Представлена аналитическая методика и алгоритм расчета параметров деформирования и ширины раскрытия трещин железобетонных внецентренно сжатых и закручиваемых элементов из легкого высокопрочного железобетона, основанная на уравнениях статики для пространственного сечения, гипотезе о пространственной поверхности трещинообразования и учете деформационного эффекта для берегов трещи пересекаемых арматурным стержнем. Выполнено сопоставление аналитических и экспериментальных данных параметров деформирования и раскрытия пространственной трещины рассматриваемых конструкций. Экспериментальные исследования конструкций проведены на образцах из легкого бетона классов В40 и В65 с прямоугольным сечением 100×50 мм. Установлено, что характер разрушения конструкций носит хрупкий по прогрессирующей при нагружении единичной пространственной трещине. Сопоставление расчетных значений ширины раскрытия трещин по предложенной методике и данным эксперимента показало удовлетворительную сходимость предлагаемой расчетной модели. Показана необходимость учета дискретного характера трещинообразования и деформационного эффекта при оценке ширины раскрытия трещин для конструкций из легких высокопрочных бетонов.

Статья посвящена актуальным проблемам определения деформационных характеристик высокопрочных бетонов (В60–В100) в составе железобетонных конструкций. На основе обширных экспериментальных данных авторы демонстрируют несоответствие нормативных подходов СП 63.13330 и ГОСТ 24544, разработанных для бетонов обычной прочности, современным самоуплотняющимся модифицированным составам. Показано, что понижающий коэффициент 0,85 к модулю упругости для кратковременных нагрузок завышен и требует дифференциации по классу бетона. Выявлены значительные расхождения в методиках расчёта предельных деформаций ползучести и коэффициентов ползучести, особенно при учёте влажности. Предложены уточнённые значения и рекомендации по корректировке нормативных документов, а также обозначены перспективные направления дальнейших исследований релаксационных процессов и запредельного деформирования.

Современные конструкции зданий и сооружений, выполненные из бетона, железобетона и сталежелезобетона, как правило, работают в условиях сложного напряженного состояния, что приводит к изменению их прочностных характеристик. В случае многоосного сжатия бетона происходит увеличение его прочностных показателей, что может быть выгодно использовано при расчетах и проектировании конструкций. В связи с недостаточной проработкой вопроса в современной научно-технической и нормативной литературе был подготовлен эксперимент по изучению особенностей поведения современных, в том числе высокопрочных, бетонов в условиях многоосного напряженного состояния. Были исследованы образцы с внешним листовым армированием. Оценка особенности работы бетона при сложном многоосном напряженном состоянии выполнена на основе результатов экспериментальных исследований и анализа существующего мирового опыта. Представлено описание исследуемых моделей, приведены особенности использованных при изготовлении моделей материалов и их характеристики. Приведены данные об экспериментальном оборудовании, схеме испытания и нагружения конструкций. Представлены общие виды и характер разрушения, графические результаты испытаний. Выполнено сравнение теоретических и экспериментальных данных.

В статье рассматривается методика вероятностного расчета железобетонной балки конечной длины, свободно лежащей на стохастическом упругом основании с двумя коэффициентами постели при действии случайно распределенной вибрационной нагрузки. Коэффициенты постели и внешняя нагрузка рассматриваются как случайные гауссовские стационарные функции координаты балки с заданными корреляционными функциями. Для решения дифференциального уравнения вынужденных колебаний балки используется обобщенный метод Бубнова-Галеркина в сочетании с статистическим методом Монте-Карло. Учет трещинообразования выполняется по двухэтапной схеме. На первом этапе определяется напряженно-деформированное состояние балки без трещин и выявляются сечения, в которых выполняется условие трещинообразования. На втором этапе для каждой реализации формируется кусочно-переменная функция жесткости, после чего выполняется перерасчет прогибов и изгибающих моментов. В результате определяются математические ожидания, стандарты, вероятности трещинообразования и вероятности превышения допустимого прогиба по длине балки. Численный расчет показал, что в рамках рассматриваемого примера, учет трещинообразования слабо влияет на вероятностные характеристики прогибов, однако существенно изменяет математические ожидания и стандарты изгибающих моментов вследствие перераспределения внутренних усилий.

