constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2025-122-6-2construction-980Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙBUILDING AND STRUCTURE SAFETYДеформирование приопорных зон ригелей железобетонных рамных каркасов в запредельных состоянияхMulti-stage deformation of plastic hinges in RC frame beams at accidental actionsСавинС. Ю.SavinS. Y.

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

г. Москва

Savin Sergey Yu., Сandidate of Tech. Sc., associate professor of the department of Reinforced Concrete and Masonry Structures

Moscow

savinsyu@mgsu.ruЛизогубА. А.LizahubA. A.

Лизогуб Александр Александрович, м.т.н., младший научный сотрудник ОЛ «НИЦИС»

г. Брест

Aliaksandr Al. Lizahub, master of eng. science, junior research fellow of BL «RCIC»

Brest 

p_332_14lizogub@mail.ruФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»National Research Moscow State University of Civil EngineeringБрестский государственный технический университетBrest State Technical University202515122025063646Copyright © Савин С.Ю., Лизогуб А.А., 20252025Савин С.Ю., Лизогуб А.А.Savin S.Y., Lizahub A.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/980

В современных условиях возрастает риск аварийных воздействий на здания, что делает традиционные стратегии проектирования, основанные на исключении таких воздействий или проектировании ключевых элементов, недостаточно эффективными и экономически неоправданными. Наиболее перспективным подходом является обеспечение живучести конструкций путем ограничения масштабов обрушения после начального локального разрушения. Целью исследования является разработка расчетной модели сопротивления приопорного участка ригеля железобетонного рамного каркаса здания при многоуровневом деформировании в запредельном состоянии, возникающем в результате аварийной ситуации. Приводится обоснование выбора физической модели сопротивления в виде конструктивного узла с приопорными участками ригелей и колонн. Разработана расчетная модель сопротивления приопорных участков ригелей железобетонного рамного каркаса здания при многоуровневом деформировании в запредельном состоянии, возникающем в результате аварийной ситуации. Получены аналитические выражения для характерных точек диаграммы «Момент – угол поворота в пластическом шарнире» при работе конструкций перекрытия над местом начального локального разрушения по изгибной и арочной схемам, а также диаграммы «Продольная сила – удлинение» при работе по цепной схеме. Предложенный подход позволяет оценить несущую способность железобетонных каркасов в запредельных состояниях, возникающих после аварийного воздействия. Полученные результаты могут быть использованы для практического расчета и проектирования конструкций, направленного на повышение их живучести.

The risk of accidental damage to buildings is currently increasing. This makes traditional design strategies, which focus on eliminating such impacts or designing key elements, ineffective and economically unreasonable. The most promising approach is to ensure the robustness of structures by limiting the extent of collapse after initial local failure. The goal of this study is to develop a calculation model for the resistance of a beam support section of a reinforced concrete frame under multi-level deformation in an accidental situation. The rationale for selecting a physical resistance model in the form of a structural node with support sections of beams and columns is explained. A calculation model has been developed to determine the resistance of support sections of beams in a reinforced concrete frame building under multi-level deformation in an extreme state resulting from an accidental situation. Analytical expressions have been obtained for the characteristic points of the "moment-rotation angle in a plastic hinge" diagram for flexural and compressive arch action, as well as for the "axial force-elongation" diagram for tensile catenary action. The proposed approach enables the evaluation of the load-bearing capacity of reinforced concrete frames under extreme conditions resulting from accidental events. The results of the study can be used to design structures that are more robust.

