constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2024-112-2-59-73construction-721Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙBUILDING AND STRUCTURE SAFETYУстойчивость железобетонной колонны, подверженной сжатию с кручением в результате особого воздействияStability of a reinforced concrete column under compression with torsion caused by accidental actionКолчуновВ. И.KolchunovV. I.

Колчунов Виталий Иванович - академик РААСН, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры железобетонных и каменных конструкций,

г. Москва

Kolchunov Vitaly Iv. - Full member of RAACS, Doctor of Tech. Sc., Professor, Professor of the Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures,

Moscow

asiorel@mail.ruСавинС. Ю.SavinS. Y.

Савин Сергей Юрьевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры железобетонных и каменных конструкций,

г. Москва

Savin Sergey Yu. - candidate of technical science, associate professor of the department of Reinforced Concrete and Masonry Structures,

Moscow

savinsyu@mgsu.ruАмелинаМ. А.AmelinaM. A.

Амелина Маргарита Андреевна - аспирант кафедры железобетонных и каменных конструкций,

г. Москва

Amelina Margarita A. - postgraduate student of the department of Reinforced Concrete and Masonry Structures,

Moscow

margo.dremova@mail.ruФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»National Research Moscow State University of Civil Engineering202407052024025973Copyright © Колчунов В.И., Савин С.Ю., Амелина М.А., 20242024Колчунов В.И., Савин С.Ю., Амелина М.А.Kolchunov V.I., Savin S.Y., Amelina M.A.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/721

При аварийных ситуациях, связанных с внезапными отказами отдельных несущих элементов конструктивных систем зданий, в силу особенностей объемно-планировочных решений в отдельных колоннах могут дополнительно возникать крутящие моменты. Таким образом, колонны могут оказаться в условиях сложного напряженно-деформированного состояния. Целью данного исследования являлось построение полуаналитической расчетной модели для анализа устойчивости железобетонных колонн, подверженных сжатию с кручением в результате особого воздействия. Для достижения поставленной цели были сформулированы исходные гипотезы, составлены определяющие соотношений для расчета устойчивости железобетонной колонны, подверженной сжатию с кручением. Для обоснования достоверности предложенной модели была выполнена ее валидация путем сопоставления с результатами моделирования в программном комплексе Ansys. Анализа данных показал, наибольшая разница между результатами составила 8.08% для случая P = 0.4·Pcr,e = 126.6 кН. Наименьшая разница 3.6% составила для случая P = 0.9·Pcr,e = 284.85 кН. Показано, что по мере роста крутящего момента происходит снижение значения критической силы, вызывающей потерю устойчивости. Это связано как с действием крутящей пары сил при искривлении стержня, так и со снижением механических характеристик бетона при совместном действии нормальных и касательных напряжений.

Under emergency situations associated with sudden failures of the load-bearing elements of the structure, torques may additionally occur in the columns due to the specifics of the structural design of the buildings. Thus, the columns may be in a complex stress-strain state. The objective of this study was to develop a semi-analytical design model for analysis of the stability of reinforced concrete columns subjected to compression with torsion as a result of an accidental action. For achieving the objective, authors formulated the initial hypotheses, developed the determining equations for calculating the stability of a reinforced concrete column subjected to compression with torsion. To validate the reliability of the proposed model, it has been compared with the results of modeling in the software complex Ansys. Analysis of the data showed that the largest difference between the results was up to 8.08% for the case P = 0.4·Pcr,e = 126.6 kN. The smallest difference of 3.6% was for the case P = 0.9·Pcr,e = 284.85 kN. It has been shown that as the torque increases, there is a decrease in the value of the critical force causing loss of stability. This is due both to the action of the torsional pair of forces during the distortion of the rod and to the decrease in the mechanical properties of concrete under the combined action of normal and tangential stresses.

