Оценка механической безопасности железобетонных колонн на основе предельных поверхностей

Механическую безопасность железобетонных колонн при авариях предлагается оценивать с помощью предельной поверхности, формирующейся при совместном рассмотрении локальных критериев прочности по каждому виду предельного усилия без рассмотрения отдельного опасного сечения. Выполнено построение такой поверхности для вертикальных несущих элементов (колонн и пилонов) прямоугольного сечения, работающих в условиях сложного сопротивления. В частности, рассмотрены случаи внецентренного сжатия с изгибающими моментами, действующими в двух главных плоскостях, а также комбинированное действие сжимающей силы, изгибающего момента и крутящего момента, вызванного особенностями приложения нагрузки. Расчеты проведены в динамической постановке с учетом физической и геометрической нелинейности. Для бетона применена модель пластичности с повреждениями, а для арматуры — упругопластическая модель с билинейной диаграммой без упрочнения. Динамическое догружение моделируется импульсной нагрузкой, величина и время действия которой определяются приближенно на основе закона сохранения импульса. Такая нагрузка имитирует аварийное воздействие, например падение ударяющего тела на деформируемую плиту в зоне сопряжения с элементом. На основе построенной предельной поверхности динамической прочности выполнена оценка механической безопасности, включающая не только гарантии отсутствия полного разрушения, но и учет риска материальных потерь при различных аварийных сценариях. На примерах элементов из тяжелого бетона, армируемого сварными каркасами продемонстрированы практическая реализуемость предлагаемого подхода и алгоритм расчета рисков.

1. Lu X., Zhang L., Lin K., Li Y. Improvement to composite frame systems for seismic and progressive collapse resistance // Engineering Structures. 2019. Vol. 186. P. 227–242. DOI: 10.1016/J.ENGSTRUCT.2019.02.006.

2. Kiakojouri F., De Biagi V., Chiaia B., Sheidaii M.R. Strengthening and retrofitting techniques to mitigate progressive collapse: A critical review and future research agenda // Engineering Structures. 2022. Vol. 262. DOI: 10.1016/j.engstruct.2022.114274. EDN: NAXIZX.

3. Tamrazyan A., Alekseytsev A. Evolutionary optimization of reinforced concrete beams, taking into account design reliability, safety and risks during the emergency loss of supports // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 97. DOI: 10.1051/e3sconf/20199704005. EDN: IYKSXO.

4. Alekseytsev A.V. Mechanical safety of reinforced concrete frames under complex emergency actions // Magazine of Civil Engineering. 2021. Vol. 103. DOI: 10.34910/MCE.103.6. EDN: ILMMNH.

5. Hassanzadeh A., Gholizadeh S. Collapse-performance-aided design optimization of steel concentrically braced frames // Engineering Structures. 2019. Vol. 197. 109411. DOI: 10.1016/j.engstruct.2019.109411.

6. Jaiswal D.K., Murty C.V.R. Lateral deformation capacity of cantilever RC hollow columns using physics-based concrete confinement model // Structures. 2025. Vol. 75. 108662. DOI: 10.1016/J.ISTRUC.2025.108662. EDN: EKJANA.

7. Serpik I., Alekseytsev A. Optimization of steel frame building systems in terms of parameters and reliability requirements // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365. DOI: 10.1088/1757-899X/365/5/052003. EDN: VBIPJF.

8. Alekseytsev A.V., Kurchenko N.S., Mohamad A.A. Risk-Based Optimization of RC Beams Under Different Local Damage Scenarios // Advances in Transdisciplinary Engineering. 2023. Vol. 43. DOI: 10.3233/ATDE230697.

9. Lin K., Zheng J., Wu Z., Lu X., Li Y. Risk-based life cycle cost-benefit analysis for progressive collapse design of RC frame structures // Structures. 2024. Vol. 63. 106468. DOI: 10.1016/J.ISTRUC.2024.106468. EDN: SFPNJF.

10. Jiang L., Ye J. Risk-based overall seismic robustness assessment of cold-formed steel structures considering vulnerability and fragility // Bulletin of Earthquake Engineering. 2022. Vol. 20. DOI: 10.1007/s10518-022-01435-7. EDN: IYCBIO.

11. Klueva N., Emelyanov S., Kolchunov V., Gubanova M. Criterion of Crack Resistance of Corrosion Damaged Concrete in Plane Stress State // Procedia Engineering. 2015. Vol. 117. P. 179–185. DOI: 10.1016/J.PROENG.2015.08.144. EDN: UZYOAB.

12. Chen Y., He Q., Chen Z., Liang X. Bending restoring force model of angle-steel reinforced concrete columns under combined torsion // Structures. 2023. Vol. 55. P. 2186–2198. DOI: 10.1016/J.ISTRUC.2023.07.008. EDN: NMRBLT.

13. Kolchunov V.I., Moskovtseva V.S. Robustness of reinforced concrete frames with elements experiencing bending with torsion // Engineering Structures. 2024. Vol. 314. 118309. DOI: 10.1016/J.ENGSTRUCT.2024.118309. EDN: PNBEQJ.

14. Savin S.Y., Kolchunov V.I. Dynamic behavior of reinforced concrete column under accidental impact // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2021. Vol. 17. No. 3. P. 120–131. DOI: 10.22337/2587-9618-2021-17-3-120-131. EDN: PMDHWD.

15. Alekseytsev A. Local Fracture of a Reinforced Concrete Beam Under High-Velocity Impact on Biaxial Bending and Torsion Deformation // Buildings. 2025. Vol. 15. DOI: 10.3390/buildings15224153. EDN: UMRASV.