mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.9.1469-1483mgssuvest-371Research ArticleПроектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооруженияConstruction system design and layout planning. Construction mechanics. Bases and foundations, underground structuresДеформационный подход к расчету сопротивления сжатию сталежелезобетонных элементовDeformation approach to the calculation of compressive strength of steel-reinforced concrete elementshttps://orcid.org/0000-0001-5278-938XЛазовскийД. Н.LazouskiD. N.

Дмитрий Николаевич Лазовский — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры строительных конструкций

г. Новополоцк, ул. Блохина, д. 29

РИНЦ AuthorID: 907311, Scopus: 5720341798, ResearcherID: HGC-3867-2022

Dzmitry N. Lazouski — Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Building Structures

29 Blokhina st., Novopolotsk, 211440

RSCI AuthorID: 907311, Scopus: 5720341798, ResearcherID: HGC-3867-2022

d.lazovski@psu.byhttps://orcid.org/0000-0002-5627-1438ГильА. И.HilA. I.

Артур Иванович Гиль — кандидат технических наук, заместитель декана инженерно-строительного факультета

г. Новополоцк, ул. Блохина, д. 29

РИНЦ AuthorID: 907375

Artur I. Hil — Candidate of Technical Sciences, Deputy Dean of the Faculty of Civil Engineering

29 Blokhina st., Novopolotsk, 211440

RSCI AuthorID: 907375

a.hil@psu.byhttps://orcid.org/0000-0003-4983-2919ГлуховД. О.HlukhauD. O.

Дмитрий Олегович Глухов — кандидат технических наук, доцент, главный инженер-программист

220141, г. Минск, пр. Независимости, д. 168/1

Scopus: 57191614869

Dzmitry O. Hlukhau — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Chief Software Engineer

168/1 Nezavisimosti st., Minsk, 220141

Scopus: 57191614869

dzmitry.hlukhau@softclub.byПолоцкий государственный университет имени Евфросинии Полоцкой (ПГУ)БеларусьEuphrosyne Polotskaya State University of PolotskBelarusСофтклубБеларусьSoftclubBelarus20243009202419914691483Copyright © Лазовский Д.Н., Гиль А.И., Глухов Д.О., 20242024Лазовский Д.Н., Гиль А.И., Глухов Д.О.Lazouski D.N., Hil A.I., Hlukhau D.O.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/371Введение

Введение. Сжатые сталежелезобетонные конструкции в связи с требованиями уменьшенных размеров поперечных сечений для вертикальных несущих конструкций при высокой прочности и жесткости конструкций, а также их огнестойкости во всем мире находят широкое применение при строительстве высотных зданий, зрелищных сооружений и др. Методы их расчета постоянно совершенствуются. Деформационный подход к расчету позволяет получать параметры их напряженно-деформированного состояния (НДС) на любой стадии деформирования под нагрузкой, учитывать физическую нелинейность работы материалов, стадийность нагружения.

Материалы и методы

Материалы и методы. Выборка сжатых сталежелезобетонных элементов для теоретического исследования составлена по данным, опубликованным в открытых источниках. Создана модель поперечного сечения с учетом совместной работы бетона, жесткой и гибкой арматуры, диаграмм их деформирования с точки зрения физической нелинейности. Предложен критерий разрушения поперечного сечения сталежелезобетонного элемента без ограничения предельных деформаций материалов при сжатии.

Результаты

Результаты. Сформулированы предпосылки использования деформационного подхода к расчету сталежелезобетонных элементов. Рассмотрены две стадии их работы: при действии вынужденных деформаций усадки при твердении бетона и последующем нагружении. На примерах принятой выборки сжатых сталежелезобетонных элементов показаны преимущества деформационного подхода при их расчете.

Выводы

Выводы. Деформационный подход к расчету дает возможность получать параметры НДС сжатых сталежелезобетонных элементов произвольной формы поперечного сечения с различным распределением армирования по поперечному сечению, учитывать нелинейность деформирования материалов, усадку бетона. Предложенный критерий разрушения сжатых сталежелезобетонных элементов позволяет в полной мере учесть перераспределение усилий между бетоном, жесткой и гибкой арматурой.

