. Т. 1. Одеса: ВМВ, 2010. 416 с. Т.2. Одеса: ВМВ, 2010. 512 с.
Оробей В. Ф., Сур'янінов М. Г. Практикум щодо вирішення крайових завдань механіки : навч. посіб. для студентів техн. спец. Одеса: Астропринт, 2011. 408 с.
Сур’янінов М. Г., Крутій Ю. С. Згин кругової циліндричної оболонки зі змінною товщиною // Вісник Хмельницького національного університету. 2016. № 2 (235). С. 116–121.
Referenses
Dick, C.P., & Korkolis, Y.P. (2014). Mechanics and full-field deformation study of the Ring Hoop Tension Test. International Journal of Solids and Structures, 51(18), 3042–3057. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2014.04.023. (in English)
Szymczak-Graczyk, A. (2022). Selected aspects of the design and construction of reinforced concrete sunk wells. Acta Scientiarum Polonorum. Architectura, 21(3), 43–54. https://doi.org/10.22630/ASPA.2022.21.3.21 (in English)
Davydenko, M. O. (2014). Rozrakhunok mitsnosti fibrobetonnykh elementiv kiltsevoho pererizu normalnoho do pozdovzhnoi osi za deformatsiinym metodom (Strength calculation of fiber concrete ring-shaped elements perpendicular to the longitudinal axis using the deformation method). Naukovyi visnyk Natsionalnoho universytetu biorresursiv i pryrodokorystuvannia Ukrainy. Seriia: Tekhnika ta enerhetyka APK, (196)3, 105–108. (in Ukrainian)
Andriichuk, O. V. (2008). Robota i rozrakhunok elementiv kiltsevoho pererizu zi stalefibrobetonu pry povtornykh navantazhenniakh: avtoreferat dysertatsii na zdobuttia naukovoho stupenia kandydata tekhnichnykh nauk [Performance and calculation of ring-section elements made of steel fiber concrete under repeated loads: Abstract of dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences]. Lviv, 20 p. (in Ukrainian)
Andriichuk, O. V., & Babych, Ye. M. (2012). Stalefibrobetonni beznapirni truby: monohrafiia [Steel fiber reinforced non-pressure pipes: Monograph]. Lutsk: RVV Lutsk National Technical University. (in Ukrainian)
Babych, Ye. M., & Andriichuk, O. V. (2010). Vplyv povtornykh navantazhenʹ na robotu stalefibrobetonnykh elementiv kilʹtsevoho pererizu [Effect of repeated loads on the behavior of steel fiber reinforced circular elements]. Resursoekonomni materialy, konstruktsii, budivli ta sporudy. (20), 125–132. (in Ukrainian)
Babych, Ye. M., & Drobishynetsʹ, S. Ya. (2012). Robota i rozrakhunok zhynalʹnykh stalefibrobetonnykh elementiv: Monohrafiia [Behavior and design of flexural steel-fiber-reinforced concrete elements: Monograph]. Lutsk: LNTU. (in Ukrainian)
Krutii, Yu. S., Suriianinov, M. H., & Chuchmai, O. M. (2018). Metody rozrakhunku tsylindrychnykh obolonok: Monohrafiia [Methods of calculating cylindrical shells: Monograph]. Odesa: ODABA. (in Ukrainian)
Kan, S. N., & Kaplan, Yu. I. (1973). Rozrakhunok tsylindrychnykh obolonok pokryttiv budivel [Calculation of cylindrical shells for building roofs]. Kyiv: Vyshcha shkola. (in Ukrainian)
Tanaka, M., & Mashita, K. (2010). Retrofitted strength of concrete cylindrical shells reinforced with single layer under concentrated load. Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ), 75(655), 1681–1689. https://doi.org/10.3130/aijs.75.1681 (in Japanese).
Karpov, V. V., & Semenov, A. A. (2013). Mathematical model of deformation of orthotropic reinforced shells of revolution. Magazine of Civil Engineering, (5), 100–106. https://doi.org/10.5862/MCE.40.11 (in Russian)
Li, S., Kim, D. K., & Liang, Q. Q. (2022). Fibre-Based modelling for predicting the progressive collapse of cylindrical shells under combined axial compression and bending moment. Engineering Structures, 272, 114988. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114988 (in English)
Li, R., Yang, M., & Liang, B. (2023). A new and convenient method for strength evaluation of cracked cylindrical shell based on the ratio of crack tip stresses. Structures, 52, 146–157. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.03.130 (in English)
Derzhavniy standart Ukrainy. (2011). DSTU B V.2.6-106:2010. Konstruktsii betonni i zalizobetonni dlia kolodiaziv kanalizatsiinykh, vodoprovidnykh i hazoprovidnykh merezh (Concrete and reinforced concrete structures for sewerage, water supply and gas pipeline networks). Kyiv: Minrehion Ukrainy. (in Ukrainian)
RILEM TC 162-TDF. (2002). Design of steel fibre reinforced concrete using the σ-w method: Principles and applications. Materials and Structures / Matériaux et Constructions, 35(June), 262–278. https://www.rilem.net/images/publis/1337.pdf (in English)
EN 1992-1-4. (2006). Eurocode 2: Design of concrete structures. Brussels: European Committee for Standardization. (in English)
Dashchenko, A. F., Kolomiiets, L. V., Orobei, V. F., & Sur’ianinov, M. H. (2010). Chyslenno-analitychnyi metod hranichnykh elementiv [Numerical-analytical boundary element method] (Vol. 1). Odesa: VMV. (Vol. 2). Odesa: VMV. (in Ukrainian)
Orobei, V. F., & Sur’ianinov, M. H. (2011). Praktykum shchodo vyryshennia kraiovykh zavdan mekhaniky [Workshop on solving boundary value problems in mechanics]. Odesa: Astroprint. (in Ukrainian)
Surianinov, M.G. & Krutii, Yu. S. (2016) Zgin krugovoyi tsilindrichnoyi obolonki zi zminnoyu tovschinoyu. [Bending of a circular cylindrical shell with a changeable thickness] // Bulletin of Khmelnitsky National University, (2[235]), 116–121. (in Ukrainian)
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Сур’янінов Микола Георгійович, Сур’янінов Вячеслав Миколайович
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