Предложена методика применения простых изотермических диаграмм для моделирования напряженно-деформированного состояния бетона в условиях режимного термосилового нагружения и вынужденного деформирования. Методологический базис работы построен на четком разграничении понятий аддитивности деформаций и некоммутативности нагружения, что позволило адаптировать классический наследственный принцип Больцмана– Вольтерра для нелинейной стадии работы материала. Доказано, что приращения нелинейных деформаций сохраняют свойство физической аддитивности и могут корректно суммироваться при условии пошагового учета истории и траектории термосиловых воздействий. Экспериментально зафиксированное подобие геометрического вида кривых мгновенного, длительного и высокотемпературного деформирования обосновано с позиций единства физического закона деформирования бетона как вязкоупругой неоднородно-хрупкой среды. Представлено уравнение состояния в форме нелинейного закона Гука, учитывающее меру поврежденности структуры на основе двухпараметрического статистического распределения Вейбулла, что позволяет аналитически описать полную диаграмму деформирования бетона при нагреве. Разработан замкнутый алгоритм перехода между функциями деформаций и напряжений с использованием параметров промежуточной точки по методике Н.И. Карпенко, эффективный для решения задач как режимного нагружения, так и режимной релаксации бетона.

Механическую безопасность железобетонных колонн при авариях предлагается оценивать с помощью предельной поверхности, формирующейся при совместном рассмотрении локальных критериев прочности по каждому виду предельного усилия без рассмотрения отдельного опасного сечения. Выполнено построение такой поверхности для вертикальных несущих элементов (колонн и пилонов) прямоугольного сечения, работающих в условиях сложного сопротивления. В частности, рассмотрены случаи внецентренного сжатия с изгибающими моментами, действующими в двух главных плоскостях, а также комбинированное действие сжимающей силы, изгибающего момента и крутящего момента, вызванного особенностями приложения нагрузки. Расчеты проведены в динамической постановке с учетом физической и геометрической нелинейности. Для бетона применена модель пластичности с повреждениями, а для арматуры — упругопластическая модель с билинейной диаграммой без упрочнения. Динамическое догружение моделируется импульсной нагрузкой, величина и время действия которой определяются приближенно на основе закона сохранения импульса. Такая нагрузка имитирует аварийное воздействие, например падение ударяющего тела на деформируемую плиту в зоне сопряжения с элементом. На основе построенной предельной поверхности динамической прочности выполнена оценка механической безопасности, включающая не только гарантии отсутствия полного разрушения, но и учет риска материальных потерь при различных аварийных сценариях. На примерах элементов из тяжелого бетона, армируемого сварными каркасами продемонстрированы практическая реализуемость предлагаемого подхода и алгоритм расчета рисков.

Разработана усовершенствованная методика расчета железобетонных конструкций, опирающаяся на фундаментальные положения современной феноменологической теории нелинейно деформируемого упруго-ползучего тела, учитывающей тензорную нелинейность и реологию деформирования вместе c несиловыми эксплуатационными факторами. Проанализировано влияние арматурных стержней при трёхосном напряжённо- деформированном состоянии с условием совместности деформаций бетона и арматуры. Выведены математические соотношения, позволяющие сформулировать уравнения для расчётных напряжений в армированных элементах. Представлены базовые феноменологические уравнения, описывающие вибрационные воздействия, дающие возможность определять работу железобетонных элементов как без трещинообразования, так и при его наличии. Предложен алгоритм линеаризации задачи на основе интегральных оценок, предусматривающий фиксацию коррозионных процессов и виброползучести.