живучестьпрогрессирующее обрушениеарочная стадияцепная стадияжелезобетонкаркасузелrobustnessprogressive collapsecompressive arch actiontensile catenary actionreinforced concreteframejointИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-49-10010, https://rscf.ru//project/24-49-10010/ Исследование выполнено в рамках гранта Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований № Т23РНФМ-060.This work was supported by the Russian Science Foundation grant No. 24-49-10010, https://rscf.ru//project/24-49-10010/. This work was supported by the Belarusian Republican Foundation for Basic Research grant No. T23RNFM-060.ReferencesКолчунов В.И., Ильющенко Т.А., Федорова Н.В., Савин С.Ю., Тур В.В., Лизогуб А.А. Живучесть конструктивных систем зданий и сооружений: аналитический обзор исследований // Строительство и реконструкция. 2024;(3):31-71. https://doi.org/10.33979/2073-7416-2024-113-3-31-71Kolchunov V.I., Iliushchenko T.A., Fedorova N.V., Savin S.Y., Tur V.V., Lizahub A.A. Structural robustness: an analytical review. Building and Reconstruction. 2024;(3):31-71. (In Russ.) https://doi.org/10.33979/2073-7416-2024-113-3-31-71Тамразян А.Г. Концептуальные подходы к оценке живучести строительных конструкций, зданий и сооружений // Железобетонные конструкции. 2023;3(3):62-74. https://doi.org/10.22227/2949-1622.2023.3.62-74Tamrazyan A.G. Conceptual Approaches to Robustness Assessment of Building Structures, Buildings and Facilities. Reinforced concrete structures. 2023;3(3):62-74. (In Russ.) https://doi.org/10.22227/2949-1622.2023.3.62-74Травуш В. И., Колчунов В. И., Клюева Н. В. Некоторые направления развития теории живучести конструктивных систем зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 3. С. 4–11.Travush V.I., Kolchunov V.I., Klyueva N.V. Some directions of development of survivability theory of structural systems of buildings and structures. Industrial and civil engineering. 2015. No. 3. pp. 4–11.Лизогуб А.А., Тур А.В., Тур В.В. Вероятностный подход к оценке живучести конструктивных систем из сборного и монолитного железобетона // Строительство и реконструкция. 2023;(4):93-105. https://doi.org/10.33979/2073-7416-2023-108-4-93-105Lizahub A.A., Tur A.V., Tur V.V. Probabilistic approach for assessing the robustness of structural systems made of precast and monolithic reinforced concrete. Building and Reconstruction. 2023;(4):93-105. (In Russ.) https://doi.org/10.33979/2073-7416-2023-108-4-93-105Савин С.Ю. Уровни напряженно-деформированного состояния конструкций железобетонных рам при аварийных воздействиях // Известия вузов. Строительство. 2025. № 6. С. 5–21. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2025-798-6-5-21.Savin S.Yu. Levels of stress-strain state of reinforced concrete frame structures under accidental impacts. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2025; (6): 5–21. (In Russ.). https://doi.org/10.32683/0536-1052-2025-798-6-5-21.Pham A. T., Tan K. H. Experimental study on dynamic responses of reinforced concrete frames under sudden column removal applying concentrated loading // Eng Struct. 2017. Т. 139. Pp. 31–45. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.02.002Pham A. T., Tan K. H. Experimental study on dynamic responses of reinforced concrete frames under sudden column removal applying concentrated loading. Eng Struct. 2017. Т. 139. Pp. 31–45. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.02.002Pham A.T., Brennei, C., Roller C., Tan, K. H. Blast-induced dynamic responses of reinforced concrete structures under progressive collapse // Magazine of Concrete Research. 2022. Т. 74, № 16. Pp. 850–863. https://dx.doi.org/10.1680/jmacr.21.00115Pham A.T., Brennei, C., Roller C., Tan, K. H. Blast-induced dynamic responses of reinforced concrete structures under progressive collapse. Magazine of Concrete Research. 2022. Т. 74, № 16. Pp. 850–863. https://dx.doi.org/10.1680/jmacr.21.00115Wang S., Peng J., Kang S.-B. Evaluation of compressive arch action of reinforced concrete beams and development of design method // Eng Struct. 2019. Т. 191. Pp. 479–492. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.04.083Wang S., Peng J., Kang S.-B. Evaluation of compressive arch action of reinforced concrete beams and development of design method. Eng Struct. 2019. Т. 191. С. 479–492. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.04.083Bao Y., Tan K. H. Analytical approach and design method for evaluation of compressive arch action of precast concrete beams // Eng Struct. Elsevier Ltd, 2023. Т. 280. https://doi.org/0.1016/j.engstruct.2019.04.083Bao Y., Tan K. H. Analytical approach and design method for evaluation of compressive arch action of precast concrete beams. Eng Struct. 2023. Т. 280. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.04.083Almusallam T. et al. Development limitations of compressive arch and catenary actions in reinforced concrete special moment resisting frames under column-loss scenarios // Structure and Infrastructure Engineering. 2020. Т. 16, № 12. Pp. 1616–1634. https://doi.org/10.1080/15732479.2020.1719166Almusallam T. et al. ElsanadedyShow all 6 authorsH. AbbasH. AbbasDevelopment limitations of compressive arch and catenary actions in reinforced concrete special moment resisting frames under column-loss scenarios. Structure and Infrastructure Engineering. 2020. Т. 16, № 12. Pp. 1616–1634. https://doi.org/10.1080/15732479.2020.1719166Tao Y., Huang Y., Yi W. Analytical model for compressive arch action in unbonded prestressed concrete beam-column subassemblages under a column-loss scenario // Eng Struct. 2022. Т. 273. С. 115090. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.115090Tao Y., Huang Y., Yi W. Analytical model for compressive arch action in unbonded prestressed concrete beam-column subassemblages under a column-loss scenario. Eng Struct. 2022. Т. 273. 115090. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.115090Kolchunov Vl. I. Deplanation hypotheses for angular deformations in reinforced concrete structures under combined torsion and bending // Building and reconstruction. 