constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2024-116-6-15-27construction-820Research ArticleТЕОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИTHEORY OF ENGINEERING STRUCTURES. BUILDING UNITSРасчетная модель сопротивления железобетона в околоарматурной областиDevelopment of the reinforced concrete resistance theory in the zone about reinforcementКолчуновВ. Л.KolchunovV. I.

 

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

г. Москва, Ярославское шоссе, 26

127238, г. Москва, Локомотивный проезд, 21

Kolchunov Vladimir I., 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

26, Yaroslavskoye Shosse, Moscow

21 Lokomotivnyy Proezd, Moscow, 127238

vlik52@mail.ruФёдороваН. В.FedorovaN. V.

Фёдорова Наталия Витальевна, Советник РААСН, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой промышленного и гражданского строительства

г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Fedorova Natalia V., Advisor of RAACS, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Industrial and Civil Engineering

26, Yaroslavskoye Shosse, Moscow

fedorova@mfmgsu.ruИльющенкоТ. А.LlushchenkoT. A.

Ильющенко Татьяна Александровна, Кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры промышленного и гражданского строительства

г. Курск, ул. Радищева, д.33

llushchenko Tatiana A., Canddate of technical science, Senior Lecturer of the Department of Industrial and Civil Engineering construction

33 Radishcheva street, Kursk

tatkhalina93@yandex.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); Scientific Research Institute of Construction Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction SciencesНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)Moscow State University of Civil Engineering (NIU MGSU)Курский государственный университет (КГУ)Kursk State University (KSU)202410122024061527Copyright © Колчунов В.Л., Фёдорова Н.В., Ильющенко Т.А., 20242024Колчунов В.Л., Фёдорова Н.В., Ильющенко Т.А.Kolchunov V.I., Fedorova N.V., llushchenko T.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/820

Решена актуальная задача сопротивления околоарматурной зоны бетона, как задача объемного напряженно-деформированного состояния с «замыканием» выходных интегральных параметров этой зоны на стержневую схему всего железобетонного элемента синтезирующей в себе гипотезы и зависимости механики железобетона и механики разрушения. В расчетной модели железобетонного элемента учтен эффект железобетона проф. Вл.И. Колчунова, описывающий механизм образования и развития поперечных и продольных трещин. При этом приняты обобщенные гипотезы линейных и угловых деформаций для депланациии и градиентов относительных взаимных смещений арматуры и бетона. Построены новые функционалы железобетона, которые согласуются с физическими представлениями о сопротивлении поперечных сечений стержневых элементов в околоарматурных зонах. Записаны физические уравнения для бетонной матрицы, моделирующей зоны между поперечными трещинами. Найдены составляющие перемещений для околоарматурной области применительно к ширине раскрытия трещин на границе контакта «бетон-арматура» в поперечных, продольных и радиальных трещинах, соответственно. В принятых предпосылках Использование принятых предпосылок и многоуровневой расчетной схемы для околоарматурной области заметно приближает расчетную модель к реальной оценке физических явлений. 

The actual problem of resistance of near-reinforcement zone of concrete is solved as a problem of volumetric stress-strain state with "closure" of output integral parameters of this zone on the rod scheme of the whole reinforced concrete element synthesizing hypotheses and dependencies of various disciplines of mechanics of solid deformation body, including fracture mechanics. The calculation model of the reinforced concrete element takes into account the effect of reinforced concrete of prof. Vl.I. Kolchunov describing the mechanism of formation and development of transverse and longitudinal cracks. In this case, generalized hypotheses of linear and angular deformations for warping and gradients of jumps of relative mutual displacements of reinforcement and concrete are adopted. New functionals of reinforced concrete are constructed, which are consistent with the ideas about resistance of crosssections of rod elements in near-reinforcement zones. Physical equations for a concrete matrix modeled between transverse cracks are written.

The displacement components for the near-reinforcement area are found in relation to the crack opening width at the boundary of the "concrete-reinforcement" contact in transverse, longitudinal and radial cracks, respectively. The use of the accepted assumptions and multi-level calculation scheme for the near-reinforcement region significantly brings the calculation model closer to a real assessment of physical phenomena.

