constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2021-97-5-16-30construction-402Research ArticleТЕОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИTHEORY OF ENGINEERING STRUCTURES. BUILDING UNITSСовременные критерии прочности для бетонов при объемных напряженных состоянияхModern strength criteria for concrete under triaxial stress statesКорсунВ. И.KorsunV. I.

Корсун Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор, профессор Высшей школы промышленно-гражданского и дорожного строительства.

Санкт-Петербург.

Vladimir I. Korsun - doctor in technical sciences, professor, professor of the Higher School of Industrial, Civil and Road Construction.

St. Petersburg.

korsun_vi@mail.ruКарпенкоС. Н.KarpenkoS. N.

Карпенко Сергей Николаевич - доктор технических наук, главный научный сотрудник лаборатории проблем прочности и качества в строительстве.

Москва.

Sergey N. Karpenko - doctor in technical sciences, chief research engineer of the laboratory "Problems of strength and quality in construction".

Moscow.

niisf_lab9@mail.ruМакаренкоС. Ю.MakarenkoS. Yu.

Макаренко Сергей Юрьевич - ассистент кафедры технической и прикладной механики.

Макеевка.

Sergey Yu. Makarenko - assistant in the department of Technical and Applied Mechanics.

Makiyivka.

makarenko_sergejj@mail.ruНедорезовА. В.NedoresovA. V.

Недорезов Андрей Владимирович - кандидат технических наук, доцент кафедры железобетонных конструкций.

Макеевка.

Andrej V. Nedoresov - candidate in technical sciences, associate Professor of the department of Reinforced Concrete Structures.

Makiyivka.

nedorezov_a_v@mail.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityНаучно-исследовательский институт строительной физики РААСНResearch Institute of Building Physics RAASNДонбасская национальная академия строительства и архитектурыDonbas National Academy of Civil Engineering and Architecture202107122021051630Copyright © Корсун В.И., Карпенко С.Н., Макаренко С.Ю., Недорезов А.В., 20212021Корсун В.И., Карпенко С.Н., Макаренко С.Ю., Недорезов А.В.Korsun V.I., Karpenko S.N., Makarenko S.Y., Nedoresov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://construction.elpub.ru/jour/article/view/402

Достоверная оценка прочности и деформаций бетона в условиях неодноосных напряженных состояний важна для повышения надежности проектных решений. Классические теории прочности непригодны для таких материалов, как бетон, вследствие сложного сдвиго-отрывного механизма разрушения его структуры. Приведено описание определяющих соотношений критериев прочности Г. А. Гениева, Г.А. Гениева - Н.М. Аликовой, Е.С. Лейтеса, А.В. Яшина, С.Ф. Клованича - Д.И. Безушко, K.J. Willam - E.P. Warnke и Н.И. Карпенко. Выполнена оценка соответствия расчетных величин прочности опытным данным в условиях одно-, двух- и трехосных напряженных состояний. Определены критерии прочности, описывающие наиболее близко опытные данные в характерных областях напряженного состояния. Установлено, что наиболее разработанными являются условия прочности С.Ф. Клованича - Д.И. Безушко, K.J. Willam - E.P. Warnke и Н.И. Карпенко. Критерии Е.С. Лейтеса и А.В. Яшина с достаточной точностью описывают опытные данные в условиях плоского напряженного состояния. Условия прочности Г.А. Гениева и Г.А. Гениева -Н.М. Аликовой требуют осторожного применения с учетом их отклонений от опытных данных в отдельных областях трехосных напряженных состояний. Определены программы нагружений в процессе экспериментальных исследований прочности бетона с целью более точного выявления форм функций меридиональных и девиаторных кривых.

Reliable assessment of the strength and deformations of concrete under multiaxial stress states is important for increasing the accuracy of analysis and design. Classical strength theories do not work for such materials as concrete due to the complex shear-pryout mechanism of its structural failure. Description of the key relations of strength criteria established by G.A. Geniev, G.A. Geniev -N.M. Alikova, E.S. Leites, A.V. Yashin, S.F. Klovanich - D.I. Bezushko, K.J. Willam - E.P. Warnke and N.I. Karpenko is given. Assessment of the compliance of the design strength with the experimental data under uni-, bi- and triaxial stress states is made. Strength criteria that most closely describe the experimental data in the specific areas of the stress state are determined. It has been found out that the most developed strength conditions are the ones developed by S.F. Klovanich - D.I. Bezushko, K.J. Willam - E.P. Warnke and N.I. Karpenko. The criteria introduced by E.S. Leites and A.V. Yashin describe the experimental data under conditions of the plane stress state with sufficient accuracy. The strength conditions established by G.A. Geniev and G.A. Geniev - N.M. Alikova require careful use, taking into account their deviations from the experimental data in certain areas of triaxial stress states. Loading programs in the process of experimental research of concrete strength aimed at identifying the forms of functions of meridional and deviatoric curves more accurately have been determined.

