BEARING CAPACITY OF EMERGENCYLY LOADED REINFORCED CONCRETE COLUMNS WITH INITIAL IMPERFECTIONS

An approach to numerical simulation of the stress-strain state of reinforced concrete square columns with various types of initial imperfections is considered. Their ultimate bearing capacity is determined taking into account the possible dynamic additional loading by the longitudinal force and the bending moment. For research, a numerical model is used that describes the design of the column with volumetric elements for concrete and rod elements for the reinforcing cage. Initial imperfections are modeled by physical removal of elements, unzipping of elements, unzipping with the possibility of subsequent stitching by nonlinear bonds that simulate gaps and adhesion at the interface between media. Numerical analysis was carried out in a dynamic formulation according to an implicit scheme based on the direct method, the solution of a nonlinear problem was performed using the Newton-Raphson method with a discrepancy in the value of nodal forces. The degree of influence of initial imperfections associated with deviations of geometry and damage to the material on the bearing capacity of compressed-bent elements under emergency impact has been established. It is shown that for structures with an increased level of responsibility, it is advisable when designing to provide for an additional margin of safety for additionally loaded columns in frame structures within 10%.

survivability, numerical simulation, reinforced concrete structures, columns, finite element analysis, dynamic loading, initial imperfections, structural safety

1. Белостоцкий А.М., Дмитриев Д.С., Петряшев С.О., Нагибович Т.Е. Расчетная оценка влияния геометрических отклонений от проекта на параметры механической безопасности многоярусных промышленных металлоконструкций (этажерок) в рамках научно-технического сопровождения строительства // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2021. Т. 17. № 1. С. 19-29

2. Игошин В.Л., Лебедев В.В. Учет начальных несовершенств крена зданий на стадии проектирования // Жилищное строительство. 2010. № 1. С. 2-6

3. Митасов В.М., Себешев В.Г., Асташенков Г.Г., Логунова М.А. К вопросу учета и уменьшения влияния начальных геометрических несовершенств при возведении многоэтажных каркасных зданий // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2012. № 2 (638). С. 91-97

4. Мондрус В.Л., Смирнов В.А. Закритическое деформирование сжатой стойки со случайными несовершенствами // Научное обозрение. 2015. № 4. С. 113-118

5. Savin S.Yu, Kolchunov V.I. Dynamic behavior of reinforced concrete column under accidental impact // International Journal for Computational Civil and Structal Engineering. 2021. Т. 17(3). С. 120-131

6. Тамразян А.Г. Расчет внецентренно сжатых железобетонных элементов при динамическом нагружении в условиях огневых воздействий // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 3. С. 29-35

7. 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. 22nd International Scientific Conference on Construction the Formation of Living Environment, FORM 2019. С. 04005

8. Kolchunov V.I., Savin S.Yu. Survivability criteria for reinforced concrete frame at loss of stability // Magazine of Civil Engineering. 2018. № 4 (80). С. 73-80

9. Гичко В.В. Расчет устойчивости гибких железобетонных стоек деформационным методом // Современное промышленное и гражданское строительство. 2014. Т. 10. № 2. С. 103-112

10. Савин С.Ю. Устойчивость внецентренно сжатых железобетонных элементов при особых воздействиях с учетом деформаций сдвига // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. № 1. С. 49-58

11. Alekseytsev A.V. Mechanical safety of reinforced concrete frames under complex emergency actions // Magazine of Civil Engineering. 2021. No. 3(103). P. 10306

12. Nazmeeva T.V., Vatin N.I. Numerical investigations of notched c-profile compressed members with initial imperfections // Magazine of Civil Engineering. 2016. № 2 (62). С. 92-101

13. Hajdú G, Rubert A. Eigenshape based imperfection method for beam-columns with mono-symmetric I-section. Eigenformbasierte Imperfektionsmethode für Tragwerke mit monosymmetrischen I-Profilen. Stahlbau. 2021. No. 90(8). Рр. 600-13

14. Garifullin M., Bronzova M.K., Heinisuo M., Mela K., Pajunen S. Cold-formed rhs t joints with initial geometrical imperfections // Magazine of Civil Engineering. 2018. № 4 (80). С. 81-94

15. Корсун Н.Д., Простакишина Д.А. Анализ НС составного сечения из тонкостенных профилей с учетом начальных геометрических несовершенств // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2018. № 4 (39). С. 83-88

16. Mageirou G.E., Lemonis M.E. Influence of imperfections on the progressive collapse of steel moment resisting frames // Journal of Constructional Steel Research. 2021. Т. 183

17. Мануйлов Г.А., Косицын С.Б., Грудцына И.Е. Численный анализ критического равновесия гибкой подкрепленной пластины с учетом влияния начальных геометрических несовершенств. Строительная механика и расчет сооружений. 2020. № 1 (288). С. 30-36

18. Иноземцев В.К., Нащинцев Е.А. Общая бифуркационная устойчивость и деформации крена высотных объектов. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2015. № 6. С. 32-36

19. Rzeszut K. Post-Buckling Behaviour of Steel Structures with Different Types of Imperfections // Applied Sciences. 2022. Т. 12(18)

20. Wu K., Xing Z. Stability of imperfect prestressed stayed beam-columns under combined axial load and bending // Engineering Structures. 2021. Т. 245

21. Литвинов С.В., Клименко Е.С., Кулинич И.И., Языева С.Б. Расчет на устойчивость полимерных стержней с учетом деформаций ползучести и начальных несовершенств. Инженерный вестник Дона. 2011. № 2(16). С. 75-79

22. Radwan M, Kövesdi B. Equivalent Geometric Imperfections for Local Buckling of Slender Box-section Columns. Periodica Polytechnica Civil Engineering. 2021. Т. 65(4). С. 1279-1287

23. Алексейцев А.В., Антонов М.Д. Динамика безбалочных железобетонных каркасов сооружений при повреждениях плит продавливанием. Строительство и реконструкция. 2021. № 4(96). С. 23-34

24. Колчунов В.И., Федорова Н.В., Савин С.Ю. Динамические эффекты в статически неопределимых физически и конструктивно нелинейных системах // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 9. С. 42-51. doi:10.33622/0869-7019

25. Алексейцев А.В. Поиск рациональных параметров строительных конструкций на основе многокритериальной эволюционной оптимизации. Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 7. С. 18-22