Determination of Load-Bearing Capacity and Development of Strengthening Measures for Reinforced Concrete Beams of a Paperboard Machine Using Non-Linear Analysis Methods
DOI:
https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2025-14(24)-20Keywords:
Loadbearing capacity, reinforced concrete beam, non-linear analysis, strengthening, LIRA-CAD, finite element method.Abstract
The article presents the results of an analysis regarding the situation that arose due to the need to inspect the reinforced concrete foundation structures of a paperboard machine at the Lutsk Cardboard and Paper Mill. This necessity is driven by production modernization, the planned technical re-equipment of the production line, and the increased load on the structures, which requires a thorough analysis of the load-bearing capacity of the existing structures and the development of strengthening measures.
As part of the study, the behavior of the main load-bearing reinforced concrete beam was modeled in detail using the LIRA-CAD software package, utilizing the finite element method (FEM) with non-linear analysis. A 3D spatial model was created, taking into account the actual material deformation characteristics determined during the preliminary structural inspection. This calculation allowed for the determination of highly accurate values for internal forces and displacements within the beam elements. The results confirmed preliminary assumptions regarding the exhaustion of the load-bearing capacity of the paperboard machine's support beams during the technical re-equipment. Consequently, this confirmed the need to develop and verify effective measures to strengthen the structure's load-bearing capacity.
Such solutions were proposed in this work in the form of a steel support frame structure with struts (braces), resting on the foundations. The primary objective of the strengthening frame was to reduce the structure's clear span length and the magnitude of shear forces in the beam. This scheme was incorporated into the 3D analytical beam model and verified through non-linear analysis. The calculation results confirmed the effectiveness of this scheme, demonstrating a significant reduction in shear and normal stresses in the beam elements (by 52-54%), as well as a 70% reduction in deflections.
Downloads
References
1. ДСТУ 9273:2024. Настанова щодо обстеження будівель і споруд для визначення та оцінювання їхнього технічного стану. Механічний опір та стійкість.
2. ДБН В.1.2-14:2018. Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об’єктів. Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель і споруд.
3. ДБН В.2.6-98:2009 Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення. Зі Зміною № 1
4. ДСТУ Б В.2.6.-156:2010. Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування. [Чинний від 2011-06-01]. Київ, 2011. – с. 123. (Державний стандарт України).
5. Бабич Є. М., Бабич В. Є., Савицький В. В. Розрахунок нерозрізних залізобетонних балок із використанням деформаційної моделі: рекомендації. Рівне : НУВГП, 2018. 34 с.
6. Babych Y. M., Andriichuk O. V., Kysliuk D. Y., Ninichuk M.V. Experimental Research of Strength Characteristics of Continuous Reinforced Concrete Beams with Combined Reinforcement, and Modelling Their Work by the Finite Element Method. Proceedings of EcoComfort 2020. Lecture Notes in Civil Engineering. 2020. Vol. 100. P. 18–25. DOI: 10.1007/978-3-030-57340-9_3 (Scopus).
7. Krantovska O, et al. (2023). Modeling of the stress-strain state of a continuous reinforced concrete beam in ANSYS mechanical. TRANSBUD - 2021. AIP Conf. Proc., 2684(1), 030021. https://doi.org/10.1063/5.0142710 .
8. ДСТУ Б В.3.1-2:2016 Ремонт і підсилення несучих і огороджувальних будівельних конструкцій та основ будівель і споруд.
9. Барабаш М.С. Комп’ютерні технології проектування металевих конструкцій: Навчальний посібник /М.С. Барабаш, С.В. Козлов, Д.В. Медведенко.. – К.: НАУ, 2012. – 572 с.
10. Програмний комплекс для автоматизованого проектування і розрахунку будівельних конструкцій ЛІРА-САПР. https://www.liraland.ua/