устойчивостьсжатиекручениежелезобетонколоннаособое воздействиеstabilitycompressiontorsionreinforced concretecolumnaccidental actionReferencesBažant Z.P., Verdure M. Mechanics of Progressive Collapse: Learning from World Trade Center and Building Demolitions // J Eng Mech. 2007. Vol. 133, № 3. P. 308–319.Bažant Z.P., Verdure M. Mechanics of Progressive Collapse: Learning from World Trade Center and Building Demolitions. J Eng Mech. 2007. Vol. 133, № 3. P. 308–319.Pham A.T. et al. Blast-induced dynamic responses of reinforced concrete structures under progressive collapse // Magazine of Concrete Research. 2022. Vol. 74, № 16. P. 850–863.Pham A.T. et al. Blast-induced dynamic responses of reinforced concrete structures under progressive collapse. Magazine of Concrete Research. 2022. Vol. 74, № 16. P. 850–863.Лалин В.В., Семенов Д.А. Задача о кручении: постановка в напряжениях и решение методом граничных элементов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2023. - Т. 19. - №4. - C. 339-348. doi: 10.22363/1815-5235-2023-19-4-339-348.Lalin V.V., Semenov D.A. Torsion problem: stress statement and solution by the boundary element method. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2023. Vol. 19. No. 4. Pp. 339-348. doi: 10.22363/1815-5235-2023-19-4-339-348.Бондаренко В. М. К вопросу об устойчивом и неустойчивом сопротивлении железобетонных конструкций, поврежденных коррозией // Известия Орел ГТУ, науч.журнал, серия «Строительство и транспорт». 2009. № 1/21(533). С. 9-17.Bondarenko V. M. To the question of stable and unstable resistance of reinforced concrete structures damaged by corrosion. Izvestiya Orel GTU, scientific journal, series "Construction and transport". 2009. no 1/21(533). Pp. 9-17.Фёдоров B.C., Левитский В.Е. Оценка огнестойкости внецентренно сжатых железобетонных колонн по потере устойчивости // Строительная механика и расчет сооружений. 2012. №2. С. 53-60.Fedorov V.S. Levitsky V.E. Fire resistance assessment of the off-centered compressed reinforced concrete columns by stability loss. Stroitelnaya mekhanika i raschet sooruzheniy [Structural mechanics and calculation of structures]. 2012. №2. С. 53-60. (in Russian)Санжаровский Р.С., Веселов А.А. Теория расчета строительных конструкций на устойчивость и современные нормы. М., СПб.: АСВ, 2002. 128 с.Sanzharovsky R.S., Veselov A.A. Theory of calculation of building structures for stability and modern norms. Moscow, SPb.: ASV, 2002. 128 p.Солдатов А.Ю. Анализ устойчивости железобетонных стержневых конструкций с учетом физической нелинейности // Строительная механика и расчет сооружений. 2012. №1. С. 30-34.Soldatov A.Yu. Stability analysis of the reinforced concrete rod structures taking into account the physical nonlinearity./ Stroitel'naya mekhanika i calculatel'naya stroitel'nosti. 2012. No. 1. Pp. 30-34. (in Russian)Улитин В.В. Деформационный критерий при анализе устойчивости и продольного изгиба в условиях физической нелинейности // Строительная механика и расчет сооружений. 2012. №1. С 34-39.Ulitin V.V. Deformation criterion in the analysis of stability and longitudinal bending in the conditions of physical nonlinearity. Stroitelnaya mekhanika i raschet sooruzheniy [Structural mechanics and calculation of structures]. 2012. No. 1. Pp. 34-39.Manuylov G., Kosytsyn S., Begichev M. On the calculations for the stability of beams, frames, and cylindrical shells in the elasto-plastic stage // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Vol. 18, № 3. P. 25–36.Manuylov G., Kosytsyn S., Begichev M. On the calculations for the stability of beams, frames, and cylindrical shells in the elasto-plastic stage. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Vol. 18, № 3. P. 25–36.Беглов А.Д., Санжаровский Р.С. Теория расчета железобетонных конструкций на прочность и устойчивость. Современные нормы и евростандарты. М.: АСВ, 2006. 221 с.Beglov A.D., Sanzharovsky R.S. Theory of calculation of the reinforced concrete structures for strength and stability. Modern Norms and Eurostandards. Moscow: ASV, 2006. 221 p.Тамразян А.Г. К устойчивости внецентренно сжатых железобетонных элементов с малым эксцентриситетом с учетом реологических свойств бетона // Железобетонные конструкции. 2023. №2(2). С. 48- 57.Tamrazyan A.G. To stability of the off-centered compressed reinforced concrete elements with a small eccentricity taking into account the rheological properties of concrete. Reinforced Concrete Structures. 2023. No. 2(2). Pp. 48-57.Savin S. et al. Experimental and Numerical Investigations of RC Frame Stability Failure under a Corner Column Removal Scenario // Buildings. 2023. Vol. 13, № 4. P. 908.Savin S. et al. Experimental and Numerical Investigations of RC Frame Stability Failure under a Corner Column Removal Scenario. Buildings. 2023. Vol. 13, № 4. P. 908.Kolchunov Vl.I. Deplanation Hypotheses for Angular Deformations in Reinforced Concrete Structures Under Combined Torsion and Bending // Building and reconstruction. 2022. Vol. 100, № 2. P. 3–12.Kolchunov Vl.I. Deplanation Hypotheses for Angular Deformations in Reinforced Concrete Structures Under Combined Torsion and Bending. Building and reconstruction. 