Introduction

Introduction. Compressed steel-reinforced concrete structures, due to the requirements of reduced cross-sectional dimensions for vertical load-bearing structures with high strength and rigidity of structures, as well as their fire resistance, are widely used throughout the world in the construction of high-rise buildings, entertainment structures, etc. Methods for their calculation are constantly being improved. The deformation approach to calculation makes it possible to obtain the parameters of their stress-strain state (SSS) at any stage of deformation under load, to take into account physical nonlinearity of the materials and the loading stages.

Materials and methods

Materials and methods. The selection of compressed steel-reinforced concrete elements for the theoretical study was made according to the data published in open sources. A cross-sectional model was compiled, taking into account the joint work of concrete, rigid and flexible reinforcement, and their deformation diagrams, taking into account physical nonlinearity. A criterion for the destruction of the cross section of a steel-reinforced concrete element without limiting the limiting deformations of materials under compression is proposed.

Results

Results. The prerequisites for using the deformation approach to the calculation of steel-reinforced concrete elements are formulated. Two stages of their operation are considered: under the action of forced shrinkage deformations during concrete hardening and subsequent loading. Using examples of the accepted specimen of compressed steel-reinforced concrete elements, the advantages of the deformation approach in their calculation are shown.

Conclusions

Conclusions. The deformation approach to calculation makes it possible to obtain the SSS parameters of compressed steel-reinforced concrete elements of arbitrary cross-section shape with different distribution of reinforcement over the cross-section, to take into account the nonlinearity of deformation of materials, concrete shrinkage. The proposed criterion for the destruction of compressed steel-reinforced concrete elements allows to take into account the redistribution of forces between concrete, rigid and flexible reinforcement to full extent.

