В статье рассмотрено построение нелинейных численных моделей двутавровых балок из сверхвысокопрочного бетона с использованием инструментов объектно-ориентированного программирования в среде OpenSees. Автором проведен анализ имеющейся экспериментальной базы данных и современных методов моделирования напряженно-деформированного состояния таких балок при действии поперечных сил. Описаны физико-механические характеристики сверхвысокопрочных бетонов и принципы подбора их составов. Дано описание программной платформы OpenSees и разработанной методики конечно-элементных расчетов, включающей создание новых классов материалов, основанных на диаграммах деформирования сверхвысокопрочного бетона, фибробетона и размещенной в них арматуры. Для моделирования поведения под нагрузкой стенок железобетонных балок применена деформационная модель SMM. Проведена калибровка моделей с использованием экспериментальных данных, что позволило уточнить параметры расчетной схемы и достичь высокой сходимости теоретических и опытных результатов. Выполнено сравнение расчетных и экспериментальных значений разрушающих поперечных сил, выявлена высокая точность предложенной конечно-элементной модели. В ходе расчета рассмотрены особенности прочности и деформативности двутавровых балок с фибровым и стержневым поперечным армированием. Сопоставление теоретических и экспериментальных графиков прогибов балок продемонстрировало способность модели корректно оценивать их напряженно-деформированное состояние на всех этапах нагружения. Полученные модели могут быть использованы при проектировании и расчете изгибаемых конструкций из сверхвысокопрочного бетона, а также при совершенствовании методов численного моделирования их поведения под нагрузкой.
The article examines the development of nonlinear numerical models of I-beams made of ultra-high-performance concrete using object-oriented programming tools in the OpenSees environment. The author analyzes the existing experimental database and existing methods for modeling the stress-strain state of such beams under shear force. The physical and mechanical properties of UHPC and the principles of mixture design are described. The article provides an overview of the OpenSees software platform and the developed finite element analysis methodology, which includes the creation of new material classes based on stress-strain diagrams for ultra-high-performance concrete, fiber-reinforced concrete, and embedded reinforcement. The Softened Membrane Model (SMM) is used to simulate the behavior of reinforced concrete beam webs under load. Model calibration was performed using experimental data, which allowed for refining the calculation scheme parameters and achieving a high degree of agreement between theoretical and experimental results. A comparison of calculated and experimental values of ultimate shear forces demonstrated the high accuracy of the proposed finite element model. The study also examines the strength and deformability characteristics of I-beams reinforced with both fiber and transverse reinforcement. A comparison of theoretical and experimental deflection curves demonstrated the model's ability to accurately assess the stress-strain state of beams at all loading stages. The developed models can be used in the design and analysis of flexural structures made of UHPC, as well as in improving numerical modeling methods for their behavior under loading.