бетонмногоосные напряженные состояниякритерии прочностианализconcretemultiaxial stress statestrength criteriaanalysisReferencesБалан Т. А. Вариант критерия прочности структурно-неоднородных материалов при сложнонапряженном состоянии [Текст] // Проблемы прочности. 1986. № 2. С. 21-26.Balan T.A. Variant criteria prochnosti strukturno-neodnorodnykh materialov pri slojnonapryagennom sostoyanii [Variant of criterion of strength of structure and nonuniform materials in the process of combined stress state] // Problemi prochnosti, 1986, Number 2, Pp. 21-26. (rus)Бамбура А. Н., Давиденко А. И. Экспериментальные исследования закономерности деформирования бетона при двухосном сжатии [Текст] // Строительные конструкции. 1989. Вып. 42. С. 95-100.Bambura A.N.; Davidenko A.I. Experimental'nye issledovaniya zakonomernosti deformirovaniya betona pri dvykhosnom sgatii [Experimental investigation of behavior of straining of concrete in the process of biaxial compression] // Stroitel'nye konstructsii. 1989, Issue 42, Pp. 95-100. (rus)Буслер Л. Э. Разрушение бетона в условиях двухосного сжатия-растяжения [Текст] // Новые исследования по технологии, расчету и конструированию железобетонных конструкций: сборник научных трудов / Под ред. Б. А. Крылова и Н. Н. Коровина. М.: НИИЖБ, 1980. С. 9-15.Busler L.E. Razrushenie betona v ysloviyakh dvykhosnogo sjatiya-rastyajenia // Новые исследования по технологии, расчету и конструированию железобетонных конструкций: сборник научных трудов [Concrete deteriotion under the conditions of biaxial compression-declamping] // Novye issledovania po technologii, raschety I konsruirovaniu gelezobetonnykh konstructsii: Edited volume / Edited by Krylov B. A.; Korovin N. N. Moscow: NIIZhB, 1980. Pp. 9-15. (rus)Гвоздев А. А., Бич П. М. Прочность бетона при двухосном напряженном состоянии [Текст] // Бетон и железобетон. 1974. № 7. С. 10-11.Gvozdev A.A., Bich P.M. Prochnost' betona pri dvykhosnom napryajennom sostoynii [Concrete strength under biaxial stress state] // Beton I gelezobeton. 1974. Number 7. Pp. 10-11. (rus)Гениев Г. А., Киссюк В. Н., Тюпин Г. А. Теория пластичности бетона и железобетона [Текст]. М.: Стройиздат, 1974. 316 с.Geniev G.A., Kissiuk V.N., Tiupin G.A. Teoria plastichnosti betona i gelezobetona [Plasticity theory of concrete and reinforced concrete]. Moscow: Stroiizdat, 1974. 316 p. (rus)Гениев Г. А., Аликова Н. М. Вариант условия прочности бетона [Текст] // Теоретические исследования в области строительной механики пространственных систем: сборник научных трудов / Под ред.: М. И. Ерхов. М.: ЦНИИСК, 1976. С. 21-27.Alikova N.M., Geniev G.A. Variant usloviya prochnosti betona [Variant of strength condition of concrete] / Teoreticheskie issledovaniya v oblasti stroitel'noi mechaniki prostranstvennykh sistem: Edited Volume / Edited by Erhov, M. I. Moscow: TsNIISK, 1976. Pp. 21-27. (rus)Карпенко Н. И., Карпенко С. Н. Составной критерий прочности бетона при объемном напряженном состоянии // Бетон и железобетон - взгляд в будущее: научные труды III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону (Москва, 12-16 мая 2014 г.): в 7 т. Т.4. Ремонт, восстановление и усиление железобетонных конструкций. Моделирование и математические методы. Общие вопросы бетоноведения. Организация строительства и контроль качества. М.: МГСУ. 2014. С. 156-165.Karpenko N.I., Karpenko S.N. Sostavnoi kriterii prochnosti betona pri ob'emnom napryajennom sostoyanii [Composite criterion of concrete strength under triaxia stress state] // Beton I gelezobeton - vzglyad v budushchee: scientific proceedings of the III All-Russian (II International) Conference on Concrete and Reinforced Concrete (Moscow, May 12-16, 2014): in 7 vols. t. 4. Remont, vosstanovlenie I ysilenie gelezobetonnykh kondtruktcii. Modelirovanie I mathematicheskie metody. Obshchie voprosy betonovedeniya. Organizatcia stroitel'stva I kontrol' kachestva. Moscow: MGSU, 2014. Pp. 156-165.