расчетная модельсопротивление железобетонаоколоарматурная областьцилиндрические координатыэффект железобетоналинейные и угловые деформацииобобщенная гипотезаcalculation modelresistance of reinforced concretenear-reinforcement regioncylindrical coordinateseffect of reinforced concretelinear and angular deformationsgeneralized hypothesisReferencesВ.М. Бондаренко, Вл.И. Колчунов. Расчетные модели силового сопротивления железобетона. М.: Изд-во АСВ, 2004. 472 с.Bondarenko V.M., Kolchunov V.I. Computational models of the strength resistance of reinforced concrete. Moscow: ASV Publ.; 2004. (In Russ.)А.Б. Голышев, Вл.И. Колчунов. Сопротивление железобетона. – К.: Основа, 2009. 432 с.Golyshev A. B., Kolchunov V.I. Resistance of reinforced concrete. Kyiv: Osnova Publ.; 2009. (In Russ.)Н.И. Карпенко. Общие модели механики железобетона. – М.: Стройиздат, 1996. 410 с.Karpenko N.I. General models of reinforced concrete mechanics. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1996. (In Russ.)ACI Committee 318-14. Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. - Farmington Hills, Mich: American Concrete Institute, 2014. - 519 p.ACI Committee 318-14. Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. - Farmington Hills, Mich: American Concrete Institute. 2014.EN 1992-1-2: 2004. Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings, 2004. - 225 p.EN 1992-1-2: 2004. Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings. 2004.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.CEB (Comit´e Euro-International du Beton). CEB-FIP Model Code 2010: Model Code for concrete structures. Ernst & Sohn, Wiley, Berlin, Germany. 2013..СП 5.03.01-2020. Бетонные и железобетонные конструкции. Минск, 2020. – 236 с.Building Code SP 5.03.01-2020. Concrete and reinforced concrete structures. Minsk, 2020. (In Russ.)СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.– М.: Минстрой России, 2018. – 152 с.Building Code SP 63.13330.2018 Concrete and reinforced concrete structures. General provisions. 2018.. (In Russ)Пособие по расчету железобетонных элементов, работающих на кручение с изгибом. – М.: Минстрой России, 2020. – 96 с.Manual for calculating reinforced concrete elements working in torsion with bending. - M.: Ministry of Construction of Russia. 2020. (In Russ)Frosch R. J. Another look at cracking and crack control in reinforced concrete // ACI Structural Journal, 1999. № 96(3). Pp. 437–442.Frosch R. J. Another look at cracking and crack control in reinforced concrete. ACI Structural Journal. 1999;96(3):437–442.Мурашев В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона. - Изд – во: Машстройиздат, 1950. С. 269.Murashev V.I. Crack resistance, rigidity and strength of reinforced concrete. - Publisher: Mashstroyizdat Publ.;1950. (In Russ)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; 14:298–320.Iakovenko I., Kolchunov Vl. 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(455). Pp. 366–375. http://doi.org/10.5937/jaes15-14662Iakovenko I., Kolchunov Vl. 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;15(455):366–375. http://doi.org/10.5937/jaes15-14662(In Russ)Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov Vl.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Bulkin S.A., Moskovtseva V.S. Results of experimental studies of high-strength fiber reinforced concrete beams with round crosssections under combined bending and torsion. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2020. Vol. 16(4). Pp. 290–297. http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-4-290-297Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov Vl.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Bulkin S.A., Moskovtseva V.S. Results of experimental studies of high-strength fiber reinforced concrete beams with round crosssections under combined bending and torsion. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2020; 16(4):290–297. http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-4-290-297(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. 37–40Klyueva N.V., Yakovenko I.A., Usenko N.V. On the calculation of the opening width of inclined cracks of the third type in composite reinforced concrete structures. Industrial and civil engineering. 