сжатый сталежелезобетонный элементдеформационный подходдиаграммы деформированиясистема уравнений равновесия и совместности деформаций поперечного сечениягипотеза плоских сеченийкритерий разрушениянелинейность деформированияcompressed steel-reinforced concrete elementdeformation approachdeformation diagramssystem of equations of equilibrium and joint deformation of cross-sectionhypothesis of plane sectionsfailure criterionnonlinearity of deformationReferencesТамразян А.Г., Лолейт А.Ф. История развития теории железобетона : биографический очерк. М. : МГСУ, 2018. 178 с.Tamrazyan A.G.A.F. Loleit. History of the development of the theory of reinforced concrete: biographical sketch. Moscow, MGSU, 2018; 178. (rus.).Бабалич В.С., Андросов Е.Н. Сталежелезобетонные конструкции и перспектива их применения в строительной практике России // Успехи современной науки. 2017. Т. 4. № 4. С. 205–208. EDN YROOWX.Babalich V.S., Androsov E.N. Steel-reinforced concrete structures and the prospects for their application in Russian construction practice. Advances in Modern Science. 2017; 4(4):205-208. EDN YROOWX. (rus.).Кибирева Ю.А., Астафьева Н.С. Применение конструкций из сталежелезобетона // Экология и строительство. 2018. № 2. С. 27–34. DOI: 10.24411/2413-8452-2018-10004. EDN XWIEZV.Kibireva Iu.A., Astafeva N.S. The use of steel-concrete structures. Ecologiya i Stroitelstvo. 2018; 2:27-34. DOI: 10.24411/2413-8452-2018-10004. EDN XWIEZV. (rus.).Травуш В.И., Конин Д.В., Рожкова Л.С., Крылов А.С. Отечественный и зарубежный опыт исследований работы сталежелезобетонных конструкций на внецентренное сжатие // Строительство и реконструкция. 2016. № 5 (67). С. 31–44. EDN WMIYKD.Travush V., Konin D.V., Rozhkova L., Krylov A. Domestic and foreign experience in research of composite structures for eccentric compression. Building and Reconstruction. 2016; 5(67):31-44. EDN WMIYKD. (rus.).Васильев А.П. Железобетон с жесткой арматурой. М. ; Л. : Гос. изд. строит. лит., 1941. 123 с.Vasiliev A.P. Reinforced concrete with rigid reinforcement. Moscow; Leningrad, State. ed. builds. lit., 1941; 123. (rus.).Антонов К.К., Житницкая Э.А. Осевое и внецентренное сжатие железобетонных колонн с арматурой двутаврового профиля // Исследование конструкций высотных зданий. М., 1953. 231 с.Antonov K.K., Zhitnitskaya E.A. Axial and eccentric compression of reinforced concrete columns with I-profile reinforcement. Research of high-rise building structures. Moscow, 1953; 231. (rus.).Виноградова Н.А., Швец Г.А. Исследования сталежелезобетонных изгибаемых конструкций (обзор) // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2020. № 1 (42). С. 114–127. DOI: 10.24866/2227-6858/2020-1-12. EDN SFPYFY.Vinogradova N., Shvets G. Studies of bending structures of composite steel and reinforced concrete (review). FEFU: School of Engineering Bulletin. 2020; 1(42):114-127. DOI: 10.24866/2227-6858/2020-1-12. EDN SFPYFY. (rus.).Замалиев Ф.С. Учет нелинейных свойств материалов и податливости слоев при расчете прочности сталежелезобетонных перекрытий // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 5. С. 38–40. EDN QAMHXB.Zamaliev F.S. Taking into account nonlinear properties of materials and deformability of layers when calculating the strength of steel-reinforced concrete floors. Industrial and Civil Engineering. 2013; 5:38-40. EDN QAMHXB. (rus.).Замалиев Ф.С., Тамразян А.Г. Оценка несущей способности сталебетонных балок на основе гнутых профилей // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 8. С. 1220–1229. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.8.1220-1229. EDN ZJTFYX.Zamaliev F.S., Tamrazyan A.G. To the evaluation of the carrying capacity of steel concrete beams on the basis of bent profiles. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(8):1220-1229. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.8.1220-1229. EDN ZJTFYX. (rus.).Travush V.I., Konin D.V., Krylov A.S. Strength of composite steel and concrete beams of high-performance concrete // Magazine of Civil Engineering. 2018. Nо. 3 (79). Pp. 36–44. DOI: 10.18720/MCE.79.4. EDN YOEHUT.Travush V.I., Konin D.V., Krylov A.S. Stre-ngth of composite steel and concrete beams of high-performance concrete. Magazine of Civil Engineering. 2018; 3(79):36-44. DOI: 10.18720/MCE.79.4. EDN YOEHUT.Алмазов В.О., Арутюнян С.Н. Проектирование сталежелезобетонных плит перекрытий по Еврокоду 4 и российским рекомендациям // Вестник МГСУ. 2015. № 8. С. 51–65. EDN UGUISR.Almazov V.O., Harutyunyan S.N. Design of Composite Reinforced Concrete Slabs according to Eurocode 4 and Russian Recommendations. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015; 8:51-65. EDN UGUISR. (rus.).Мартиросян А.С., Травуш В.И., Кашеварова Г.Г. Исследование влияния геометрии жесткой арматуры на распределение нагрузки в элементах сталежелезобетонной конструкции // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2017. № 1 (25). С. 147–158. DOI: 10.15593/2409-5125/2017.01.13. EDN YORIZL.Martirosyan A., Travush V., Kashevarova G. Study of influence of the rigid reinforcement geometry on the load distribution in steel-concrete composite construction elements. PNRPU Bulletin. Urban development. 