constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2024-111-1-14-29construction-690Research ArticleТЕОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИTHEORY OF ENGINEERING STRUCTURES. BUILDING UNITSПроблема раскрытия трещин в железобетонеThe problem of crack opening in reinforced concreteКолчуновВ. И.KolchunovVl. I.

Колчунов Владимир Иванович, Член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры инженерной графики и компьютерного моделирования; ведущий научный сотрудник, 

г. Москва.

Kolchunov Vladimir Iv., Corresponding Member of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences, Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Engineering Graphics and Computer Modeling; Leading Researcher,

Moscow.

vlik52@mail.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наукMoscow State University of Civil Engineering (NIU MGSU); Research Institute of Construction Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences202421022024011429Copyright © Колчунов В.И., 20242024Колчунов В.И.Kolchunov V.I.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/690

В статье рассмотрены различные аспекты проблемы оценки раскрытия трещин в железобетоне, опираясь на экспериментальные данные, полученные в исследованиях последних лет. Автором предложена классификация типов трещин, введен ряд новых гипотез, установленных экспериментально эффектов деформирования железобетона в зоне трещин. Сформулированные на этой основе принципы включают схемы распределение силовых потоков между трещинами, понятие о прогрессирующих магистральных трещинах и деформационном эффекте в железобетоне - специальном двухконсольном элементе в местной области около берегов трещины, новые обобщенные гипотезы, теоремы и функционалы о линейных и угловых деформациях сжатой и растянутой зон сечений железобетонных элементов на всех уровнях упруго-пластического деформирования. Предложенная модель составных стержней в виде единичных полосок для определения жесткости участка железобетона с пересекающимися трещинами позволила на порядок сократить дифференциальные уравнения теории составных стержней. Установлена связь и приведены аналитические зависимости для перемещений в трещине c раскрытием и сдвигом ее берегов, определен главный вектор перемещений и угол равнодействующей усилий в арматуре, пересекающей трещину. Построены расчетные зависимости для определения уровневых расстояний между трещинами и ширины раскрытия трещин. В рамках общей методологии рассматриваемой проблемы раскрытия трещин в железобетоне с использованием сформулированных принципов построена общая комбинированная численно – аналитическая модель строительной механики железобетона (МРМС), учитывающая деформационный эффект в трещине, моделируемый двухконсольным элементом (ДКЭ), типы трещин, пространственную поверхность распределения деформаций в сечении с трещиной и другие установленные экспериментально особенности механики железобетона.

The article discusses various aspects of the problem of assessing crack opening in reinforced concrete based on experimental data obtained in recent studies. The author proposed a classification of crack types, introduced a number of new hypotheses, established experimentally the effects of deformation of reinforced concrete in the crack zone. The principles formulated on their basis include schemes for the distribution of force flows between cracks, the concept of progressing main cracks and the deformation effect in reinforced concrete - a special two-console element in the local region near the crack banks, new generalized hypotheses, theorems and functionals about linear and angular deformations of the compressed and tensile zones of reinforced concrete element sections at all levels of elastic-plastic deformation. The proposed model of composite rods in the form of single strips for determining the stiffness of a section of reinforced concrete with intersecting cracks has made it possible to reduce the differential equations of the theory of composite rods by an order of magnitude when solving such problems. The connection is established and analytical dependences for displacements in the crack with opening and shear of the crack banks are given. The main vector of displacements and the angle of equidirectional forces in the reinforcement crossing the crack are determined. Calculated dependences for determining the level distances between cracks and crack opening widths are constructed. Within the framework of the general methodology of the considered problem of crack opening in reinforced concrete, using the formulated principles, a general combined numerical-analytical model of the structural mechanics of reinforced concrete is constructed, which takes into account the deformation effect in the crack modeled by a double cantilever element, the types of cracks, the spatial surface of strain distribution in the cross section with the crack and other experimentally determined features of the mechanics of reinforced concrete, cracks types, spatial surface of strain distribution in the cross-section with a crack and other experimentally determined features of reinforced concrete mechanics.

