constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2024-114-4-14-27construction-771Research ArticleТЕОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИTHEORY OF ENGINEERING STRUCTURES. BUILDING UNITSОпределение уровневого расстояния между трещинами в железобетонных конструкцияхDefinition level distance between cracks in reinforced concrete structuresКолчуновВ. И.KolchunovV. Iv.

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

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; chief researcher

Moscow

vlik52@mail.ruФедоровС. С.FedorovS. S.

Федоров Сергей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой инженерной графики и компьютерного моделирования

Москва

Fedorov Sergey S., candidate of technical sciences, head of the Department of Engineering Graphics and Computer Modeling

Moscow

fedorovss@mgsu.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук»Moscow State University of Civil Engineering (NRU MGSU); Federal State Budgetary Institution "Research Institute of Construction Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences"Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)Moscow State University of Civil Engineering (NRU MGSU)202431082024041427Copyright © Колчунов В.И., Федоров С.С., 20242024Колчунов В.И., Федоров С.С.Kolchunov V.I., Fedorov S.S.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/771

Приведена расчетная модель для определения уровневого расстояния между трещинами в железобетонных конструкциях. Модель построена на обобщении известной в теории трещин в железобетоне гипотезы Томаса Ф.Г. и ее обобщении Вл.И. Колчуновым применительно к усовершенствованной теории деформирования железобетона с трещинами. Суть предложенного обобщения состоит в том, что напряженное состояние в бетоне и арматуре в окрестности трещины и на участке между трещинами определяется с учетом деформационного эффекта, заключающегося в том, что при хрупком разрушении растянутой бетонной матрицы деформация берегов трещины сдерживаются реакцией арматурного стержня, а профиль трещины нелинейно искривляется. В результате относительные взаимные смещения бетона и арматуры и уровневое расстояние между трещинами определяются интегрированием эпюр распределения деформаций бетона и арматуры на различных участках в блоке двумя смежными трещинами. С использованием полученных аналитических зависимостей для расчета уровневого расстояния между трещинами поведены численные исследования по определению расстояния между трещинами и ширины раскрытия трещин. Полученные результаты сопоставлены с имеющимися результатами испытаний железобетонных конструкций, а также с результатами расчета по методикам российских и зарубежных норм. Показано, что расчетные зависимости предлагаемой модели полностью отражают полученную экспериментально качественную картину многоуровневого процесса образования трещин, когда при дискретном уменьшение расстояния между трещинами обратно пропорциональном изменению изгибающих моментов происходит увеличение ширины раскрытия трещин.

A calculation model for determining level distance between cracks in reinforced concrete structures. The model is based on the generalization of the known in the F.G. Thomas hypothesis known in the theory of cracks in reinforced concrete and its generalization by V.I. Kolchunov in relation to the improved theory of deformation of reinforced concrete with cracks. The essence of the proposed generalization is that the stress state in concrete and reinforcement in the vicinity of the crack and in the area between the cracks is determined taking into account the deformation effect, which consists in the fact that at brittle fracture of the stretched concrete matrix the deformation of the crack banks is restrained by the reaction of the reinforcement bar, and the crack profile is nonlinearly curved. As a result, the relative mutual displacements of concrete and reinforcement and the level distance between cracks are determined by integrating the distribution diagrams of concrete and reinforcement strains at different locations in the block by two adjacent cracks.

Using the obtained analytical relationships for the calculation of the level distance between cracks, numerical investigations are carried out to determine the distance between cracks and the crack opening width. The obtained results are compared with the available test results of reinforced concrete structures, as well as with the results of calculation according to the methods of Russian and foreign standards. It is shown that the calculation dependences of the proposed model fully reflect the qualitative picture of the multilevel crack formation process obtained experimentally, when at discrete decrease of the crack spacing inversely proportional to the change of bending moments there is an increase in the crack opening width.