2022. Vol. 100, № 2. P. 3–12.Kolchunov Vl.I., demyanov A.I., Protchenko M.V. Moments in reinforced concrete structures under bending with torsion // Building and reconstruction. 2021. Vol. 95, № 3. P. 27–46.Kolchunov Vl.I., demyanov A.I., Protchenko M.V. Moments in reinforced concrete structures under bending with torsion. Building and reconstruction. 2021. Vol. 95, № 3. P. 27–46.Kolchunov V., Dem’yanov A., Protchenko M. The new hypothesis angular deformation and filling of diagrams in bending with torsion in reinforced concrete structures // Journal of Applied Engineering Science. 2021. Vol. 19, № 4. P. 972–979.Kolchunov V., Dem’yanov A., Protchenko M. The new hypothesis angular deformation and filling of diagrams in bending with torsion in reinforced concrete structures. Journal of Applied Engineering Science. 2021. Vol. 19, № 4. P. 972–979.Бондаренко В.М., Колчунов В.И. Расчетные модели силового сопротивления железобетона. Москва: Издательство АСВ, 2004. 472 p.Bondarenko V.M., Kolchunov V.I. Raschetnye modelov silovogo resistenzii zhelezotona [Calculating models of force resistance of reinforced concrete]. Moscow: ASV Publishing House, 2004. 472 p.Lei Y. et al. Comparison of torsional damage and size effects of BFRP- and steel-reinforced concrete beams with different stirrup ratios // Eng Struct. 2023. Vol. 285. P. 116042.Lei Y. et al. Comparison of torsional damage and size effects of BFRP- and steel-reinforced concrete beams with different stirrup ratios. Eng Struct. 2023. Vol. 285. P. 116042.Deng J., Cao S., Peng Z. Crack-based model for seismic behaviour of concrete columns under combined compression-bending and torsion // Structures. 2023. Vol. 56. P. 104998.Deng J., Cao S., Peng Z. Crack-based model for seismic behaviour of concrete columns under combined compression-bending and torsion. Structures. 2023. Vol. 56. P. 104998.Chen Y. et al. Bending restoring force model of angle-steel reinforced concrete columns under combined torsion // Structures. 2023. Vol. 55. P. 2186–2198.Chen Y. et al. Bending restoring force model of angle-steel reinforced concrete columns under combined torsion. Structures. 2023. Vol. 55. P. 2186–2198.Selmy Y.M., El-Salakawy E.F. Behaviour of circular concrete bridge columns internally reinforced with GFRP under reversed-cyclic loading including torsion // Structures. 2024. Vol. 59. P. 105680.Selmy Y.M., El-Salakawy E.F. Behaviour of circular concrete bridge columns internally reinforced with GFRP under reversed-cyclic loading including torsion. Structures. 2024. Vol. 59. P. 105680.Savin S.Y., Fedorova N. V., Kolchunov V.I. Dinamic Forces in the Eccentrically Compressed Members of Reinforced Concrete Frames Under Accidental Impacts // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. ASV Publishing House, 2022. Vol. 18, № 4. P. 111–123.Savin S.Y., Fedorova N. V., Kolchunov V.I. Dinamic Forces in the Eccentrically Compressed Members of Reinforced Concrete Frames Under Accidental Impacts. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. Vol. 18, № 4. P. 111–123.Алмазов В.О., Плотников А.И., Расторгуев Б.С. Проблемы сопротивления зданий прогрессирующему разрушению // Вестник МГСУ. 2011. № 2–1. P. 16–20.Almazov, V.O.; Plotnikov, A.I.; Rastorguev, B.S. Problems of building resistance to progressive destruction. Vestnik MSCU. 2011. № 2-1. P. 16-20.Алмазов В.О., Као З.К. Динамика прогрессирующего разрушения монолитных многоэтажных каркасов. Москва: Издательство АСВ, 2014. 128 p.Almazov V.O., Kao Z.K. Dynamics of progressive destruction of monolithic multistorey frames. Moscow: ASV Publishing House, 2014. 128 p.Adam J.M. et al. Dynamic performance of a real-scale reinforced concrete building test under a cornercolumn failure scenario // Eng Struct. Elsevier Ltd, 2020. Vol. 210. P. 110414.Adam J.M. et al. Dynamic performance of a real-scale reinforced concrete building test under a cornercolumn failure scenario. Eng Struct. 2020. Vol. 210. P. 110414.Geniyev G.A., Kisyuk V.N., Tyupin G.A. Teoriya plastichnosti betona i zhelezobetona [Plasticity theory of concrete and reinforced concrete]. Moscow: Stroyizdat, 1974. 316 p.Geniyev G.A., Kisyuk V.N., Tyupin G.A. Teoriya plastichnosti betona i zhelezobetona [Plasticity theory of concrete and reinforced concrete]. Moscow: Stroyizdat, 1974. 316 p.FIB Model Code 2010. CEB and FIP, 2011. 27. Старовойтов Э. И. Сопротивление материалов. М.: Физматлит, 2008FIB Model Code 2010. CEB and FIP, 2011.Феодосьев В. И. Сопротивление материалов: Учебник для вузов. 10-е изд., перераб. и доп. М.: Издво МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999.Starovoitov E. I. Mechanics of Materials. Moscow: Fizmatlit, 2008Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. Москва: Издательство “Наука,” 1967. 984 с.Feodosiev V. I. Mechanics of Materials: Textbook for Universities. 10th edition, revised and addited. Moscow: Bauman MSTU Publishing House, 1999.Volmir A.S. Stability of deformable systems. Moscow: Nauka Publishing House, 1967. 984 p.Volmir A.S. Stability of deformable systems. Moscow: Nauka Publishing House, 1967. 984 p.

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