Карпенко Н. И., Белостоцкий А. М., Павлов А. С., Акимов П. А., Карпенко С. Н., Петров А. Н. Обзор критериев прочности железобетонных конструкций. Часть 1: Традиционные подходы и разработки отечественных ученых // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования Российской академии архитектуры и строительных наук по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2019 году: Сб. науч. тр. РААСН. М.: Издательство АСВ, 2020. С. 281-289.Karpenko N.I., Belostockii A.M., Pavlov A.C., Akimov P.A., karpenko S.N., Petrov A.N. Obzor kriteriev prochnosti gelezobetonnykh konstruktcii. Chast' 1: Tradicionnye podkhody I razrabotki otechestvennykh uchenykh [Review of the strength criteria of reinforced concrete structures. Part 1: Traditional approaches and developments of Russian scientists] // Phundamental'nye, poiskovye I prikladnye issledovaniya Rossiiskoi akademii architectury I stroitel'nykh nauk po nauchnomy obespecheniu razvitiya architektyry, gradostroitel'stva I stroitel'noi otrasli Rossiiskoy Federatcii v 2019 godu: Collection of scientific papers. RAASN. Moscow: Izdatel'stvo ASV, 2020, Pp. 281-289.Карпенко Н. И., Белостоцкий А. М., Павлов А. С., Акимов П. А., Карпенко С. Н., Петров А. Н. Обзор критериев прочности железобетонных конструкций. Часть 2: Разработки зарубежных ученых // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования Российской академии архитектуры и строительных наук по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2019 году: Сб. науч. тр. РААСН. М.: Издательство АСВ, 2020. С. 290-298.Karpenko N.I., Belostockii A.M., Pavlov A.C., Akimov P.A., karpenko S.N., Petrov A.N. Obzor kriteriev prochnosti gelezobetonnykh konstruktcii. Chast' 1: Razrabotki zarubezhnykh avtorov [Review of the strength criteria of reinforced concrete structures. Part 2: Developments of foreign scientists] // Phundamental'nye, poiskovye I prikladnye issledovaniya Rossiiskoi akademii architectury I stroitel'nykh nauk po nauchnomy obespecheniu razvitiya architektyry, gradostroitel'stva I stroitel'noi otrasli Rossiiskoy Federatcii v 2019 godu: Collection of scientific papers. RAASN. Moscow: Izdatel'stvo ASV, 2020, Pp. 290-298.Клованич С. Ф., Безушко Д. И. Численный эксперимент по исследованию деформационных теорий пластичности бетона [Текст] // Вестник Одесской государственной академии строительства и архитектуры. 2006. Вып. 22. С. 122-130.Klovanich S.F., Bezushko D.I. Chislennyi experiment po issledovaniu deformatcionnykh teorii plastichnosti betona [Numerical experiment based on investigation of deformation plasticity theory of concrete] // Vestnik Odesskoi gosudarstvennoi akademii srtoitel'stva I architektyri. 2006. Issue 22. Pp. 122—130. (rus)Корсун В. И., Баев А. М. Влияние температур от -50 до +150 °С на прочность и деформации тяжелого бетона при плоском напряженном состоянии [Текст] // Новые технологические решения для строительной промышленности Донбасса: сборник научных трудов / Редакционная коллегия: Е. В. Горохов (отв. ред.) и др. Киев: УМВ ВО, 1989. С. 129-136.Korsun V.I., Baev A.M. Vliyznie temperature ot -50 do +50°С na prochnost' I deformatcii tyazhelogo betona pri ploskom napryazhennom sostoyanii [The influence of temperature from -50 to +150 on strength and deformation of heavy concrete under plane stress] // Novye technologicheskie resheniya dlya stroitel'noy promyshlennosti Donbassa /Edited by Gorokhov, Ye. V. et al. Kyiv: UMV VO, 1989. Pp. 129—136. (rus)Корсун В.И., Калмыков Ю.Ю. Ортотропное деформирование бетона при неодноосных напряженных состояниях // Вкник Донбасько! державно! академп будiвництва i архггектури. 