Метод многослойных треугольных конечных элементов для железобетонных плит перекрытия
- Авторы: Мавлуд Д.A.1, Коянкин А.А.1
-
Учреждения:
- Сибирский федеральный университет
- Выпуск: Том 21, № 5 (2025)
- Страницы: 441-461
- Раздел: Аналитические и численные методы расчета конструкций
- URL: https://ogarev-online.ru/1815-5235/article/view/380176
- DOI: https://doi.org/10.22363/1815-5235-2025-21-5-441-461
- EDN: https://elibrary.ru/DEEXQA
- ID: 380176
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Представлен усовершенствованный многослойный треугольный метод конечных элементов для моделирования железобетонных плит, учитывающий нелинейность материала на основе усовершенствованной глобально-локальной теории пластин. Поперечное сечение железобетонной плиты разбито на бетонные и стальные слои, представляющие собой отдельные элементы с различными свойствами материала. Предлагаемая формулировка независимо учитывает переменные поля смещений и компоненты напряжений вне плоскости, что позволяет точно устанавливать узловое напряжение с помощью определяющих соотношений. Для пространственной дискретизации используется треугольный элемент с тремя узлами, поддерживающий непрерывность порядка C1, а основные уравнения получены с использованием теории многослойных треугольных пластин. Сравнительные проверочные исследования подтвердили точность вычислений и эффективность метода, при этом погрешность результатов расчета прогиба составляет от 2,59 % (минимум) до 11,2 % (максимум). Всесторонние численные эксперименты демонстрируют, что предложенный метод многослойных треугольных конечных элементов обеспечивает высокую точность решений при значительном снижении вычислительных затрат.
Об авторах
Дара A. Мавлуд
Сибирский федеральный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: dara.mawloud@univsul.edu.iq
ORCID iD: 0009-0003-2819-3107
магистрант кафедры строительных конструкций и управляемых систем, Инженерно-строительный институт
Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, д. 79Александр Александрович Коянкин
Сибирский федеральный университет
Email: KoyankinAA@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5271-9904
SPIN-код: 2779-8314
кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций и управляемых систем, Инженерно-строительный институт
Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, д. 79Список литературы
- Le C.V., Ho V.Q., Ho P.L.H., Nguyen P.H. Limit state analysis of thin plates and slabs by a numerical pseudo-lower yield design approach. Thin-Walled Structures. 2022;172:108852. https://doi.org/10.1002/suco.202100532 EDN: BXJDTD
- Issa M.S., Metwally I.M., Elzeiny S.M. Influence of fibers on flexural behavior and ductility of concrete beams reinforced with GFRP rebars. Engineering Structures. 2011;33:1754-1763. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2011.02.014
- Amirkhani S., Lezgy Nazargah M. Nonlinear finite element analysis of reinforced concrete columns: Evaluation of different modeling approaches for considering stirrup confinement effects. Structural Concrete. 2022;23:2820-2836. https://doi.org/10.1002/suco.202100532 EDN: BXJDTD
- Yeganeh-Salman A., Lezgy-Nazargah M. Evaluating the accuracy of mass scaling method in non-linear quasi-static finite element analysis of RC structures. Structural Engineering and Mechanics. 2023;85:485-500. https://doi.org/10.12989/SEM.2023.85.4.485
- Szilard R. Theories and applications of plate analysis: classical, numerical, and engineering methods. Hoboken, NJ: John Wiley; 2004.
- Werkle H. Finite elements in structural analysis: Theoretical concepts and modeling procedures in statics and dynamics of structures. Cham: Springer International Publ.; 2021. https://doi.org/10.1007/978-3-030-49840-5
- Harmon T.G., Zhangyuan N. Shear strength of reinforced concrete plates and shells determined by finite element analysis using layered elements. J Struct Eng. 1989;115:1141-1157. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1989)115: 5(1141)
- Polak M.A. Modeling punching shear of reinforced concrete slabs using layered finite elements. SJ. 1998;95(1): 71-80. https://doi.org/10.14359/528
- Mahmood D., Rafiq S., Adbullah M. Nonlinear 3D Finite element model for square composite columns under various parameters. Iraqi Journal of Civil Engineering. 2022;16:19-28. https://doi.org/10.37650/ijce.2022.172882 EDN: NRXGDK
- Mawlood D., Rafiq S. Nonlinear 3D Finite element model for round composite columns under various eccentricity loads. Engineering and Technology Journal. 2022;40:1605-1614. https://doi.org/10.30684/etj.2022.133106.1168 EDN: QTWLPF
- Mittelstedt C. Basics of elasticity theory. Theory of plates and shells. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg; 2023. p. 3-57. https://doi.org/10.1007/978-3-662-66805-4_1
- Timošenko S.P., Woinowsky-Krieger S. Theory of plates and shells. 2nd. ed., [Nachdr.]. New York: McGraw-Hill; 1996.
