Трещинообразование узлов сопряжения стержневых элементов из тяжелого бетона при статическом и статико-динамическом нагружении

Введение. В связи с постоянным увеличением на здания и сооружения запроектных влияний техногенного и природного характера актуальным направлением повышения их безопасности является проведение экспериментальных исследований строительных конструкций, направленных на защиту от таких воздействий. Важнейшим элементом рассматриваемых конструктивных систем служат соединения их элементов, которые должны обеспечивать безопасность каркасов при различных, включая особые, воздействиях. Это связано с необходимостью более полной оценки их трещиностойкости при особых воздействиях.

Материалы и методы. Экспериментальное исследование проводилось на специально разработанной установке, позволяющей моделировать напряженно-деформированное состояние ригеля, как в эксплуатационной стадии, так и при аварийном влиянии. При осуществлении эксперимента на различных этапах загружения проектной нагрузкой и после аварийного воздействия измерены деформации1542-1552 бетона и арматуры, вертикальные и горизонтальные перемещения элементов узла, зафиксирована схема образования, развития и раскрытия трещин.

Результаты. Выполнено исследование узлов сопряжения стержневых элементов из тяжелого бетона при статическом и статико-динамическом нагружении. Получены результаты экспериментальных исследований трещиностойкости, развития и раскрытия трещин, а также картины трещинообразования узлов сопряжения стержневых элементов при статическом и статико-динамическом нагружении.

Выводы. Отмечен схожий характер трещинообразования в узлах сопряжения при статическом и статико-динамическом нагружении в ригелях и колоннах. Отличным является расположение нормальных трещин в колоннах, что объясняется многоступенчатостью и временным интервалом приложения статической нагрузки.

1. Колчунов В.И., Ильющенко Т.А., Федорова Н.В., Савин С.Ю., Тур В.В., Лизогуб А.А. Живучесть конструктивных систем зданий и сооружений: аналитический обзор исследований // Строительство и реконструкция. 2024. № 3 (113). С. 31–71. DOI: 10.33979/2073-7416-2024-113-3-31-71. EDN FHLGWH.

2. Савин С.Ю., Шарипов М.З., Московцев В.С. Экспериментально-теоретическое исследование несущей способности длительно нагруженных железобетонных сжатых элементов при динамическом воздействии // Строительство и реконструкция. 2025. № 2 (118). С. 65–80. DOI: 10.33979/2073-7416-2025-118-2-65-80. EDN TBTLKB.

3. Травуш В.И., Колчунов В.И., Леонтьев Е.В. Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения в рамках законодательных и нормативных требований // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 2. С. 46–54. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.02.46-54. EDN YXLQNV.

4. Sadek F., Bao Y., Main J.A., Lew H.S. Evaluation and enhancement of robustness for reinforced concrete buildings // Journal of Structural Engineering. 2022. Vol. 148. Issue 1. DOI: 10.1061/(asce)st.1943-541x.0003226

5. Riedel K., Vollum R., Izzuddin B., Rust G. Robustness assessment of precast concrete connections using component-based modelling // Structures. 2024. Vol. 59. P. 105689. DOI: 10.1016/j.istruc.2023.105689

6. Zhao Z., Cheng X., Li Y., Diao M., Liu Y., Zhang W. Robustness analysis of dynamic progressive collapse of precast concrete beam–column assemblies using dry connections under uniformly distributed load // Engineering Structures. 2025. Vol. 323. P. 119206. DOI: 10.1016/j.engstruct.2024.119206

7. Карпенко Н.И., Белостоцкий А.М., Павлов А.С., Акимов П.А., Карпенко С.Н., Петров А.Н. Обзор методов расчета железобетонных конструкций при сложных напряженных состояниях с учетом физической нелинейности, анизотропии и конструктивной неоднородности. Часть 1: Разработки отечественных ученых // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования Российской академии архитектуры и строительных наук по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2019 году : сб. науч. тр. РААСН. Т. 2. 2020. С. 255–265. EDN WVFNAE.

8. Колчунов В.И., Тур В.В. Направления проектирования конструктивных систем в особых расчетных ситуациях // Промышленное и гражданское строительство. 2023. № 7. С. 5–15. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.07.05-15. EDN RNQPRJ.

9. Алмазов В.О., Плотников А.И., Расторгуев Б.С. Проблемы сопротивления зданий прогрессирующему разрушению // Вестник МГСУ. 2011. Т. 1. № 2. С. 16–20. EDN OUVYJV.

10. Nav F.M., Usefi N., Abbasnia R. Analytical investigation of reinforced concrete frames under middle column removal scenario // Advances in Structural Engineering. 2018. Vol. 21. Issue 9. Pp. 1388–1401. DOI: 10.1177/1369433217746343

11. Федорова Н.В., Фан Д.К., Нгуен Т.Ч. Экспериментальные исследования живучести железобетонных рам с ригелями, усиленными косвенным армированием // Строительство и реконструкция. 2020. № 1 (87). С. 92–100. DOI: 10.33979/2073-7416-2020-87-1-92-100. EDN ITILDU.