железобетонуровневое расстояние между трещинамидеформациираскрытие трещиндепланациядеформационный эффектreinforced concretelevel distance between cracksdeformationscrack openingdeplanationdeformation effectReferencesACI Committee 318. Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. Farmington Hills, Mich: American Concrete Institute. 2014.ACI Committee 318. (2014). Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. Farmington Hills, Mich: American Concrete Institute.CEN (Comit´e Europ´een de Normalisation). Eurocode 2: Design of Concrete Structures – Part 1: General Rules and Rules for Buildings, EN 1992-1-1:2004. CEN, Brussels, 2004CEN (Comit´e Europ´een de Normalisation). Eurocode 2: Design of Concrete Structures – Part 1: General Rules and Rules for Buildings, EN 1992-1-1:2004. CEN, Brussels, 2004CEB (Comit´e Euro-International du Beton). CEB-FIP Model Code 2010: Model Code for concrete structures. Ernst & Sohn, Wiley, Berlin, Germany, 2013. 434 p.CEB (Comit´e Euro-International du Beton). CEB-FIP Model Code 2010: Model Code for concrete structures. Ernst & Sohn, Wiley, Berlin, Germany, 2013. 434 p.СП 5.03.01-2020. Бетонные и железобетонные конструкции. Бетонныя iжалезобетонныя конструкцыi. Минск.2020, 236с.SP 5.03.01-2020. Concrete and reinforced concrete structures. Concrete and reinforced concrete structures. Minsk. 2020, 236 pp. (in Russ.)СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». (С Изм.№1 и Изм.№2). М.: ФГБУ "РСТ", 2022.SP 63.13330.2018 “Concrete and reinforced concrete structures. Basic provisions”. (With change No.1 and Change No.2). M.: FGBU “RST”, 2022. (in Russ.)СП 311.1325800.2017 «Бетонные и железобетонные конструкции из высокопрочных бетонов. Праила проектирования». (С Изм.№1). М.: ФГБУ "РСТ", 2023.SP 311.1325800.2017 “Concrete and reinforced concrete structures of high-strength concrete. Design rules”. (With Modification No.1). M.: FGBU “RST”, 2023.Romashko V., Romashko-Maistruk O. Level formation and disclosure of normal cracks in reinforced concrete elements and structures // Procedia Structural Integrity. 2022. 36. Pp. 159–165.RomashkoV., Romashko-Maistruk O. Level formation and disclosure of normal cracks in reinforced concrete elements and structures. Procedia Structural Integrity. 2022. 36. Pp. 159–165.Frosch R.J. Another look at cracking and crack control in reinforced concrete // ACI Structural Journal. 1999. 96(3). Pp 437–442Frosch R. J. Another look at cracking and crack control in reinforced concrete. ACI Structural Journal. 1999. 96(3). Pp. 437–442.Dey A., Valiukas D., Jakubovskis R., Sokolov A., Kaklauskas G. Experimental and Numerical Investigation of Bond-Slip Behavior of High-Strength Reinforced Concrete at Service Load // Materials. 2022. 15. 293. https://doi.org/10.3390/ma15010293.Dey A., Valiukas D., Jakubovskis R., Sokolov A., Kaklauskas G. Experimental and Numerical Investigation of Bond-Slip Behavior of High-Strength Reinforced Concrete at Service Load. Materials. 2022. 15. 293. https://doi.org/10.3390/ma15010293Bado M. F., Casas J. R., Kaklauskas G. Distributed Sensing (DOFS) in Reinforced Concrete members for reinforcement strain monitoring, crack detection and bond-slip calculation //Engineering Structures. 2021. 226. 111385. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111385Bado M. F., Casas J. R., Kaklauskas G. Distributed Sensing (DOFS) in Reinforced Concrete members for reinforcement strain monitoring, crack detection and bond-slip calculation. Engineering Structures. 2021. 226. 111385. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111385Schmidt M., Schmidt P., Wanka S., Classen M. Shear Response of Members without ShearReinforcement— Experiments and Analysis Using Shear CrackPropagation Theory (SCPT) // Appl. Sci. 2021.Schmidt M., Schmidt P., Wanka S., Classen M. Shear Response of Members without ShearReinforcement— Experiments and Analysis Using Shear CrackPropagation Theory (SCPT). Appl. Sci. 2021. 11. 3078. https://doi.org/10.3390/app11073078.3078. https://doi.org/10.3390/app11073078Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov V.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Konorev A.V. Main results of experimental studies of reinforced concrete structures made of high-strength concrete B100 of circular and circular cross-sections under torsion with bending. Stroitel'naya mechanika of engineering structures and constructions. 2019. No. 1. Pp. 51-61. (in Russ.)Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов Вл.И., Каприелов С.С., Демьянов А.И., Конорев А.В. Основные результаты экспериментальных исследований железобетонных конструкций из высокопрочного бетона В100 круглого и кольцевого сечений при кручении с изгибом // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2019. №1. С. 51–61.Travush V.I., Konin D.V., Krylov A.S. Strength of reinforced concrete beams made of high-strength concrete and fiber concrete. Magazine of civil engineering. 