2017; 1(25):147-158. DOI: 10.15593/2409-5125/2017.01.13. EDN YORIZL. (rus.).Десяткин М.А., Конин Д.В., Мартиросян А.С., Травуш В.И. Расчет сталежелезобетонной колонны высотного дома на косое внецентренное сжатие // Жилищное строительство. 2015. № 5. С. 92–95. EDN RUOCED.Desyatkin M.A., Konin D.V., Martirosyan A.S., Travush V.I. Calculation of composite column high-rise building at skew eccentric compression. Housing Construction. 2015; 5:92-95. EDN RUOCED. (rus.).Травуш В.И., Конин Д.В., Рожкова Л.С., Крылов А.С., Каприелов С.С., Чилин И.А. и др. Экспериментальные исследования сталежелезобетонных конструкций, работающих на внецентренное сжатие // Academia. Архитектура и строительство. 2016. № 3. С. 127–135. EDN WWOFVZ.Travush V.I., Konin D.V., Rozhkova L.S., Krylov A.S., Kaprielov S.S., Chilin I.A. et al. Experimental study of composite structures, working for eccentric compression. Academia. Architecture and Construction. 2016; 3:127-135. EDN WWOFVZ. (rus.).Крылов С.Б., Корнюшина М.П. Численно-экспериментальные исследования прочности сжатых сталежелезобетонных элементов, выполненных с использованием высокопрочного бетона и труб квадратного сечения из стали класса C345 // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2023. № 6. С. 53–63. DOI: 10.37153/2618-9283-2023-5-53-63. EDN RTXUBI.Krylov S.B., Kornyushina M.P. Numerical and experimental studies of the strength of compressed steel-reinforced concrete elements made using high-strength concrete and square steel pipes of class C345. Earthquake Engineering. Constructions Safety. 2023; 6:53-63. DOI: 10.37153/2618-9283-2023-5-53-63. EDN RTXUBI. (rus.).Мухамедиев Т.А., Старчикова О.И. Расчет прочности сталежелезобетонных колонн с использованием деформационной модели // Бетон и железобетон. 2006. № 4. С. 18–21. EDN HUGELV.Mukhamediev T.A., Starchikova O.I. Calculation of the strength of steel-reinforced concrete columns using a deformation model. Concrete and Reinforced Concrete. 2006; 4:18-21. EDN HUGELV. (rus.).Карпенко Н.И., Соколов Б.С., Радайкин О.В. К расчету прочности, жесткости и трещиностойкости внецентренно сжатых железобетонных элементов с применением нелинейной деформационной модели // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2013. № 4 (26). С. 113–120. EDN RSTDVV.Karpenko N.I., Sokolov B.S., Radaikin O.V. Calculation of strength, stiffness and crack resistance of eccentrically compressed reinforced concrete elements using non-linear deformation model. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2013; 4(26):113-120. EDN RSTDVV. (rus.).Кудинов О.В. Новый подход к оценке прочности сталежелезобетонных перекрытий // Бетон и железобетон. 2010. № 2 (563). С. 14–16.Kudinov O.V. A new approach to assessing the strength of steel-reinforced concrete floors. Concrete and Reinforced Concrete. 2010; 2(563):14-16. (rus.).Арленинов П.Д., Крылов С.Б. Современное состояние нелинейных расчетов железобетонных конструкций // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2017. № 3. С. 50–53. EDN ZFIVKZ.Arleninov P.D., Krylov S.B. The current state of nonlinear calculations of reinforced concrete structures. Earthquake Engineering. Constructions Safety. 2017; 3:50-53. EDN ZFIVKZ. (rus.).Gholamhoseini A., Gilbert R.I., Bradford M. Long-Term Behavior of Continuous Composite Concrete Slabs with Steel Decking // ACI Structural Journal. 2018. Vol. 115. Issue 2. DOI: 10.14359/51701133Gholamhoseini A., Gilbert R.I., Bradford M. Long-Term Behavior of Continuous Composite Concrete Slabs with Steel Decking. ACI Structural Journal. 2018; 115(2). DOI: 10.14359/51701133Holomek J., Bajer M. Experimental and Numerical Investigation of Composite Action of Steel Concrete Slab // Procedia Engineering. 2012. Vol. 40. Pp. 143–147. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.070Holomek J., Bajer M. Experimental and Numerical Investigation of Composite Action of Steel Concrete Slab. Procedia Engineering. 2012; 40:143-147. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.070Kvocak V., Kozlejova V., Dubecky D. Analysis of encased steel beams with hollow cross-sections // Procedia Engineering. 2012. Vol. 40. Pp. 223–228. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.084Kvocak V., Kozlejova V., Dubecky D. Analysis of encased steel beams with hollow cross-sections. Procedia Engineering. 2012; 40:223-228. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.084Lowe D., Das R., Clifton C. Characterization of the splitting behavior of steel-concrete composite beams with shear stud connection // Procedia Materials Science. 2014. Vol. 3. Pp. 2174–2179. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.06.352Lowe D., Das R., Clifton C. Characterization of the splitting behavior of steel-concrete composite beams with shear stud connection. Procedia Materials Science. 2014; 3:2174-2179. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.06.352Nadasky P. Steel-Concrete Composite Beams for Slim Floors–Specific Design Features in Scope of Steel Frames Design // Procedia Engineering. 2012. Vol. 40. Pp. 274–279. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.093Nadasky P. Steel-Concrete Composite Beams for Slim Floors–Specific Design Features in Scope of Steel Frames Design. Procedia Engineering. 2012; 40:274-279. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.093Soty R., Shima H. Formulation for Maximum Shear Force on L-Shape Shear Connector Subjected to Strut Compressive Force at Splitting Crack Occurrence in Steel-Concrete Composite Structures // Procedia Engineering. 2012. Vol. 14. Pp. 2420–2428. DOI: 10.1016/j.proeng.2011.07.304Soty R., Shima H. Formulation for Maximum Shear Force on L-Shape Shear Connector Subjected to Strut Compressive Force at Splitting Crack Occurrence in Steel-Concrete Composite Structures. Procedia Engineering. 2012; 14:2420-2428. DOI: 10.1016/j.proeng.2011.07.304Waldmann D., May A., Thapa V.B. Influence of the sheet profile design on the composite action of slabs made of lightweight woodchip concrete // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 148. Pp. 887–899. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.04.193Waldmann D., May A., Thapa V.B. Influence of the sheet profile design on the composite action of slabs made of lightweight woodchip concrete. Construction and Building Materials. 2017; 148:887-899. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.04.193Лившиц Я.Д. Расчет железобетонных конструкций с учетом влияния усадки и ползучести бетона : учебное пособие. Киев : Вища школа, 1976. 280 с.Livshits Ya.D. Calculation of reinforced concrete structures taking into account the influence of shrinkage and creep of concrete. Kyiv, Higher School, 1976; 280. (rus.).Сидоров А.В. О закономерностях подобия ползучести и усадки железобетонных элементов // Известия вузов. Серия: Строительство и архитектура. 1988. № 1. С. 5–10.Sidorov A.V. On the patterns of similarity of creep and shrinkage of reinforced concrete elements. News of universities. Series: Construction and Architecture. 1988; 1:5-10. (rus.).Карпенко Н.И., Мухамедиев Т.А., Петров А.Н. Исходные и трансформированные диаграммы деформирования бетона и арматуры // Напряженно-де-формированное состояние бетонных и железобетонных конструкций. М. : НИИЖБ, 1986.Karpenko N.I., Mukhamediev T.A., Petrov A.N. Initial and transformed diagrams of concrete and reinforcement deformation. Collection of articles. Stress-strain state of concrete and reinforced concrete structures. Moscow, NIIZhB, 1986. (rus.).Бондаренко В.М., Бондаренко С.В. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. М. : Стройиздат, 1982. 287 с.Bondarenko V.M., Bondarenko S.V. Engineering methods of nonlinear theory of reinforced concrete. Moscow, Stroyizdat, 1982; 287. (rus.).Глухов Д.О., Глухова Т.М., Кундас С.П. Мягкие вычисления для организации компьютерного представления номограмм на примере вычисления предельного коэффициента ползучести // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия С. Фундаментальные науки. 2010. № 3. С. 2–6. EDN ULXVVD.Hlukhau D., Hlukhava T., Kundas S. Soft computing for the computer representation of nomogram of limit creep factor. Herald of Polotsk State University. Series C. Fundamental Sciences. 2010; 3:2-6. EDN ULXVVD. (rus.).Лазовский Д.Н., Тур В.В., Глухов Д.О., Лазовский Е.Д. Учет ползучести и усадки бетона по СП 5.03.01–2020 при расчете железобетонных конструкций на основе деформационной расчетной модели // Вестник Брестского государственного технического университета. 2021. № 2 (125). С. 7–12. EDN VUYAHW.Lazovsky D.N., Tour V.V., Glukhov D.O., Lazovsky E.D. Accounting for creep and shrinkage of concrete according to SP 5.03.01-2020 when calculating reinforced concrete structures based on a deformation calculation model. Vestnik of Brest State Technical University. 2021; 2(125):7-12. EDN VUYAHW. (rus.).Тур В.В., Рак Н.А. Прочность и деформации бетона в расчетах конструкций. Брест : БГТУ, 2003. 252 с. EDN DOFAPF.Tur V.V., Rak N.A. Strength and deformation of concrete in structural calculations. Brest, Publishing house BSTU, 2003; 252. EDN DOFAPF. (rus.).Bortolotti L. First Cracking Load of Concrete Subjected to Direct Tension (SP-882) // ACI Materials Journal. 1991. Vol. 88. Issue 1. DOI: 10.14359/2393Bortolotti L. First Cracking Load of Concrete Subjected to Direct Tension (SP-882). ACI Materials Journal. 1991; 88(1). DOI: 10.14359/2393Kolleger J. Comparison of Fixed and Rotating Crack Models in the Analysis of Panels, Plates and Shells Subjected to Shear // Concrete Shear in Earthquake. Houston International Workshop, Texas, USA, 1991. Pp. 216–225.Kolleger J. Comparison of Fixed and Rotating Crack Models in the Analysis of Panels, Plates and Shells Subjected to Shear. Concrete Shear in Earthquake. Houston International Workshop, Texas, USA, 1991; 216-225.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.