Модель расчета параметров предельных состояний железобетонных конструкций

В статье на основе анализа и обобщения исследований закономерностей деформирования железобетона с трещинами приведена методология расчета раскрытия трещин с использованием установленного автором эффекта железобетона - как результата воздействия арматуры на деформации берегов магистральной трещины при ее раскрытии. Показано, что при нарушении сплошности растянутой бетонной матрицы и деформировании берегов бетона в трещине, пересекаемой растянутым арматурным стержнем, изменяется профиль трещины и соответственно ее раскрытие на уровне арматурного стержня. Раскрытие единичной или магистральной трещины моделируется так называемым универсальным двухконсольным элементом (ДКЭ), который позволяет учитывать отмеченный деформационный эффект и объединить деформационные параметры, используемые в традиционной теории железобетона и механики разрушения железобетона. Податливость ДКЭ связана как с ее раскрытием, так и с перемещениями всей железобетонной конструкции и ее обобщенной жесткостью. Показано, что деформации бетона в около арматурной зоне меняют знак от растяжения к сжатию и это качественно изменяет картину относительных взаимных смещений бетона и арматуры на участках между трещинами.

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

2. Верюжский Ю.В., Колчунов Вл.И. Методы механики железобетона: учебное пособие. К.: Книжное изд-во НАУ, 2005. 653 с.

3. Голышев А.Б., Колчунов Вл.И. Сопротивление железобетона. К.: Основа, 2009. 432 с.

4. Голышев А.Б., Колчунов Вл.И., Яковенко И.А. Сопротивление железобетонных конструкций, зданий и сооружений, возводимых в сложных инженерно-геологических условиях: монография. К.: Талком, 2015. 371 с.

5. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 410 с.

6. Колчунов Вл.И. Некоторые проблемные задачи современной теории железобетона и их решения // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2021 году. 2022. С. 130–141.

7. Колчунов Вл.И. Метод расчетных моделей сопротивления для железобетона // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2023. Т. 19, № 3. С. 261–275.

8. Колчунов Вл.И. Обобщенные гипотезы депланации линейных и угловых деформаций в железобетонных конструкциях при изгибе с кручением // Научный журнал строительства и архитектуры. 2023. № 1 (69). С. 9–26.

9. Колчунов Вл.И., Михайлов М.М., Демьянов А.И. Статико-динамическое деформирование сжатого бетона в неопределимой железобетонной раме при изгибе с кручением // Известия вузов. Строительство. 2020. № 4. С. 5–21.

10. Колчунов Вл.И., Карпенко С.Н. Жесткость железобетонных конструкций при сложном сопротивлении // Научный журнал строительства и архитектуры. 2022. № 1 (65). С. 11–24.

11. Колчунов Вл.И., Крылов С.Б. Жесткость наклонных железобетонных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2024. № 2. С. 27–32.

12. Колчунов Вл.И., Аль-Хашими О.И., Протченко М.В. Жесткость железобетонных конструкций при изгибе с поперечной и продольной силами // Строительство и реконструкция. 2021. № 6. С. 5–19.

13. Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов Вл.И. и др. Результаты экспериментальных исследований конструкций квадратного и коробчатого сечений из высокопрочного бетона при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция. 2018. № 6 (80). С. 32–43.

14. Demyanov A., Kolchunov Vl. The dynamic loading in longitudinal and transverse reinforcement at instant emergence of the spatial crack in reinforced concrete element under the action of a torsion with bending // Journal of Applied Engineering Science. 2017. Vol. 15, № 3. Art. 456. P. 375–380. DOI: 10.5937/jaes15-14663.

15. Fedorov V.S., Kolchunov Vl.I., Pokusaev A.A., Naumov N.V. Calculation models of deformation of reinforced concrete constructions with spatial cracks // Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2020. № 3 (47). P. 6–26. DOI: 10.36622/VSTU.2020.47.3.001.

16. Karpenko N.I., Kolchunov Vl.I., Travush V.I. Calculation model of a complex stress reinforced concrete element of a boxed section during torsion with bending // Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2021. № 3 (51). P. 7–26. DOI: 10.36622/VSTU.2021.51.3.001.

17. Kolchunov V. The Effect of Reinforced Concrete for Crack Resistance and Rigidity Based on Mechanics of Fracture Under Bending // Modern Problems in Construction. 2021. LNCE. Vol. 287. P. 79–97. DOI: 10.1007/978-3-031-12703-8_7.

18. Kolchunov V. Experimental Investigation of RC Frame with Sway Columns Under Corner Column Removal Scenario // Modern Problems in Construction. 2022. LNCE. Vol. 372. P. 291–313. DOI: 10.1007/978-3-031-36723-6_18.

19. Iakovenko I., Kolchunov Vl. 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, № 3. Art. 455. P. 366–375. DOI: 10.5937/jaes15-14662.

20. Kolchunov Vl., Demyanov A., Naumov N. Analysis of the “nagel effect” in reinforced concrete structures under torsion with bending // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 953. Art. 012052. DOI: 10.1088/1757-899X/953/1/012052.

21. Kolchunov Vl.I., Fedorov V.S. Conceptual Hierarchy of Models in the Theory of Resistance of Building Structures // Industrial and Civil Engineering. 2020. № 8. P. 16–23. DOI: 10.33622/0869-7019.2020.08.16-23.

22. Kolchunov Vl.I., Demyanov A.I. The modeling method of discrete cracks and rigidity in reinforced concrete // Magazine of Civil Engineering. 2019. № 88 (4). P. 60–69.

23. Kolchunov Vl., Smirnov B., Naumov N. Physical essence of the “nagel effect” for main reinforcement in an inclined crack of reinforced concrete structures // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 896. Art. 012055. DOI: 10.1088/1757-899X/896/1/012055.

24. Fu Q.-L., Tan L., Long B., Kang S.-B. Numerical Investigations of Progressive Collapse Behaviour of Multi-Storey Reinforced Concrete Frames // Buildings. 2023. Vol. 13, № 2. Art. 533. DOI: 10.3390/buildings13020533.

25. Classen M. Shear Crack Propagation Theory (SCPT)–The mechanical solution to the riddle of shear in RC members without shear reinforcement // Engineering Structures. 2020. Vol. 210.

26. Kaklauskas G., Sokolov A., Sakalauskas K. Strain compliance crack model for RC beams: primary versus secondary cracks // Engineering Structures. 2023. Vol. 281. Art. 115770.

27. Dey A., Valiukas D., Jakubovskis R. et al. Experimental and numerical investigation of bond-slip behavior of high-strength reinforced concrete at service load // Materials. 2022. Vol. 15, № 1. Art. 293. DOI: 10.3390/ma15010293.

28. Faron A., Rombach G.A. Simulation of crack growth in reinforced concrete beams using extended finite element method // Engineering Failure Analysis. 2020. Vol. 116. Art. 104698.

29. Thomas F.G. Cracking in reinforced concrete // The Structural Engineer. 1936. Vol. 14, № 7. P. 298–320.