VARIANT OF THE PLASTICITY THEORY FOR CONCRETE IN RELATION TO THE STATIC-DYNAMIC DEFORMATION REGIME

The substantiation of the modes of static-dynamic loading of the operated reinforced concrete frames of multi-storey buildings under the out-of-design impact in the form of sudden removal of individual load-bearing elements is presented. Based on the theory of plasticity of concrete and reinforced concrete by G.A. Geniev, analytical dependences are constructed to determine the parameters of the static-dynamic deformation diagram of concrete under various modes of static loading and sequential dynamic loading. The advantage of the obtained refined variant of concrete deformation is that it contains two important parameters that take into account the influence of the loading speed and the level of static loading on the complex stress-strain state of concrete. Numerical studies have shown that the limiting static-dynamic strength of concrete under dynamic loading depends on the level of the initial stress state under static loading of concrete, from which dynamic loading is carried out to the limit state. The numerical analysis carried out using the model under consideration also confirmed the results of experimental studies that microcracking in concrete under static loading does not begin with a certain stress level, but practically from the moment of the beginning of concrete loading. The results obtained are of interest for solving applied problems related to the problem of survivability, protection of buildings and structures from progressive collapse, in particular when determining the criteria for the strength of concrete under special stress.

reinforced concrete, survivability, sudden column removal, progressive collapse, plasticity theory of concrete, static-dynamic loading, dynamic strength, concrete deformation diagram

1. Белостоцкий А.М., Карпенко Н.И., Акимов П.А., Сидоров В.Н., Карпенко С.Н., Петров А.Н., Кайтуков Т.Б., Харитонов В.А. О методах расчета напряженно-деформированного состояния и на устойчивость к прогрессирующему обрушению пространственных плитнооболочечных железобетонных конструкций с учетом физической нелинейности, трещинообразования и приобретаемой анизотропии // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2018. № 14(2). С. 30-47. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2018-14-2-30-47

2. Kabantsev O., Mitrovic B. Deformation and power characteristics monolithic reinforced concrete bearing systems in the mode of progressive collapse // MATEC Web of Conferences. 2018. No. 251. doi:10.1051/MATECCONF/201825102047

3. Серпик И.Н., Курченко Н.С., Алексейцев А.В., Лагутина А.А. Анализ в геометрически, физически и конструктивно нелинейной постановке динамического поведения плоских рам при запроектных воздействиях // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 10. С. 49-51

4. Tamrazyan A.G., Fedorov V.S., Kharun M. The effect of increased deformability of columns on the resistance to progressive collapse of buildings // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 675. No. 1

5. Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Тюпин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона. М.: Стройиздат, 1974. 316 с

6. Scalerandi M., Bentahar M., Mechri C. Conditioning and elastic nonlinearity in concrete: Separation of damping and phase contributions // Construction and Building Materials. 2018. No. 161. Pp. 208-220. doi:10.1016/J.CONBUILDMAT.2017.11.035

7. Kayondo M., Combrinck R., Boshoff W.P. State-of-the-art review on plastic cracking of concrete // Construction and Building Materials. 2019. No. 225. Pp. 886 - 899. doi:10.1016/J.CONBUILDMAT.2019.07.197

8. Tošić N., Aidarov S., de la Fuente A. Systematic Review on the Creep of Fiber-Reinforced Concrete. Materials. 2020. Vol. 13 (22). P. 5098. doi:10.3390/MA13225098. URL:https://www.mdpi.com/1996-1944/13/22/5098/htm(date of application: 3.07.2022)

9. Hung C.C., Hu F.Y. Behavior of high-strength concrete slender columns strengthened with steel fibers under concentric axial loading // Construction and Building Materials. 2018. No. 175. Pp. 422-433. doi:10.1016/J.CONBUILDMAT.2018.04.201

10. Филоненко-Бородич М.М. Об условиях прочности материалов, обладающих различным сопротивлением растяжению и сжатию // Инж. сборник. 1954. № 19. C. 36-48

11. Баландин П.П. К вопросу о гипотезах прочности // Вестник инженеров и техников. 1937. № 1

12. Гвоздев А.А., Карпенко Н.И. Работа железобетона с трещинами при плоском напряженном состоянии // Строительная механика и расчет сооружений. 1965. № 2

13. Карпенко Н.И., Ярмаковский В.Н., Карпенко С.Н., Кадиев Д.З. О построении диаграммного метода расчета стержневых железобетонных конструкций в условиях действия низких отрицательных температур // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. Т. 714. № 6. С. 5-17

14. Feng W., Liu F., Yang F., Li L., Jing L. Experimental study on dynamic split tensile properties of rubber concrete // Construction and Building Materials. 2018. No. 165. Pp. 675-687. doi:10.1016/J.CONBUILDMAT.2018.01.073

15. Zhang H., Wang B., Xie A., Qi Y. Experimental study on dynamic mechanical properties and constitutive model of basalt fiber reinforced concrete // Construction and Building Materials. 2017. No. 152. Pp.154-167. doi:10.1016/J.CONBUILDMAT.2017.06.177

16. Lu D., Wang G., Du X., Wang Y. A nonlinear dynamic uniaxial strength criterion that considers the ultimate dynamic strength of concrete // International Journal of Impact Engineering. 2017. No. 103. Pp. 124-137. doi:10.1016/J.IJIMPENG.2017.01.011

17. Ren J., Dang F., Wang H., Xue Y., Fang J. Enhancement Mechanism of the Dynamic Strength of Concrete Based on the Energy Principle // Materials. 2018. No. 11. doi:10.3390/MA11081274. URL:https://www.mdpi.com/1996-1944/11/8/1274/htm(date of application: 3.07.2022)

18. Fu Q., Xu W., He J., Su L., Song H., Niu D. Dynamic strength criteria for basalt fibre-reinforced coral aggregate concrete // Composites Communications. 2021. No. 28. doi:10.1016/J.COCO.2021.100983

19. Федорова Н.В., Медянкин М.Д., Бушова О.Б. Экспериментальное определение параметров статико-динамического деформирования бетона при режимном нагружении // Строительство и реконструкция. 2020. № 3. С. 72-81

20. Федорова Н.В., Медянкин М.Д., Бушова О.Б. Определение параметров статико-динамического деформирования бетона // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 1. С. 4-11

21. Fedorova N.V., Medyankin M.D., Bushova O.B. Experimental determination of the parameters of the static-dynamic deformation of concrete under loading modal // Building and reconstruction. 2020. No. 89(3). Pp. 72-81. doi:10.33979/2073-7416-2020-89-3-72-81. URL:https://construction.elpub.ru/jour/article/view/286(date of application:3.04.2021)

22. Гениев Г.А. Метод определения динамических пределов прочности бетона // Бетон и железобетон. 1998. № 1. С. 18-19

23. Федорова Н.В., Колчунов В.И., Чемодуров В.Т., Кореньков П.А. Определение параметров динамического догружения в арматуре растянутого железобетонного элемента // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. 2017. № 4 (370). С. 235-241

24. Колчунов В.И., Клюева Н.В., Андросова Н.Б., Бухтиярова А.С. Живучесть зданий и сооружений при запроектных воздействиях. М.: АСВ, 2014. 208 с

25. Fedorova N.V., Vu N.T., Iliushchenko T.A. Dynamic additional loading of the frame of a multi-story building after the failure of one of the structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. No. 896(1). doi:10.1088/1757-899X/896/1/012040. URL:https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/896/1/012040(date of application: 8.12.2020)