Раскрытие трещин во внецентренно сжатых железобетонных элементах, испытывающих сжатие с кручением

Приведена методика расчета для определения параметров деформирования и ширины раскрытия трещин во внецентренно сжатых железобетонных элементах, испытывающих сжатие с кручением. Аналитические зависимости построены с использованием уравнений статики при совместном действии крутящего момента и с учетом деформационного эффекта Вл.И. Колчунова. Физическая сущность этого эффекта заключается в том, что при разрушении растянутого бетона и образовании трещины деформации берегов трещины при ее раскрытии сдерживаются реакцией арматурного стержня, а профиль трещины нелинейно искривляется. Это явление учитывается в расчетных зависимостях при определении относительных взаимных смещений бетона и арматуры на участке с двумя смежными трещинами. С использованием полученных аналитических зависимостей определяется ширина раскрытия трещин во внецентренно сжатом железобетонном элементе из легкого железобетона, испытывающего сжатие с кручением. Результаты расчета сопоставлены с данными, полученными при испытании конструкций с рассматриваемым напряженным состоянием и с результатами расчета по методикам российских и зарубежных норм. Показано, что предложенные расчетные зависимости удовлетворительно отражают количественные значения полученных экспериментальных значений ширины раскрытия трещин в элементах из легкого высокопрочного железобетона при рассматриваемом сложном напряженном состоянии.

М.А. АМЕЛИНА¹, аспирант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
Вл.И. КОЛЧУНОВ^1,2, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Н.В. ФЕДОРОВА^1,2, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
² Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21)

1. Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов Вл.И., Каприелов С.С., Демьянов А.И., Конорев А.В. Результаты экспериментальных исследований конструкций квадратного и коробчатого сечений из высокопрочного бетона при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция. 2018. № 6 (80). С. 32–43. EDN: ­VQNSNS
1. Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov Vl.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Konorev A.V. The results of experimental studies of square and box-section structures made of high-strength concrete under torsion with bending. Stroitel’stvo i Rekonstruktsiya. 2018. No. 6 (80), pp. 32–43. (In Russian). EDN: ­VQNSNS
2. Родевич В.В., Арзамасцев С.А. К расчету железобетонных элементов на изгиб с кручением // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2015. № 9. С. 99–109. EDN: ­VJKAKJ
2. Rodevich V.V., Arzamastsev S.A. On the calculation of reinforced concrete elements for bending with torsion. Izvestiya of Higher Educational Institutions. Construction. 2015. No. 9, pp. 99–109. (In Russian). EDN: ­VJKAKJ
3. Демьянов А.И., Сальников А.С., Колчунов Вл.И. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций при кручении с изгибом и анализ их результатов // Строительство и реконструкция. 2017. № 4 (72). С. 17–26. EDN: ­ZHHHHB
3. Demyanov A.I., Salnikov A.S., Kolchunov Vl.I. Experimental studies of reinforced concrete structures under torsion with bending and analysis of their results. Stroitel’stvo i Rekonstruktsiya. 2017. No. 4 (72), pp. 17–26. (In Russian). EDN: ­ZHHHHB
4. Karpenko N.I., Karpenko S.N., Kolchunov Vl.I., Kolchunov V.I. Deformation of box-sectional structures during torsion with bending. Magazine of Civil Engineering. 2024. No. 17 (5). 12901. https://doi.org/10.34910/MCE.129.1
5. Travush V.I., Kolchunov Vl.I., Bulkin S.A., Protchenko M.V. Deformation model and algorithm for calculation of reinforced concrete structures of round cross-section under torsion with bending. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2022. No. 18 (2), pp. 14–30. EDN: ­TAFTNB. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2022-18-2-14-30
6. Ali A.H., Mohamed H.M., Chalioris C.E., Deifalla A. Evaluating the shear design equations of FRP-reinforced concrete beams without shear reinforcement. Engineering Structures. 2021. № 235. 112017. EDN: ­PSZOZY.
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.112017
7. Ban H., Tan E.L., Uy B. Strength of multi-span composite beams subjected to combined flexure and torsion. Journal of Constructional Steel Research. 2015. No. 113, pp. 1–12. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2015.05.023
8. Mostofinejad D., Talaeitaba S.B. Nonlinear modeling of RC beams subjected to torsion using the smeared crack model. Procedia Engineering. 2011. No. 14, pp. 1447–1454. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.07.182
9. Kalkan I., Kartal S. Torsional rigidities of reinforced concrete beams subjected to elastic lateral torsional buckling. International Journal of Civil and Environmental Engineering. 2017. No. 11 (7), pp. 969–972.
10. Arzamastsev S.A., Rodevich V.V. By the calculation of reinforced concrete elements under bend with torsion. Proceedings of higher educational institutions. Construction. 2015. No. 9, pp. 99–109. EDN: ­VJKAKJ
11. Gunasekaran K., Ramasubramani R., Annadurai R., Prakash Chandar S. Study on reinforced lightweight coconut shell concrete beam behavior under torsion. Materials and Design. 2014. No. 57, pp. 374–382. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.12.058
12. Rahal K.N. A unified approach to shear and torsion in reinforced concrete. Structural Engineering and Mechanics. 2021. No. 77 (5), pp. 691–703. EDN: ­QPNRVL. https://doi.org/10.12989/sem.2021.77.5.691
13. Bernardo L.F.A., Andrade J.M.A. A unified softened truss model for RC and PC beams under torsion. Journal of Building Engineering. 2020. No. 32. 101467. EDN: ­NGNIAA. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101467
14. Bernardo L.F.A., Andrade J.M.A., Nunes N.C.G. Generalized softened variable angle truss-model for reinforced concrete beams under torsion. Materials and Structures. 2015. No. 48 (7), pp. 2169–2193. EDN: ­IATIYK.
https://doi.org/10.1617/s11527-014-0301-z
15. Jafari F., Akbari J. Reliability-based design of reinforced concrete beams for simultaneous bending, shear, and torsion loadings. Frattura ed Integrita Strutturale. 2020. No. 14 (51), pp. 136–150. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.51.11
16. 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. Сер.: Строительство и транспорт. 2007. № 2–14. С. 56–60. EDN: ­KZHKON
16. Kolchunov V.I., Pimochkin V.N. Methodology of experimental studies of the resistance of stretched concrete between cracks in reinforced concrete structures to clarify the parameter. Izvestiya of the Oryol State Technical University. Series: Construction and Transport. 2007. No. 2–14, pp. 56–60. (In Russian). EDN: ­KZHKON
17. Колчунов В.И., Федоров С.С. Проблема нормирования параметров предельных состояний второй группы для конструкций из высокопрочного железобетона. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2024. № 20 (3). С. 145–158. EDN: ­VBOQHX. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2024-20-3-145-158
17. Kolchunov V.I., Fedorov S.S. The problem of standardizing the parameters of the second group limit states for structures made of high-strength reinforced concrete. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2024. No. 20 (3), pp. 145–158. (In Russian). EDN: ­VBOQHX. https://doi.org/10.22337/2587-9618-2024-20-3-145-158
18. 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. EDN: ­YMVPJZ. https://doi.org/10.12737/article_5bd95a75010906.70019486
18. Kolchunov Vl.I., Nikulin A.I., Obernikhin D.V. Crack opening width of reinforced concrete structures with trapezoidal cross-section taking into account new resistance effects. Vestnik of the BSTU named after V.G. Shukhov. 2018. No. 10, pp. 64–73. EDN: ­YMVPJZ. https://doi.org/10.12737/article_5bd95a75010906.70019486
19. 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. EDN: ­YZIQCD. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-1-51-61
19. Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov Vl.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Konorev A.V. Main results of experimental studies of reinforced concrete structures made of high-strength concrete B100 of circular and ring sections under torsion with bending. Stroitel’naya mekhanika inzhenernykh konstruktsiy i sooruzheniy. 2019. No. 1, pp. 51–61. EDN: ­YZIQCD. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-1-51-61
20. 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. EDN: ­UEDCTP. https://doi.org/10.36622/VSTU.2023.69.1.001
20. Kolchunov Vl.I. Generalized hypotheses of warping of linear and angular deformations in reinforced concrete structures under bending with torsion. Nauchnyy zhurnal stroitel’stva i arkhitektury. 2023. No. 1 (69), pp. 9–6. (In Russian). EDN: ­UEDCTP. https://doi.org/10.36622/VSTU.2023.69.1.001