2004. № 20042(44). С. 28-34.Korsun V.I., Kalmykov Yu.Yu. Orthotropnoye deformirovanie betona pri neodnoosnykh napryazhennykh sostoyaniyakh [Orthotropic deformation of concrete under non-axial stress conditions] // Vestnik Donbasskoi gosudarstvennoi akademii srtoitel'stva I architektyri. 2004. № 2004-2(44). Pp. 28-34. (rus)Корсун В.И., Макаренко С.Ю., Недорезов А.В. Сопоставительный анализ критериев прочности бетона для неодноосных напряженных состояний // Современное промышленное и гражданское строительство. 2014. Т. 10. №1. С. 65-78.Korsun V.I., Makarenko S.Yu., Nedorezov A.V. Sopostavitel'nyi analis criteriev prochnosti betona dlya neodnoosnykh napryazhennykh sostoyanii [Comparative analysis of concrete strength criteria for non-axial stress states]//Sovremennoe promyshlennoe I grazhdanskoe stroitel'stvo. 2014. Т. 10. №1. Pp. 65-78.Кулик И. И. Прочность бетона при плоском сжатии-растяжении [Текст] // Вопросы строительства и архитектуры. Минск, 1977. Вып. № 7. С. 92-98.Kulik I. I. Prochnost' betona pri ploskom szhtii-rastyazhenii [Concrete strength under plane compression and extension] // Voprosy stroitel'stva I architektyry. Minsk, 1977. Issue 7. Pp. 92-98. (rus)Лейтес Е. С. К уточнению одного из условий прочности бетона [Текст] // Поведение бетонов и элементов железобетонных конструкций при воздействии различной длительности: сборник научных трудов / Под ред.: А. А. Гвоздева, С. М. Крылова. М.: НИИЖБ, 1980. С. 37-40.Leites E.S. K utochneniu odnogo iz uslovii prochnosti betona [To improvement one from conditions of concrete strength] // Povedenie betonov I elementov gelezobetonnykh konstruktcii pri vozdeistvii razlichnoy dlitel'nosti: Edited Volume / Edited by Gvozdev, A. A.; Krylov, S. M. Moscow: NIIZhB, 1980. Pp. 37—40. (rus)Перваков В. Н. Прочность тяжелого бетона при трехосном напряженном состоянии «растяжение-сжатие-сжатие» [Текст] // Новое в технологии, расчете и конструировании железобетонных конструкций: сборник научных трудов / Под ред.: Б. А. Крылова. М.: НИИЖБ, 1984. С. 90-96.Pervakov V.N. Prochnost' tyazhelogo betona pri tryokhosnom napryazhennom sostoyanii «rastyazhenie-szhatie» [Strength of heavy concrete under triaxial state of stress «extension compression»] // Novoe v technologii, raschete I konstruirovanii gelezobetonnykh konstruktcii: Edited Volume / Edited by Krylov, S. M. Moscow: NIIZhB, 1984. Pp. 90-96. (rus)Филоненко-Бородич М. М. Механические теории прочности [Текст]. М.: Издательство Московского Университета, 1961. 94 с.Filonenko-Borodich M. M. Mekhanicheskie teorii prochnosti [Mechanical theory of strength]. Moscow: Publishing House of Moscow University, 1961. 94 p. (rus)Яшин А. В. Критерии прочности и деформирования бетона при простом нагружении для различных видов напряженного состояния [Текст] // Расчет и конструирование железобетонных конструкций: сборник научных трудов / Под ред. А. А. Гвоздева. М.: НИИЖБ, 1977. С. 48-57.Yashin A.V. Criterii prochnosti I deformirovaniya betona pri prostom nagruzhenii dlya razlichnykh vidov napryazhennogo sostoyania [Strength criteria and straining of concrete under simple loading for different stress pattern] // raschet I konstruirovanie gelezobetonnykh konstruktcii: Edited Volume / Edited by Gvozdev, A. A. Moscow: NIIZhB, 1977. Pp. 48-57. (rus)Яшин А. В. Макромеханика разрушения при сложных (многоосных) напряженных состояниях [Текст] // Прочностные и деформационные характеристики элементов бетонных и железобетонных конструкций: сборник научных трудов / Под ред. А. А. Гвоздева, Ю. П. Гущи. М.: НИИЖБ, 1981. С. 3-29.Yashin A.V. Macromechanica razrusheniya pri slojnykh (mnogoosnykh) napryazhennykh sostoyaniyah [Macromechanic damage under the combined stress] // Prochnostnye I deformacionnye characteristiki elementov betonnykh I gelezobetonnykh konstruktcii: Edited Volume / Edited by