Дослідження напружено-деформованого стану залізобетонних балок із гібридним армуванням

Abstract

У кваліфікаційній роботі досліджено напружено-деформований стан залізобетонних згинальних елементів із локальним гібридним армуванням на основі надпружного сплаву NiTi. Побудовано та верифіковано просторову нелінійну скінченно-елементну модель у ANSYS Workbench із використанням моделей Concrete Damage Plasticity для бетону та Shape Memory Alloy для вставки з нітинолу. Порівняльний аналіз класичної та гібридної схем армування показав, що на початковій стадії роботи відмінності жорсткості не є критичними, водночас на закритичній стадії гібридна схема забезпечує суттєве підвищення деформативності балки. Встановлено механізм формування «надпружного шарніра» та виявлено лімітуючий фактор руйнування — передчасне крихке роздроблення бетону стиснутої зони. Запропоновано інженерні рекомендації щодо підсилення цієї зони (непряме поперечне армування) і обґрунтовано доцільність застосування рішення для об’єктів критичної інфраструктури в межах підходу LCC.

The master’s thesis investigates the stress-strain state of reinforced concrete flexural elements with local hybrid reinforcement based on superelastic NiTi alloy. A spatial nonlinear finite element model was developed and validated in ANSYS Workbench using the Concrete Damage Plasticity model for concrete and the Shape Memory Alloy model for the nitinol insert. A comparative analysis of conventional and hybrid reinforcement schemes showed that, at the initial stage, stiffness differences are not critical, while at the post-critical stage the hybrid scheme provides a significant increase in beam deformability. The mechanism of a “superelastic hinge” formation was identified, and the governing failure mechanism was found to be premature brittle crushing of concrete in the compression zone. Engineering recommendations for strengthening this zone (indirect transverse reinforcement) were proposed, and the feasibility of the solution for critical infrastructure was justified within the life-cycle cost (LCC) approach.