CALCULATION OF A CYLINDRICAL WELL BY THE NUMERICAL-ANALYTICAL BOUNDARY ELEMENT METHOD
DOI:
https://doi.org/10.33042/2522-1809-2025-1-189-498-502Keywords:
reinforced concrete, fiber concrete, well, cylindrical shell, boundary element methodAbstract
An algorithm for applying the numerical-analytical boundary element method to the calculation of reinforced concrete and fiber-reinforced concrete cylindrical wells has been developed.
Elements of round or annular cross-section are used in many engineering structures, such as pressure and non-pressure pipes, power line supports, water towers, wells for various purposes, etc. Modern construction requires new effective materials. One of them is steel-fiber concrete, which allows to improve such characteristics of concrete as crack resistance, frost resistance, tensile strength, bending, torsion, etc. The use of fiber allows to change the nature of the destruction process. Unlike conventional concrete, in which this process occurs almost instantly, brittle destruction does not occur in fiber-reinforced concrete, and the structure continues to resist the load, and the nature of the destruction changes from brittle to ductile.
Methods for calculating concrete and fiber-reinforced concrete wells are the subject of many studies. A special place is occupied by cylindrical wells, which from the point of view of structural mechanics are long cylindrical shells. Analysis of the literature shows that the development of new methods for calculating reinforced concrete and steel-fiber-reinforced concrete cylindrical shells is given very little attention, so this direction is quite relevant.
The solution of the problem by the proposed method is reduced to solving one system of linear algebra equations and calculating the stress-strain state at the internal points of the rods by the ratio of the initial parameter method. Such a solution scheme provides very accurate and reliable results that can be presented using MATLAB or another environment.
The implementation of the proposed method allows you to obtain kinematic and static parameters of the stress-strain state of the shell of reinforced concrete or fiber-reinforced concrete cylindrical wells under any loads and boundary conditions.
In the future, the authors plan to solve the problem using the finite element method in some engineering program (for example, in the ANSYS package) in order to assess the accuracy of the developed algorithm.
References
Dick, C. P., & Korkolis, Y. P. (2014). Mechanics and fullfield deformation study of the Ring Hoop Tension Test. International Journal of Solids and Structures, 51(18), 3042–3057. doi:10.1016/j.ijsolstr.2014.04.023
Szymczak-Graczyk, Anna. (2023). Selected aspects of the design and construction of reinforced concrete sunk wells. ACTA SCIENTIARUM POLONORUM - Architectura Budownictwo. 21. 10.22630/ASPA.2022.21.3.21.
Давиденко М. О. Розрахунок міцності фібробетонних елементів кільцевого перерізу нормального до поздовжньої
осі за деформаційним методом / М. О. Давиденко //Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. Серія : Техніка та енергетика АПК. - 2014. - Вип. 196(3). - С. 105-108.
Андрійчук О. В. Робота і розрахунок елементів кільцевого перерізу зі сталефібробетону при повторних навантаженнях : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.23.01 „Будівельні конструкції, будівлі та споруди” / О. В. Андрійчук. Львів, 2008. 20 с.
Андрійчук О.В. Сталефібробетонні безнапірні труби: монографія / О.В. Андрійчук, Є.М. Бабич. Луцьк: РВВ Луцького НТУ, 2012. 150 с.
Бабич Є. М. Вплив повторних навантажень на роботу сталефібробетонних елементів кільцевого перерізу / Є.М. Бабич, О.В. Андрійчук // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: збірник наукових праць. Рівне: НУВГП, 2010. Випуск 20. С. 125–132.
Бабич Є. М. Робота і розрахунок згинальних сталефібробетонних елементів: монографія / Є. М. Бабич, С. Я. Дробишинець. Луцьк: ЛНТУ, 2012. 194 с.
Крутій Ю.С. Методи розрахунку циліндричних оболонок. Монографія/ Крутій Ю.С., Сур’янінов М.Г., Чучмай О.М.// Одеса: ОДАБА, 2018, 182 с.
Кан С.Н., Каплан Ю.І., Розрахунок циліндричних оболонок покриттів будівель. Рік: 1973р. Видавництво: Вища школа 244 с.
Tanaka, Masafumi & Mashita, Kazuhiko. (2010). Retrofitted strength of concrete cylindrical shells reinforced with single layer under concentrated load. Journal of Structural and Construction Engineering (Transactions of AIJ). 75. 1681-1689. 10.3130/aijs.75.1681.
Karpov, Vladimir & Semenov, Alexey. (2013). Mathematical model of deformation of orthotropic reinforced shells of revolution. Magazine of Civil Engineering. 40. 100-106. 10.5862/MCE.40.11.
Shen Li, Do Kyun Kim, Qing Quan Liang. Fibre-Based modelling for predicting the progressive collapse of cylindrical shells under combined axial compression and bending moment,Engineering Structures, Volume 272, 2022, 114988, ISSN 0141-0296, doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114988.
Rong Li, Meng Yang, Bin Liang. A new and convenient method for strength evaluation of cracked cylindrical shell based on the ratio of crack tip stresses. Structures, Volume 52, 2023, Pages 146-157, ISSN 2352-0124, https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.03.130.
ДСТУ Б В. 2.6-106:2010 Конструкції бетонні і залізобетонні для колодязів каналізаційних, водопровідних і газопровідних мереж. Київ. Мінрегіонбуд України. 2011. 24 с.
RILEM, 2002, “Test and design methods for steel fiber reinforced concrete. Design of steel fiber reinforced concrete using the σ-w method: principles and applications”. Materials and Structures/Mat6riaux et Constructions,Vol.33, March 2000.36 p.
EN 1992-1-4: Eurocode 2: Design of concrete structures.
Дащенко А.Ф., Коломієць Л.В., Оробей В.Ф., Сур'янінов М.Г. Чисельно-аналітичний метод граничних елементів. Одеса: ВМВ, 2010. У 2-х томах. Т.1. 416 с. Т.2. 512 с.
Оробей В.Ф., Сур'янінов М.Г. Практикум щодо вирішення крайових завдань механіки: Навчальний посібник для студентів технічних спеціальностей. Одеса: Астропринт, 2011. 408 с.
Сур’янінов, М.Г. Згин кругової циліндричної оболонки зі змінною товщиною/ М.Г. Сур’янінов, Ю.С. Крутій// Вісник Хмельницького національного університету. 2016. №2 (235). С. 116-121.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
The authors who publish in this collection agree with the following terms:
• The authors reserve the right to authorship of their work and give the magazine the right to first publish this work under the terms of license CC BY-NC-ND 4.0 (with the Designation of Authorship - Non-Commercial - Without Derivatives 4.0 International), which allows others to freely distribute the published work with a mandatory reference to the authors of the original work and the first publication of the work in this magazine.
• Authors have the right to make independent extra-exclusive work agreements in the form in which they were published by this magazine (for example, posting work in an electronic repository of an institution or publishing as part of a monograph), provided that the link to the first publication of the work in this journal is maintained. .
• Journal policy allows and encourages the publication of manuscripts on the Internet (for example, in institutions' repositories or on personal websites), both before the publication of this manuscript and during its editorial work, as it contributes to the emergence of productive scientific discussion and positively affects the efficiency and dynamics of the citation of the published work (see The Effect of Open Access).
