Определение уровневого расстояния между трещинами в железобетонных конструкциях

Приведена расчетная модель для определения уровневого расстояния между трещинами в железобетонных конструкциях. Модель построена на обобщении известной в теории трещин в железобетоне гипотезы Томаса Ф.Г. и ее обобщении Вл.И. Колчуновым применительно к усовершенствованной теории деформирования железобетона с трещинами. Суть предложенного обобщения состоит в том, что напряженное состояние в бетоне и арматуре в окрестности трещины и на участке между трещинами определяется с учетом деформационного эффекта, заключающегося в том, что при хрупком разрушении растянутой бетонной матрицы деформация берегов трещины сдерживаются реакцией арматурного стержня, а профиль трещины нелинейно искривляется. В результате относительные взаимные смещения бетона и арматуры и уровневое расстояние между трещинами определяются интегрированием эпюр распределения деформаций бетона и арматуры на различных участках в блоке двумя смежными трещинами. С использованием полученных аналитических зависимостей для расчета уровневого расстояния между трещинами поведены численные исследования по определению расстояния между трещинами и ширины раскрытия трещин. Полученные результаты сопоставлены с имеющимися результатами испытаний железобетонных конструкций, а также с результатами расчета по методикам российских и зарубежных норм. Показано, что расчетные зависимости предлагаемой модели полностью отражают полученную экспериментально качественную картину многоуровневого процесса образования трещин, когда при дискретном уменьшение расстояния между трещинами обратно пропорциональном изменению изгибающих моментов происходит увеличение ширины раскрытия трещин.

1. ACI Committee 318. Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. Farmington Hills, Mich: American Concrete Institute. 2014.

2. CEN (Comit´e Europ´een de Normalisation). Eurocode 2: Design of Concrete Structures – Part 1: General Rules and Rules for Buildings, EN 1992-1-1:2004. CEN, Brussels, 2004

3. 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.

4. СП 5.03.01-2020. Бетонные и железобетонные конструкции. Бетонныя iжалезобетонныя конструкцыi. Минск.2020, 236с.

5. СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения». (С Изм.№1 и Изм.№2). М.: ФГБУ "РСТ", 2022.

6. СП 311.1325800.2017 «Бетонные и железобетонные конструкции из высокопрочных бетонов. Праила проектирования». (С Изм.№1). М.: ФГБУ "РСТ", 2023.

7. Romashko V., Romashko-Maistruk O. Level formation and disclosure of normal cracks in reinforced concrete elements and structures // Procedia Structural Integrity. 2022. 36. Pp. 159–165.

8. Frosch R.J. Another look at cracking and crack control in reinforced concrete // ACI Structural Journal. 1999. 96(3). Pp 437–442

9. 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. 2022. 15. 293. https://doi.org/10.3390/ma15010293.

10. 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. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111385

11. Schmidt M., Schmidt P., Wanka S., Classen M. Shear Response of Members without ShearReinforcement— Experiments and Analysis Using Shear CrackPropagation Theory (SCPT) // Appl. Sci. 2021.

12. 3078. https://doi.org/10.3390/app11073078

13. Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов Вл.И., Каприелов С.С., Демьянов А.И., Конорев А.В. Основные результаты экспериментальных исследований железобетонных конструкций из высокопрочного бетона В100 круглого и кольцевого сечений при кручении с изгибом // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2019. №1. С. 51–61.

14. Травуш В.И., Конин Д.В., Крылов А.С. Прочность железобетонных балок из высокопрочных бетонов и фибробетонов // Инженерно-строительный журнал. 2018. № 1(77). С. 90–100.

15. Alhashimi O.I.M. Experimental Studies of Strength Inclined Sections Bent Elements from Autoclaved Aerated Concrete// IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1079. № 022062.

16. Kolchunov Vl.I. The Effect of Reinforced Concrete for Crack Resistance and Rigidity Based on Mechanics of Fracture Under Bending //Lecture Notes in Civil Engineering. 2023. Volume 287. Pp. 79 -97. https://doi.org/10.1007/978-3-031-12703-8_9.

17. Kolchunov Vl.I. Modeling of Reinforced Concrete in the “LIRA” Intelligence for the Problem of Crack Opening // Lecture Notes in Civil Engineering. 2024. Volume 372. Pp. 291 – 313. https://doi.org/10.1007/978-3-031-36723-6_29.

18. Demyanov A., Kolchunov Vl. The dynamic loading in longitudinal and transverse reinforcement at instant emergence of the spatial сrack in reinforced concrete element under the action of a torsion with bending // Journal of Applied Engineering Science. 2017. Vol. 15. Issue 3. article 456. Pp. 375–380. doi:10.5937/jaes15-14663.

19. Iakovenko I., Kolchunov Vl. (2017). 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. Iss. 3. article 455. Pp. 366–375. doi:10.5937/jaes15-14662

20. Kolchunov V.I. Generalized Deplanation Hypotheses for Linear and Angular Deformations in Reinforced Concrete Structures under Combined Torsion and Bending // Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2023. (1(59)). Pp. 9-26. https://doi.org/10.36622/VSTU.2023.69.1.001.

21. Колчунов В. И. Некоторые проблемные задачи современной теории железобетона и их решения // Сборник научных трудов РААСН. Российская академия архитектуры и строительных наук. – Москва: Издательство АСВ, 2022. – С. 130-141.

22. Колчунов Вл. И. Метод расчетных моделей сопротивления для железобетона //Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2023. т.19, №3. С.261-275. https://doi.org/10.22363/1815-5235/

23. Колчунов Вл. И., Карпенко С. Н. Жесткость железобетонных конструкций при сложном сопротивлении // Научный журнал строительство и архитектуры. 2022. №1(65). С. 11–24. https://doi.org/10.36622/VSTU.2022.65.1.001.

24. Колчунов В.И., Масуд Нур Эддин. Анализ деформаций бетона на берегах трещины вдоль оси растянутой арматуры железобетонных элементов // Вестник центрального регионального отделения РААСН. – 2006. – №5. – С. 69–72.

25. Фам Фук Тунг. Методика определения расстояния между трещинами центрально растянутых железобетонных конструкций // Известия Орловского государственного технического университета. 2006. №3. С. 55 – 64.

26. 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. 64-73.

27. 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. 37–40.

28. 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.

29. Thomas F. G. Cracking in reinforced concrete // The Structural Engineer. 1936. 14. С.298–320.

30. Бондаренко В.М., Колчунов Вл.И. Расчетные модели силового сопротивления железобетона. М.: Изд-во АСВ, 2004. 472 с.

31. Голышев А.Б., Колчунов Вл.И, Сопротивление железобетона. Киев: Основа, 2009. 32. Adishchev V.V., Maltsev V.V. "Investigation of stress-strain state in the beam with preformed cracks // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 456. No. 1.

32. Федоров В.С., Фам Фук Тунг, Колчунов Вл.И. Расчет ширины раскрытия трещин в железобетонных конструкциях при центральном растяжении с учетом эффекта нарушения сплошности. // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Строительство и транспорт. 2007. № 1(13). С.29-33.

33. Мурашев В.И. Трещиноустойчивость, жесткость и прочность железобетона [Текст]: (основы сопротивления железобетона). Москва : Изд-во М-ва стр-ва предприятий машиностроения, 1950. - 267 с.

34. Колчунов В.И., Пимочкин В. Н. Методика экспериментальных исследований сопротивления растянутого бетона между трещинами в железобетонных конструкциях для уточнения параметра // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Строительство и транспорт. 2007. №. 2-14. С. 56-60.