В статье рассмотрены два метода конечно-элементного моделирования двухслойных железобетонных балок с высокопрочным бетоном в сжатой зоне в программном комплексе Лира-САПР: с применением стержневой модели и с применением объемных конечных элементов. В обоих случаях расчет выполнялся с учетом физической и геометрической нелинейности. Характеристики материалов принимались по результатам испытаний образцов арматуры и бетона, а диаграммы работы материалов приняты в соответствии с действующими российскими нормами. Нагрузка на балки прикладывалась равными долями. В ходе нагружения фиксировались прогибы, относительные деформации, момент трещинообразования и высота сжатой зоны. Интерпретация результатов производилась на основании испытаний образцов железобетонных балок, имеющих различное продольное армирование на чистый изгиб. В результате, стержневая конечно-элементная модель в качестве метода расчета двухслойных балок показала себя неудовлетворительно. Значения предельных моментов сильно отличаются от полученных в ходе испытаний. Причем эти отличия могут быть как в одну, так и в другую сторону, и в ряде случаев достигают 22 % от фактических. Значения же прогибов во всех расчетах были заниженными. Результаты расчетов с применением объемных конечных элементов с большой степенью точности совпали с результатами, полученными в ходе натурных испытаний. Наибольшее отклонение предельного момента по расчету в Лира-САПР от экспериментального составило 6,4 % для одной из балок. В остальных же случаях точность расчета находится в пределах погрешности. Характер разрушения балок соответствует результатам испытаний. Отклонение величины прогибов от фактических не превысили 14,42 %. Законы деформирования принятые при описании поведения материалов многослойной балки позволяют получить результаты расчета с достаточно высокой точностью.
The article considers two methods of finite element modeling of two-layer reinforced concrete beams with high-strength concrete in a compressed zone in the Lira-SAPR software: using bar and 3D finite elements. In both cases, the calculation was performed taking into account material and geometric nonlinearity. Characteristics of materials were taken based on the results of testing of rebars and concrete samples. Stress-strain diagrams for materials were taken in accordance with the current Russian standards. The load on the beams was applied gradually in equal proportions. During loading, deflections, strain, the moment of crack formation, and the height of the compressed zone were recorded. The interpretation of the results was made on the basis of tests of the samples of reinforced concrete beams with various longitudinal reinforcement for bending. As a result, the model with bar finite elements proved to be unsatisfactory as a method for calculating two-layer beams. The values of the ultimate moments differed considerably from those obtained during the tests and in some cases reached 22 % of the actual ones. The deflections were lower than in fact. In contrast, the results of the calculations using 3D finite elements with a high degree of accuracy coincided with the real tests. The largest deviation of the ultimate moment according to the calculation in Lira-SAPR from the experimental one was 6,4 % for one of the beams. In other cases, the accuracy of the calculation was within the acceptable error. The mechanism of the destruction of the beams corresponded to the test results. The deflection deviation from the actual values did not exceed 14,42 %. The stress-strain diagrams used in the research enable to analyse the work of multilayer beams with high accuracy.