Numerical studies of the resistance of concrete keyed joints with rectangular keys in reinforced concrete structures

Oksana Demchenko; Mykola Myshchenko

doi:10.26906/znp.2025.65.4202

Автор(и)

Оксана Демченко Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»
Микола Мищенко Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»

DOI:

https://doi.org/10.26906/znp.2025.65.4202

Ключові слова:

несуча здатність, залізобетонні шпонки, деформаційнна модель, числове моделювання

Анотація

Актуальним питання розрахунку елементів будівельних конструкцій залишається визначення несучої здатності з’єднань, у тому числі. бетонних шпонкових з'єднань у залізобетонних конструкціях. Незважаючи на єдиний принцип передачі навантаження через бетонне шпонкове з’єднання, його конфігурація може суттєво відрізнятися, що приводить до різних форм руйнування. Напружений стан матеріалу шпонкових з’єднань характеризується складною картиною розподілу напружень через особливості форми шпонки, особливості крайових умов, нелінійну роботу бетону в передруйнівній стадії та нелінійність умов контакту. Зважаючи на це, такі з’єднання слабо піддаються аналітичним методам досліджень або ж потребують значних спрощень схеми руйнування, що потребує верифікації експериментальними випробуваннями. Альтернативним варіантом дослідження міцності шпонкового з’єднання є використання методу скінченних елементів, який дає змогу отримати детальну картину розподілу напружень і деформацій. У статті досліджується опір шпонкових з’єднань із урахуванням геометричних параметрів стику, нелінійної роботи матеріалу шпонки, особливостей контактної взаємодії із елементами, що з’єднуються, тощо. Використано чисельне моделювання в ABAQUS із застосуванням моделі бетону CDP для прогнозування механізмів руйнування. Результати моделювання показують значний вплив на несучу здатність геометричних параметрів стику а також параметрів міцності бетону як на стиск так і на розтяг, особливостей контактної взаємодії із елементами, що з’єднуються.

Посилання

1. Dovzhenko O.O. Strength of keyed joints of concrete and reinforced concrete elements: experimental studies: Monograph. – Poltava: PoltNTU named after Yuri Kondratyuk, 2015. – 181 p.: ill., tables.

2. Dovzhenko O.O. Shear failure form realization in concrete / O.O. Dovzhenko, V.V. Pogrebnyi, I.A. Yurko // News the national academy of sciences of the republic of Kazakhstan. Series of geology and technical sciences. – Almaty: NAS RK, 2018. – № 2(428). – P. 55– 62.

3. Herfelt, M. A., Poulsen, P. N., Hoang, L. C., & Jensen, J. F. (2016). Numerical limit analysis of keyed shear joints in concrete structures. Structural Concrete, 17(3), 481-490. https://doi.org/10.1002/suco.201500161

4. Shamass, R., Zhou, X., & Alfano, G. (2015). Finite-Element Analysis of Shear-off Failure of Keyed Dry Joints in Precast Concrete Segmental Bridges. Journal of Bridge Engineering, 20, 04014084. https://doi.org/10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0000669

5. Hou W., Peng M., Jin B., Tao Y., Guo W., Zhou L., 2020, Influencing factors and shear capacity formula of single-key dry joints in segmental precast bridges under direct shear loading, Applied Sciences, 10(18), 6304. https://doi.org/10.3390/app10186304

6. Gan, H., Zhang, Q., Zhang, Y., Li, X., & Yu, D. (2025). Effects of Joint Configurations on Shear Behavior of Prefabricated Segmental Cap Beams. Buildings, 15(23), 4286. https://doi.org/10.3390/buildings15234286

7. Shen, C., Zhang, D., Liu, W., Fu, K., Wang, F., Wu, X., & Wang, D. (2024). Shear Capacity Model of Prefabricated Shear-Keyed Tooth Joints Under Confining Stress. Buildings, 14(12), 4042. https://doi.org/10.3390/buildings14124042.

8. Dassault Systèmes. Abaqus 202x Analysis User’s Manual, Section Concrete damaged plasticity.

9. DSTU-N B EN 1992-1-1:2010 “Eurocode 2. Design of reinforced concrete structures. Part 1-1. General rules and rules for structures” (EN 1992-1-1:2004, IDT). Kyiv: Minregionalbud of Ukraine, 2012. 311 p.

10. Comité Euro-International du Béton-Fédération International de la Précontrainte (CEB-FIP). CEB-FIP Model Code 2010: Design Code; Thomas Telford: London, UK, 2010.

11. Comité euro international du béton (CEB) та Fédération internationale de la précontrainte (FIP). CEB FIP Model Code 90: Model Code for Concrete Structures 1990. Bulletin No. 213/214, T. Telford Ltd., London, 1993.

12. Sümer, Y., & Aktaş, M. Defining parameters for concrete damage plasticity model, Challenge Journal of Structural Mechanics, Vol. 1, No. 3, pp. 149–155, 2015. https://doi.org/10.20528/cjsmec.2015.07.023

13. Ye, Q., Zhang, P., Ye, K., Wang, W., Li, Z., Gao, Y., Xie, T., & Liang, C. (2025). Experimental and Explicit FE Studies on Flexural Behavior of Superposed Slabs. Buildings, 15(10), 1758. https://doi.org/10.3390/buildings15101758.

14. Hussain I., Yaqub M., Ehsan A., Rehman S. U. Effect of Viscosity Parameter on Numerical Simulation of Fire Damaged Concrete Columns, Civil Engineering Journal, 5(8), 2019. https://doi.org/10.28991/cej-2019-03091376

15. Mahdi A. M. Impact of Failure-surface Parameters of Concrete Damage Plasticity Model on the Behavior of Reinforced Ultra-high Performance Concrete Beams, Periodica Polytechnica Civil Engineering, 67(2), pp. 495–504, 2023. https://doi.org/10.3311/PPci.21345