Gvozdev, A. A.; Gushcha, Yu. P. Moscow: NIIZhB, 1981. Pp. 3-29. (rus)Chen Q.; Zhang Y.; Zhao T.; Wang Z.; Wang Z. Mesoscale Modelling of Concretes Subjected to Triaxial Loadings: Mechanical Properties and Fracture Behaviour. Materials 2021, 14, 1099. https://doi.org/10.3390/ma14051099Chen Q.; Zhang Y.; Zhao T.; Wang Z.; Wang Z. Mesoscale Modelling of Concretes Subjected to Triaxial Loadings: Mechanical Properties and Fracture Behaviour. Materials 2021, 14, 1099. https://doi.org/10.3390/ma14051099Javanmardi P. Experimental study of triaxial behavior of concrete under lateral confining stress. Open Civ. Eng. J. 2017, 11, 281-291, doi:10.2174/1874149501711010281.Javanmardi P. Experimental study of triaxial behavior of concrete under lateral confining stress. Open Civ. Eng. J. 2017, 11, 281-291, doi:10.2174/1874149501711010281.Malecot Y., Daudeville L., Dupray F., Poinard C., Buzaud E. Strength and damage of concrete under high triaxial loading // European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2010. №14(6-7). P. 777-803.Malecot Y., Daudeville L., Dupray F., Poinard C., Buzaud E. Strength and damage of concrete under high triaxial loading // European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2010. №14(6-7). P. 777-803.Vu X. H., Malecot Y., Daudeville L., Buzaud E. Experimental analysis of concrete behavior under high confinement: Effect of the saturation ratio // International Journal of Solids and Structures. 2009. №46(5). P. 1105-1120.Vu X.H., Malecot Y., Daudeville L., Buzaud E. Experimental analysis of concrete behavior under high confinement: Effect of the saturation ratio//International Journal of Solids and Structures.2009.№46(5). P.1105-1120Hampel T, Speck K, Scheerer S, et al. High-performance concrete under biaxial and triaxial loads. ASCE J Eng Mech, 2009,135: 1274-1280Hampel T, Speck K, Scheerer S, et al. High-performance concrete under biaxial and triaxial loads. ASCE J Eng Mech, 2009,135: 1274-1280Korsun V.I., Kalmykov Yu.Yu., Makarenko S.Yu. A version of the failure criterion modification for plane concrete. (2017). Key Engineering Materials. 755, pp. 300-321. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.755.300Korsun V.I., Kalmykov Yu.Yu., Makarenko S.Yu. A version of the failure criterion modification for plane concrete. (2017). Key Engineering Materials. 755. Pp. 300-321. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.755.300Kupfer H. Das Verhalten des Betons unter zweiachsiger Beanspruchung // Wissenschaftliche Zeitschrift der Technischen Universitat. Dresden, 1968. № H.6. P. 1515-1518.Kupfer H. Das Verhalten des Betons unter zweiachsiger Beanspruchung // Wissenschaftliche Zeitschrift der Technischen Universitat. Dresden, 1968. № H.6. P. 1515-1518.Schroder S., Opitz H. Festigkeit und Verformungseigenschaften des Betons bei zweiachsiger Druckbeanspruchung // Bauplanung-Bautechnik. 1968. 22. Jg. Heft 4. P. 190 - 196.Schroder S., Opitz H. Festigkeit und Verformungseigenschaften des Betons bei zweiachsiger Druckbeanspruchung // Bauplanung-Bautechnik. 1968. 22. Jg. Heft 4. P. 190 - 196.Wang, H.; Song, Y. Behavior of mass concrete under biaxial compression-tension and triaxial compression-compression-tension. Mater. Struct. 2009, 42, 241-249, doi:10.1617/s11527-008-9381-y.Wang, H.; Song, Y. Behavior of mass concrete under biaxial compression-tension and triaxial compression-compression-tension. Mater. Struct. 2009, 42, 241-249, doi:10.1617/s11527-008-9381-y.Willam K. J., Warnke E. P. Constitutive model for the triaxial behavior of concrete // Int. Assoc. Bridge. Struct. Eng. 1974. V. 19. P. 1-31.Willam K. J., Warnke E. P. Constitutive model for the triaxial behavior of concrete // Int. Assoc. Bridge. Struct. Eng. 1974. V. 19. P. 1-31.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.