12. Fedorova N.V., Iliushchenko T.A. Influence of pre-stressing over parameters of diagram of static-dynamic deformation of RC elements // IOP Conference Series : materials Science and Engineering. 2019. Vol. 687. Issue 3. P. 033033. DOI: 10.1088/1757-899x/687/3/033033

13. Deng X.-F., Liang S.-L., Fu F., Qian K. Effects of high-strength concrete on progressive collapse resistance of reinforced concrete frame // Journal of Structural Engineering. 2020. Vol. 146. Issue 6. DOI: 10.1061/(asce)st.1943-541x.0002628

14. Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов В.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. Т. 15. № 1. С. 51–61. DOI: 10.22363/1815-5235-2019-15-1-51-61. EDN YZIQCD.

15. Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov V.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Bulkin S.A. et al. Results of experimental studies of high-strength fiber reinforced concrete beams with round cross-sections under combined bending and torsion // Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2020. Vol. 16. Issue 4. Pp. 290–297. DOI: 10.22363/1815-5235-2020-16-4-290-297. EDN JXJMCG.

16. Колчунов В.И. Метод расчетных моделей сопротивления для железобетона // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2023. Т. 19. № 3. С. 261–275. DOI: 10.22363/1815-5235-2023-19-3-261-275. EDN PUMWAG.

17. Федоров В.С., Баширов Х.З., Колчунов В.И. Элементы теории расчета железобетонных составных конструкций // Academia. Архитектура и строительство. 2014. № 2. С. 116–118. EDN SNDSHP.

18. Lu J.X., Shen P., Ali H.A., Poon C.S. Mix design and performance of lightweight ultra high-performance concrete // Materials & Design. 2022. Vol. 216. P. 110553. DOI: 10.1016/j.matdes.2022.110553

19. Karamloo M., Mazloom M., Payganeh G. Effects of maximum aggregate size on fracture behaviors of self-compacting lightweight concrete // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 123. Pp. 508–515. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.07.061

20. Sim J.I., Yang K.H., Kim H.Y., Choi B.J. Size and shape effects on compressive strength of lightweight concrete // Construction and Building Materials. 2013. Vol. 38. Pp. 854–864. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.09.073

21. Луценко А.И., Арискин М.В. Исследование работы узлового сопряжения ригелей и колонн в сборно-монолитном железобетонном каркасе с применением системы автоматизированного проектирования // Современное строительство и архитектура. 2022. № 7 (31). С. 8–25. DOI: 10.18454/mca.2022.28.8.002. EDN MOJFVD.

22. Копаница Д.Г., Капарулин С.Л., Данильсон А.И., Устинов А.М., Усеинов Э.С., Шашков В.В. Динамическая прочность и деформативность узла сопряжения железобетонного каркаса // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 5 (52). С. 57–63. EDN VHMMTX.

23. Колчунов В.И., Клюева Н.В., Бухтиярова А.С. Сопротивление пространственных узлов сопряжения железобетонных каркасов многоэтажных зданий при запроектных воздействиях // Строительство и реконструкция. 2011. № 5 (37). С. 21–32. EDN OIRNVV.

24. Kim S.H., Kim H.D., Kang S.M., Hwang H.J., Choi H. Effect of joint details on progressive collapse resistance of precast concrete structures // Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 69. P. 106217. DOI: 10.1016/j.jobe.2023.106217

25. Nguyen V.H., Tan K.H. Progressive collapse behaviour of advanced precast reinforced concrete joints with headed bars and plastic hinge relocation // Engineering Structures. 2023. Vol. 293. P. 116603. DOI: 10.1016/j.engstruct.2023.116603

26. Jin L. Li X., Zhang R., Du X. Failure mechanism and dynamic response of reinforced concrete joints under impact load acting on beam ends // International Journal of Impact Engineering. 2024. Vol. 185. P. 104863. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2023.104863

27. Ou Y.C., Joju J., Lai B.C., Wang J.C. Development and seismic performance evaluation of New high strength reinforced concrete column and steel beam (New-RCS) joint // Engineering Structures. 2023. Vol. 288. P. 116186. DOI: 10.1016/j.engstruct.2023.116186

28. Ou Y.C., Joju J., Wang W.L. Composite RCS joint designs for circular high-strength reinforced concrete columns // Journal of Building Engineering. 2025. Vol. 104. P. 112233. DOI: 10.1016/j.jobe.2025.11-2233

29. Wang D., Zhao J., Ju Y., Shen H., Li X. Behavior of beam-column joints with high performance fiber-reinforced concrete under cyclic loading // Structures. 2022. Vol. 44. Pp. 171–185. DOI: 10.1016/j.istruc.2022.07.090