2018. No. 1(77). Pp. 90-100.Травуш В.И., Конин Д.В., Крылов А.С. Прочность железобетонных балок из высокопрочных бетонов и фибробетонов // Инженерно-строительный журнал. 2018. № 1(77). С. 90–100.Alhashimi Omar Ismael Mohammed. Experimental Studies of Strength Inclined Sections Bent Elements from Autoclaved Aerated Concrete. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1079. 022062.Alhashimi O.I.M. Experimental Studies of Strength Inclined Sections Bent Elements from Autoclaved Aerated Concrete// IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1079. № 022062.Kolchunov Vl.I. The Effect of Reinforced Concrete for Crack Resistance and Rigidity Based on Mechanics of Fracture Under Bending. Lecture Notes in Civil Engineering. 2023. Volume 287. Pp. 79 -97. https://doi.org/10.1007/978-3-031-12703-8_9Kolchunov Vl.I. The Effect of Reinforced Concrete for Crack Resistance and Rigidity Based on Mechanics of Fracture Under Bending //Lecture Notes in Civil Engineering. 2023. Volume 287. Pp. 79 -97. https://doi.org/10.1007/978-3-031-12703-8_9.Kolchunov Vl.I. Modeling of Reinforced Concrete in the “LIRA” Intelligence for the Problem of Crack Opening. Lecture Notes in Civil Engineering. 2024. Volume 372. Pp. 291 – 313. https://doi.org/10.1007/978-3-031-36723-6_29.Kolchunov Vl.I. Modeling of Reinforced Concrete in the “LIRA” Intelligence for the Problem of Crack Opening // Lecture Notes in Civil Engineering. 2024. Volume 372. Pp. 291 – 313. https://doi.org/10.1007/978-3-031-36723-6_29.Demyanov A., Kolchunov Vl. The dynamic loading in longitudinal and transverse reinforcement at instant emergence of the spatial сrack in reinforced concrete element under the action of a torsion with bending. Journal of Applied Engineering Science. 2017. Vol. 15. Issue 3. article 456. Pp. 375–380. doi:10.5937/jaes15-14663.Demyanov A., Kolchunov Vl. The dynamic loading in longitudinal and transverse reinforcement at instant emergence of the spatial сrack in reinforced concrete element under the action of a torsion with bending // Journal of Applied Engineering Science. 2017. Vol. 15. Issue 3. article 456. Pp. 375–380. doi:10.5937/jaes15-14663.Iakovenko I., Kolchunov Vl. (2017). The development of fracture mechanics hypotheses applicable to the calculation of reinforced concrete structures for the second group of limit states. Journal of Applied Engineering Science. 2017. Vol. 15. Iss. 3. article 455. Pp. 366–375. doi:10.5937/jaes15-14662Iakovenko I., Kolchunov Vl. (2017). The development of fracture mechanics hypotheses applicable to the calculation of reinforced concrete structures for the second group of limit states // Journal of Applied Engineering Science. 2017. Vol. 15. Iss. 3. article 455. Pp. 366–375. doi:10.5937/jaes15-14662Kolchunov V.I. Generalized Deplanation Hypotheses for Linear and Angular Deformations in Reinforced Concrete Structures under Combined Torsion and Bending. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2023. (1(59)). Pp. 9-26. https://doi.org/10.36622/VSTU.2023.69.1.001.Kolchunov V.I. Generalized Deplanation Hypotheses for Linear and Angular Deformations in Reinforced Concrete Structures under Combined Torsion and Bending // Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2023. (1(59)). Pp. 9-26. https://doi.org/10.36622/VSTU.2023.69.1.001.Kolchunov V. I. Some problem tasks of the modern theory of reinforced concrete and their solutions. Collection of scientific papers of RAASN. Russian Academy of Architecture and Building Sciences. - Moscow: ASV Publishing House, 2022. - Pp. 130-141. (in Russ.)Колчунов В. И. Некоторые проблемные задачи современной теории железобетона и их решения // Сборник научных трудов РААСН. Российская академия архитектуры и строительных наук. – Москва: Издательство АСВ, 2022. – С. 130-141.Kolchunov V. I. Method of Resistance Design Models for Reinforced Concrete. Stroitel'naya Mechanika Engineering Designs and Structures. 2023. Vol. 19. No. 3. Pp. 261-275. https://doi.org/10.22363/1815-5235.(in Russ.)Колчунов Вл. И. Метод расчетных моделей сопротивления для железобетона //Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2023. т.19, №3. С.261-275. https://doi.org/10.22363/1815-5235/Kolchunov V. I.; Karpenko S. N. Stiffness of reinforced concrete structures under complex resistance / V. I. Kolchunov, S. N. Karpenko. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2022. No. 1(65). Pp. 11-24. https://doi.org/10.36622/VSTU.2022.65.1.001. (in Russ.)Колчунов Вл. И., Карпенко С. Н. Жесткость железобетонных конструкций при сложном сопротивлении // Научный журнал строительство и архитектуры. 2022. №1(65). С. 11–24. https://doi.org/10.36622/VSTU.2022.65.1.001.Kolchunov V.I., Masud Nur Eddin. Analysis of Concrete Deformations at Crack Shores along the Axis of Stretched Armature of Reinforced Concrete Elements. Bulletin of the Central Regional Branch of RAASN. 