эффект железобетонагипотезырасчетные моделидеформационный эффектширина раскрытия трещиндвухконсольный элементчисленно-аналитический методreinforced concrete effecthypothesescomputational modelsdeformation effectcrack opening widthtwo-concole elementnumerical-analytical methodReferencesGintaris Kaklauskas, Aleksandr Sokolov, Karolis Sakalauskas Strain compliance crack model for RC beams: primary versus secondary cracks // Engineering Structures, 281 (2023) 115770Gintaris Kaklauskas, Aleksandr Sokolov, Karolis Sakalauskas Strain compliance crack model for RC beams: primary versus secondary cracks. Engineering Structures. 2023. 281. 115770Justas Slaitas, Juozas Valivonis Full moment-deflection response and bond stiffness reduction of RC elements strengthened with prestressed FRP materials // Composite Structures, Volume 260, 2021, 113265, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113265Justas Slaitas, Juozas Valivonis Full moment-deflection response and bond stiffness reduction of RC elements strengthened with prestressed FRP materials. Composite Structures. 2021. Volume 260. 113265, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113265Qian Feng, Peng Wei, Xingxi Liu, Guannan Wang, Rongqiao Xu Short-term load–deflection behavior of corroded RC beams with confinement effect based on the partial-interaction segmental approach // Engineering Structures 220 (2020) 111014.Qian Feng, Peng Wei, Xingxi Liu, Guannan Wang, Rongqiao Xu Short-term load–deflection behavior of corroded RC beams with confinement effect based on the partial-interaction segmental approach. Engineering Structures. 2020. 220. 111014.Justas Slaitas, Juozas Valivonis. Concrete cracking and deflection analysis of RC beams strengthened with prestressed FRP reinforcements under external load action. https//doi.org/1016/j.compstruct.2020.113036.Justas Slaitas, Juozas Valivonis. Concrete cracking and deflection analysis of RC beams strengthened with prestressed FRP reinforcements under external load action. https//doi.org/1016/j.compstruct.2020.113036.Adheena Thomas, Afia S Hameed. An Experimental Study On Combined Flexural And Torsional Behaviour Of RC Beams // International Research Journal of Engineering and Technology. 2017. Vol. 4. Is. 5. Pp. 1367–1370. http://doi.org/10.13140/RG.2.2.19425.51045.Adheena Thomas, Afia S Hameed. An Experimental Study On Combined Flexural And Torsional Behaviour Of RC Beams. International Research Journal of Engineering and Technology. 2017. Vol. 4. Is. 5. Pp. 1367–1370. http://doi.org/10.13140/RG.2.2.19425.51045.Nahvi H., Jabbari M. Crack detection in beams using experimental modal data and finite element model // International Journal of Mechanical Sciences. 2005. Vol. 47. Pp. 1477-1497.Nahvi H., Jabbari M. Crack detection in beams using experimental modal data and finite element model. International Journal of Mechanical Sciences. 2005. Vol. 47. Pp. 1477-1497.Kandekar S.B., Talikoti R.S. Study of torsional behavior of reinforced concrete beams strengthened with aramid fiber strips // International Journal of Advanced Structural Engineering. 2018. Vol. 10. Pp. 465–474. http://doi.org/10.1007/s40091-018-0208-y.Kandekar S.B., Talikoti R.S. Study of torsional behavior of reinforced concrete beams strengthened with aramid fiber strips. International Journal of Advanced Structural Engineering. 2018. Vol. 10. Pp. 465–474. http://doi.org/10.1007/s40091-018-0208-yКарпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 412 с.Karpenko N.I. Obshchiye modeli mekhaniki zhelezobetona [General models of reinforced concrete mechanics], Moscow: Stroyizdat, 1996, 412 p. (rus)Баширов Х.З., Колчунов Вл.И., Федоров В.С., Яковенко И.А. Железобетонные составные конструкции зданий и сооружений. М.: Издательство АСВ, 2017. 248 с.Bashirov H.Z., Kolchunov V.I., Fedorov V.S., Yakovenko I.A. Reinforced concrete composite structures of buildings and structures, - Moscow: ASV, 2017. 248 p.Колчунов Вл.И., Федоров В.С. Понятийная иерархия моделей в теории сопротивления строительных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 8. С. 16–23. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.08.16-23.Kolchunov Vl.I., Fedorov V.S. Conceptual hierarchy of models in the theory of resistance of building structur. Industrial and civil engineering. 2020. No. 8. Pp. 16–23. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.08.16-23Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов Вл.И., Каприелов С.С., Демьянов А.И., Конорев А.В. Результаты экспериментальных исследований конструкций квадратного и коробчатого сечений из высокопрочного бетона при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция. 2018. № 6(80). С. 32-43.Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov V.I., Kaprielov S.S., Dem’yanov A.I., Konorev A.V. The results of experimental studies of structures square and box sections in torsion with bending. Building and Reconstruction. 2018. No. 80(16). Рр. 32–43. (rus)Колчунов В.И., Яковенко И.А., Тугай Т.В. Методика расчета жесткости плосконапряженных железобетонных конструкций с привлечением программного комплекса «Лира-Pro» // Сборник научных трудов (серия отраслевое машиностроение, строительство). Полтава: ПолтНТУ, 2014. Вып. 3(42). Т. 2. С. 55–66.Kolchunov V.I., Yakovenko I.A., Tugay T.V. [Methodology for calculating the rigidity of plane-stressed reinforced concrete structures using the Lyra-Pro software package], Coll. of science works (industry mechanical engineering, construction), Poltava, 2014. Vol. 2. No. 3(42). Pp. 55-66. ((rus), abstract in Eng.).Колчунов Вл.И. Численно-аналитический метод в механике железобетона // Строительная механика инженерных конструкций сооружений. 2022. Т. 18(6). С. 525–533. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2022-18-6-525-533.Kolchunov VL.I. Numeracal-analytical method in reinforced concrete mechaniсs. Construction mechanics of engineering structures and structures.2022. Vol.18 (6). Pp. 525–533. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2022-18-6-525-533Колчунов Вл.И. Метод расчетных моделей сопротивления для железобетона //Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2023.Т.19. № 3. С. 261-275.Kolchunov Vl. I. Method of calculated resistance models for reinforced concrete. Construction mechanics of engineering structures and structures. 2023. Vol.19. No. 3. Pp. 261-275.Голышев А.Б., Колчунов. Вл.И. Сопротивление железобетона. К.: Основа. 2009. 432 с.Golyshev A.B., Kolchunov. Vl.I. Reinforced concrete resistance. Kiev: Osnova. 2009. 432 p.Kalkan I., Kartal S. Torsional Rigidities of Reinforced Concrete Beams Subjected to Elastic Lateral Torsional Buckling // International Journal of Civil and Environmental Engineering. 2017. Vol. 11. No.7. Pp. 969–972.Kalkan I., Kartal S. Torsional Rigidities of Reinforced Concrete Beams Subjected to Elastic Lateral Torsional Buckling. International Journal of Civil and Environmental Engineering. 2017. Vol. 11. No.7. Pp. 969–972.Bernardo L. Modeling the Full Behavior of Reinforced Concrete Flanged Beams under Torsion // Applied Sciences. 2019. Vol. 9(13). Рp. 2750. http://doi.org/10.3390/app9132730.Bernardo L. Modeling the Full Behavior of Reinforced Concrete Flanged Beams under Torsion. Applied Sciences. 2019. Vol. 9(13). Рp. 2750. http://doi.org/10.3390/app9132730.Гвоздев А.А., Дмитриев С.А., Гуща Ю.П. и др. Новое в проектировании бетонных железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1978. 204 с.Gvozdev A.A., Dmitriev S.A., Gushcha Yu.P., etc. New in the design of concrete reinforced concrete structures. Moscow: Stroyizdat, 1978. 204 р.Голышев А.Б., Колчунов Вл.И., Яковенко И.А. Сопротивление железобетонных конструкций, зданий и сооружений, возводимых в сложных инженерно-геологических условиях. К.: «Талком», 2015. 371 с.Golyshev A.B., Kolchunov Vl.I., Yakovenko I.A. Resistance of reinforced concrete structures, buildings and structures erected in difficult engineering and geological conditions. Kiev: Talcom, 2015. 371 p.Колчунов Вл.И. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций с крестообразной пространственной трещиной при кручении с изгибом / В. И. Колчунов, А. И. Демьянов, М. М. Михайлов // Строительство и реконструкция. 2020. № 6(92). С. 13–25.Kolchunov V.I. Demyanov A.I., Mihailov M.M. Experimental studies of reinforced concrete structures with gross-shaped apatial grack under torsion with bendlng. Building and Reconstruction. 2018. No. 80(16). Pp. 32–43. (rus) doi: 10.33979/2073-7416-2020-92-6-13-25Колчунов Вл.И. Обобщенные гипотезы депланации линейных и угловых деформаций в железобетонных конструкциях при изгибе с кручением // Научный журнал строительства и архитектуры. 2023. № 1 (69). С. 9-26.Kolchunov Vl.I. Generalized hypotheses of the deplanation of linear and angular deformations in reinforced concrete structures during bending with torsion. Journal of Buildinq and Architechure. 2023. No. 1 (69). Pp. 9-26.Верюжский Ю.В., Колчунов Вл.И. Методы механики железобетона. Учебное пособие. К.: Книжное издательство НАУ, 2005. 653 с.Veruzhsky Yu.V., Kolchunov Vl.I. Methods of mechanics of reinforced concrete. Textbook. Kiev: NAU, 2005. 653 p.Бондаренко В.М., Колчунов. Вл.И. Расчетные модели силового сопротивления железобетона. М.: АСВ, 2004. 472 с.Bondarenko V.M., Kolchunov Vl.I. Calculation models of the force resistance of reinforced concrete. Moscow: ASV, 2004. 472 p.

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