- Oñate E. Structural analysis with the finite element method: linear statics. Dordrecht London: Springer; 2009.
- Jiang J., Mirza F.A. Nonlinear analysis of reinforced concrete slabs by a discrete finite element approach. Computers & Structures. 1997;65:585-592. https://doi.org/10.1016/S0045-7949(94)E0269-8
- Saiah B., Bachene M., Guemana M., Chiker Y., Attaf B. On the free vibration behavior of nanocomposite laminated plates contained piece-wise functionally graded graphene-reinforced composite plies. Engineering Structures. 2022; 253:113784. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113784 EDN: IKFKRC
- Rodrigues Da Silva A., Paulo De Souza Rosa J. Nonlinear numerical analysis of prestressed concrete beams and slabs. Engineering Structures. 2020;223:111187. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111187 EDN: AYEZIR
- Van Vinh P., Avcar M., Belarbi M.-O., Tounsi A., Quang Huy L. A new higher-order mixed four-node quadrilateral finite element for static bending analysis of functionally graded plates. Structures. 2023;47:1595-1612. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.11.113 EDN: GLXCXE
- Cinefra M., Kumar S.K., Carrera E. MITC9 Shell elements based on RMVT and CUF for the analysis of laminated composite plates and shells. Composite Structures. 2019;209:383-90. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.10.039 EDN: WUDZCK
- Moleiro F., Mota Soares C.M., Mota Soares C.A., Reddy J.N. A layerwise mixed least-squares finite element model for static analysis of multilayered composite plates. Computers & Structures. 2011;89:1730-1742. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2010.10.008
- Liguori F.S., Corrado A., Bilotta A., Madeo A. A layer-wise plasticity-based approach for the analysis of reinforced concrete shell structures using a mixed finite element. Engineering Structures. 2023;285:116045. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.116045 EDN: XEVDXS
- Wang R., Fang Z., Lezgy-Nazargah M., Khosravi H. Nonlinear analysis of reinforced concrete slabs using a quasi-3D mixed finite element formulation. Engineering Structures. 2023;294:116781. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023. 116781 EDN: HKKQXZ
- Zhang Y.-G., Lu M.-W., Hwang K.-C. Finite element modeling of reinforced concrete structures. Finite Elements in Analysis and Design. 1994;18:51-8. https://doi.org/10.1016/0168-874X(94)90089-2
- Zhang Y.X., Bradford M.A., Gilbert R.I. A new triangular layered plate element for the non-linear analysis of reinforced concrete slabs. Commun Numer Meth Engng. 2005;22:699-709. https://doi.org/10.1002/cnm.840
- Willam K., Pramono E., Sture S. Fundamental issues of smeared crack models. In: Shah SP, Swartz SE, editors. Fracture of Concrete and Rock. New York, NY: Springer New York; 1989. p. 142-157. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-3578-1_15
- Mohamed M.S., Thamboo J.A., Jeyakaran T. Experimental and numerical assessment of the flexural behaviour of semi-precast-reinforced concrete slabs. Advances in Structural Engineering. 2020;23:1865-1879. https://doi.org/10.1177/1369433220904011 EDN: GDQHBJ
- Nurmi S., Hoult N.A., Howell S.D. Distributed strain monitoring of two-way slabs. Engineering Structures. 2019;189:580-588. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.04.002
- Xiao Y., Li B., Fujikake K. Experimental study of reinforced concrete slabs under different loading rates. ACI Structural Journal. 2016;113. https://doi.org/10.14359/51688067
Дополнительные файлы