2022. Т. 100, № 2. Pp. 3–12. https://doi.org/10.33979/2073-7416-2022-100-2-3-12Kolchunov Vl. I. Deplanation hypotheses for angular deformations in reinforced concrete structures under combined torsion and bending. Building and reconstruction. 2022. Т. 100, № 2. Pp. 3–12. https://doi.org/10.33979/2073-7416-2022-100-2-3-12Колчунов Вл.И. Метод расчетных моделей сопротивления для железобетона // Строительная механика инженерных констуркций и сооружений. 2023. Т. 19, № 3. С. 261–275. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2023-19-3-261-275Kolchunov V. I. Method of computational models of resistance for reinforced concrete // Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2023. Т. 19, № 3. Pp. 261–275. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2023-19-3-261-275Колчунов Вл. И., Федоров В. С. Понятийная иерархия моделей в теории сопротивления строительных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2020. С. 16–23. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.08.16-23Kolchunov Vl.I., Fedorov V.S. Conceptual hierarchy of models in the theory of resistance of building structures. Industrial and civil engineering. 2020. Pp. 16–23. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.08.16-23Бондаренко В.М., Колчунов Вл.И. Расчетные модели сопротивления. М.: Издательство АСВ, 2004. 472 с.Bondarenko V. M., Kolchunov Vl. I. Design models of reinforced concrete structures resistance. Moscow: Publishing ASV, 2004. 472 p.Trekin, N., Kodysh, E., Shmakov, S., Terekhov, T., & Kudyakov, K. (2021). Determination of the criteria of deformation in a special limiting state // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2021. 17(1). 108-116. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2021-17-1-108-116Trekin, N., Kodysh, E., Shmakov, S., Terekhov, T., & Kudyakov, K. (2021). Determination of the criteria of deformation in a special limiting state. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2021. 17(1). 108-116. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2021-17-1-108-116Trekin N. N., Kodysh E. N. Special Limit Condition of Reinforced Concrete Structures and Its Normalization // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering], 2020, no. 5, pp. 4-9. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.05.04-09Trekin N. N., Kodysh E. N. Special Limit Condition of Reinforced Concrete Structures and Its Normalization. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering], 2020, no. 5, pp. 4-9. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.05.04-09UFC. UFC 4-023-03. Design of Buildings To Resist Progressive Collapse // Design of Buildings To Resist Progressive Collapse. 2016. № November. С. 34–37.UFC. UFC 4-023-03. Design of Buildings To Resist Progressive Collapse // Design of Buildings To Resist Progressive Collapse. 2016. № November. С. 34–37.Kolchunov V.I., Fedorova N.V., Savin S.Y., Kaydas P.A. Progressive Collapse Behavior of a Precast Reinforced Concrete Frame System with Layered Beams // Buildings 2024, 14, 1776. https://doi.org/10.3390/buildings14061776Kolchunov V.I., Fedorova N.V., Savin S.Y., Kaydas P.A. Progressive Collapse Behavior of a Precast Reinforced Concrete Frame System with Layered Beams. Buildings. 2024, 14, 1776. https://doi.org/10.3390/buildings14061776Kolchunov V. I., Moskovtseva V. S. Robustness of reinforced concrete frames with elements experiencing bending with torsion // Eng Struct. 2024. Т. 314. 118309. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118309Kolchunov V. I., Moskovtseva V. S. Robustness of reinforced concrete frames with elements experiencing bending with torsion // Eng Struct. 2024. Т. 314. 118309. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118309Adam J. M. et al. Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century // Eng Struct. Elsevier, 2018. Т. 173, № March. С. 122–149. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.06.082Adam J. M. et al. Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century. Eng Struct. Elsevier, 2018. Т. 173, № March. С. 122–149. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.06.082Adam J. M. и др. Dynamic performance of a real-scale reinforced concrete building test under a corner-column failure scenario // Eng Struct. 2020. Т. 210. С. 110414. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110414Adam J. M. и др. Dynamic performance of a real-scale reinforced concrete building test under a corner-column failure scenario. Eng Struct. 2020. Т. 210. С. 110414. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110414Savin S. Yu. Stages of Resistance of Reinforced Concrete Frames in Accidental Design Situation // Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2025. Т. 21, № 4. С. 321–333. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2025-21-4-321-333Savin S. Yu. Stages of Resistance of Reinforced Concrete Frames in Accidental Design Situation // Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2025. Т. 21, № 4. С. 321–333. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2025-21-4-321-333СП 63.13330.2018 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М.: Минстрой РФ, 2020. 150 с.SP 63.13330.2018 "SNiP 52-01-2003 Concrete and reinforced concrete structures. General provisions. Moscow: Minstroy RF, 2020. 150 p.FIB Model Code 2010. CEB and FIP, 2011.FIB Model Code 2010. CEB and FIP, 2011.Тур В.В., Тур А.В., Лизогуб А.А. Проверка живучести конструктивных систем из сборного железобетона по методу энергетического баланса // Вестник МГСУ. 2021. № 8. С. 1015–1033. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2021.8.1015-1033Tur V. V., Tur A. V., Lizahub A. A. Checking of the robustness of precast structural systems based on the energy balance method. Vestnik MGSU. 2021. № 8. Pp. 1015–1033. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2021.8.1015-1033

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