Предложена расчётная методика оценки резервов несущей способности крупнопанельных зданий, учитывающая длительные эксплуатационные факторы (ползучесть, усадку, температурные деформации, коррозию, монтажные отклонения). Методика основана на пространственном моделировании в ПК «ЛИРА-САПР» и аналитической проверке контрольных элементов по прочности, трещиностойкости и деформативности. Для девятиэтажного панельного здания выполнены расчёты; для наиболее нагруженной стеновой панели получены главные сжимающие напряжения 7,72 МПа (коэффициент использования 0,53), для плиты перекрытия ПК 76.15-8 выявлен минимальный запас по верхней арматуре (η ≈ 1,0) при значительном резерве по прогибу (ηf = 0,035). Установлено, что критические зоны формируются в верхних опорных участках плит и вертикальных стыках (усилия сдвига достигают 78 % от экспериментального предела). Результаты позволяют обоснованно назначать объём обследований и ремонтных мероприятий.

В данной статье рассматриваются свободные колебания железобетонной конструкции с нелинейной изгибной жёсткостью, обусловленной образованием и закрытием нормальных трещин, и с диссипацией энергии, представленной вязким демпфированием. Расчётная схема представляет собой консольный стержень, нагруженный постоянной продольной силой N и мгновенно удаляемой поперечной нагрузкой S. Задача разделена на три этапа. На первом этапе численно решается нелинейная статическая задача прогиба стержня с переменной по длине жёсткостью, зависящей от уровня изгибающего момента; для описания работы растянутого бетона используется коэффициент ψs. На втором этапе в рамках линейно-жёсткой динамической модели с внешними вязкими демпферами методом пространства состояний определяются критическое демпфирование и логарифмический декремент колебаний. На третьем этапе решается нелинейная динамическая задача, в которой матрица жёсткости зависит от текущего прогиба оголовья, а матрица демпфирования формируется с учётом наличия трещин. Расчёты выполнены в программном комплексе MATLAB. Установлено, что при малых и умеренных значениях поперечной нагрузки коэффициент демпфирования практически не зависит от образования трещин, однако при приближении нагрузки к предельной величине наблюдается резкое, близкое к степенному, увеличение диссипативных свойств конструкции. Полученная зависимость позволяет уточнить оценку демпфирования в железобетонных элементах при расчёте на динамические воздействия.

В статье рассматривается влияние комплексного наномодификатора на усадочные деформации цементно-песчаного бетона. Указывается, что введение в смесь определенного количества целлюлозных нановолокон сдерживает деформации цементной матрицы и, таким образом, существенно уменьшает усадку, однако одновременно может приводить к снижению прочности композита в раннем возрасте. С целью компенсации негативных последствий изучена возможность применения комплексной модифицирующей системы, включающей суперпластификатор, наноцеллюлозу и модификатор, состоящий из наночастиц различной природы. Представлены результаты исследований влияния состава комплексного наномодификатора на усадку и прочность мелкозернистого бетона. Установлено рациональное сочетание компонентов, обеспечивающее снижение усадочных деформаций при сохранении прочностных характеристик материала.

В статье рассматривается актуальная проблема перехода от детерминированных методов проектирования железобетонных конструкций к вероятностным моделям, требующим строгой конкретики в задании исходных механических характеристик бетона. Для этого предложен научно обоснованный подход к нормированию прочностных и деформационных параметров бетона, позволяющий проводить валидацию конечно-элементного моделирования в условиях ограниченного минимума экспериментальных данных. Представлен алгоритм трансформации нормативных значений в средние величины, необходимые для численного анализа в программных комплексах (на примере ПК «Ansys»). Предложенный подход показал свою работоспособность при сравнении результатов моделирования железобетонной балки с экспериментальными данными. Установлено, что расхождение по разрушающей нагрузке и максимальному прогибу не превышает 5,54%, что свидетельствует о высокой достоверности подхода. Работа вносит вклад в развитие методов валидации численных моделей железобетонных конструкций.