2014; 1:37–40. (In Russ)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):246–251. (In Russ)Травуш В.И., Кашеварова Г. Г., Мартиросян А. С., Кузьминых В. С. Изучение процесса разрушения связей сцепления при вдавливании стержня жесткой арматуры в бетонЧасть 1: Экспериментальные исследования //International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2016. Т. 12. №. 1. С. 140-146.Travush V.I., Kashevarova G.G., Martirosyan A.S., Kuzminykh V.S. Study of the process of destruction of adhesion bonds during pressing of a rigid reinforcement rod into concrete. Part 1: Experimental studies. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2016; 12(1):140-146. (In Russ)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. 2021. Т. 15. №. 1. С. 293.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. 2021; 15(1): 293.Bado 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. P. 111385.Bado 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. (In Russ)Kaklauskas G., Sokolov A., Sakalauskas K. Strain compliance crack model for RC beams: primary versus secondary cracks //Engineering Structures. 2023. №. 281. P. 115770.Kaklauskas G., Sokolov A., Sakalauskas K. Strain compliance crack model for RC beams: primary versus secondary cracks. Engineering Structures. 2023; 281: 115770. (In Russ)Rimkus A., Cervenka V., Gribniak V., Cervenka J. Uncertainty of the smeared crack model applied to RC beams //Engineering Fracture Mechanics. 2020. Т. 233. P. 107088.Rimkus A., Cervenka V., Gribniak V., Cervenka J. Uncertainty of the smeared crack model applied to RC beams. Engineering Fracture Mechanics. 2020; 233: 107088. (In Russ)Колчунов Вл. И. Обобщенные гипотезы депланации линейных и угловых деформаций в железобетонных конструкциях при изгибе с кручением // Научный журнал строительства и архитектуры. 2023. № 1 (59). С. 9-26.Kolchunov Vl. I. Generalized hypotheses of warping of linear and angular deformations in reinforced concrete structures under bending with torsion. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2023;1 (59):9-26. (In Russ.)Колчунов В. И. Некоторые проблемные задачи современной теории железобетона и их решения // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2021 году. 2022. С. 130-141.Kolchunov V. I. Some problematic tasks of the modern theory of reinforced concrete and their solutions. [Fundamental, exploratory and applied research of RAASN on scientific support for the development of architecture, urban planning and the construction industry of the Russian Federation in 2021. ]2022: 130-141. (In Russ.)Колчунов Вл. И. Метод расчетных моделей сопротивления для железобетона // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2023.т.19, №3. С.261-275Kolchunov Vl. I. Method of calculation models of resistance for reinforced concrete. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2023; 19(3):261-275. (In Russ.)Колчунов Вл. И., Карпенко С. Н. Жесткость железобетонных конструкций при сложном сопротивлении // Научный журнал строительство и архитектуры. 2022. №1(65). С. 11–24Kolchunov Vl. I., Karpenko S. N. Rigidity of reinforced concrete structures under complex resistance. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2022; 1(65):11–24. (In Russ.)Kolchunov V. The Effect of Reinforced Concrete for Crack Resistance and Rigidity Based on Mechanics of Fracture Under Bending with Torsion //Modern Problems in Construction: Selected Papers from MPC 2021. 2022. С. 79-95.Kolchunov V. The Effect of Reinforced Concrete for Crack Resistance and Rigidity Based on Mechanics of Fracture Under Bending with Torsion. Modern Problems in Construction: Selected Papers from MPC 2021. 2022:79-95. (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. 64-73Kolchunov Vl.I., Nikulin A.I., Obernikhin D.V. Crack opening width of reinforced concrete structures with trapezoidal cross-section taking into account new resistance effects. Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov. 2018; 10: 64-73. (In Russ)Верюжский Ю.В., Колчунов Вл.И. Методы механики железобетона: учебное пособие. К.: Книжное издательство НАУ, 2005. 653 с.Veryuzhskiy Y.V., Kolchunov V.I. Methods of reinforced concrete mechanics: textbook. K.: Book publishing house NAU, 2005. 653 с. (In Russ)

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