2006. No. 5. Pp. 69-72. (in Russ.)Колчунов В.И., Масуд Нур Эддин. Анализ деформаций бетона на берегах трещины вдоль оси растянутой арматуры железобетонных элементов // Вестник центрального регионального отделения РААСН. – 2006. – №5. – С. 69–72.Pham Phuc Tung. Methodology of determination of distance between cracks of centrally stretched reinforced concrete structures. Izvestiya Orelskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. 2006. No. 3. Pp. 55 - 64. (in Russ.)Фам Фук Тунг. Методика определения расстояния между трещинами центрально растянутых железобетонных конструкций // Известия Орловского государственного технического университета. 2006. №3. С. 55 – 64.Kolchunov V.I., Nikulin A.I., Obernikhin D.V. Crack Opening Width of Reinforced Concrete Structures of Trapezoidal Cross-Section Taking into Account New Resistance Effects. Vestnik of V.G. Shukhov State Technical University - 2018.- No. 10.- P. 64-73. (in Russ.)Колчунов Вл.И., Никулин А.И., Обернихин Д.В. Ширина раскрытия трещин железобетонных конструкций трапециевидного поперечного сечения с учетом новых эффектов сопротивления //Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова.– 2018.– № 10.– С. 64-73.Klyueva N.V., Yakovenko I.A., Usenko N.V. To calculation of the opening width of inclined cracks of the third type in composite reinforced concrete structures. Industrial and Civil Engineering. 2014. No. 1. Pp. 37-40. (in Russ.)Клюева Н.В., Яковенко И.А., Усенко Н.В. К расчету ширины раскрытия наклонных трещин третьего типа в составных железобетонных конструкциях // Промышленное и гражданское строительство. – 2014. – №1. – С. 37–40.Dem'yanov, A.I., Yakovenko, I.A., Kolchunov, V.I. The development of universal short dual-console element for resistance of reinforced concrete structures under the action torsion with bending. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennostithis. 2017. 370(4). Pp. 246–251.Dem'yanov, A.I., Yakovenko, I.A., Kolchunov, V.I. The development of universal short dual-console element for resistance of reinforced concrete structures under the action torsion with bending // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennostithis. 2017. 370(4). Pp. 246–251.Thomas F. G. Cracking in reinforced concrete. The Structural Engineer. 1936. 14. Pp.298–320.Thomas F. G. Cracking in reinforced concrete // The Structural Engineer. 1936. 14. С.298–320.Bondarenko V.M., Kolchunov Vl.I. Calculation Models of Force Resistance of Reinforced Concrete. Мoscow: ASV Publishing House, 2004. 472 p. (in Russ.)Бондаренко В.М., Колчунов Вл.И. Расчетные модели силового сопротивления железобетона. М.: Изд-во АСВ, 2004. 472 с.Golyshev A.B., Kolchunov V.I. Resistance of reinforced concrete. Kiev: Osnova, 2009. (in Russ.)Голышев А.Б., Колчунов Вл.И, Сопротивление железобетона. Киев: Основа, 2009. 32. Adishchev V.V., Maltsev V.V. "Investigation of stress-strain state in the beam with preformed cracks // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 456. No. 1.Adishchev V.V., Maltsev V.V. Investigation of stress-strain state in the beam with preformed cracks. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 456. No. 1.Федоров В.С., Фам Фук Тунг, Колчунов Вл.И. Расчет ширины раскрытия трещин в железобетонных конструкциях при центральном растяжении с учетом эффекта нарушения сплошности. // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Строительство и транспорт. 2007. № 1(13). С.29-33.Fedorov V.S., Pham Phuc Tung, Kolchunov Vl.I. Calculation of Crack Opening Width in Reinforced Concrete Structures under Central Tension with Account of Continuity Violation Effect. Izvestiya Orelskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. Series: Construction and transportation. 2017. No. 1(13). Pp.29-33. (in Russ.)Мурашев В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона [Текст]: (основы сопротивления железобетона). Москва : Изд-во М-ва стр-ва предприятий машиностроения, 1950. - 267 с.Murashev V.I. Crack resistance, rigidity and strength of reinforced concrete [Text]: (basics of resistance of reinforced concrete). - Moscow : Publ. Ninistry of construction f machine-building enterprises, 1950. - 267 p. (in Russ.)Колчунов В.И., Пимочкин В. Н. Методика экспериментальных исследований сопротивления растянутого бетона между трещинами в железобетонных конструкциях для уточнения параметра // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Строительство и транспорт. 2007. №. 2-14. С. 56-60.Kolchunov V. I., Pimochkin V.N. Methodology of experimental studies of the resistance of stretched concrete between cracks in reinforced concrete structures to clarify the parameter. Izvestiya Orelskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. Series: Construction and transportation. - 2007. No. 2-14. Pp. 56-60. (in Russ.)

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