Анализ расчетных зависимостей для оценки железобетонных изгибаемых элементов с круглой формой поперечного сечения при действии поперечных сил

Введение. В действующих отечественных нормативных документах по проектированию железобетонных элементов (СП 63.13330.2018) отсутствуют указания по расчету изгибаемых и внецентренно сжатых элементов нестандартной (отличной от прямоугольной) формы при действии поперечных сил. В рамках ранее проведенных в НИИЖБ им. А.А. Гвоздева исследований была предложена методика оценки несущей способности наклонных сечений нестандартной формы, которая имеет удовлетворительную сходимость с экспериментами, проведенными отечественными и зарубежными исследователями. В настоящей работе выполнен анализ ранее разработанной методики и предложено ее уточнение для сечений, имеющих круглую форму. Также выполнено сравнение результатов имеющихся опытных данных с результатами расчетов по уточненной методике с оценкой уровня ее надежности.

Цель. Уточнение методики расчета прочности наклонных сечений изгибаемых и внецентренно сжатых железобетонных элементов с нестандартной (отличной от прямоугольной) формой поперечного сечения при действии поперечных сил, выполнение сравнения предлагаемой методики расчета с имеющимися опытными данными и результатами численных экспериментов.

Материалы и методы. Теоретические исследования проведены на основе результатов испытаний, проведенных ранее зарубежными исследователями для элементов круглого поперечного сечения. В общей сложности расчет выполнен для 13 образцов круглого поперечного сечения.

Результаты. Проанализированы результаты экспериментов и данные отечественных и зарубежных нормативных документов. Предложена уточненная методика определения несущей способности железобетонных элементов круглого сечения на действие поперечной силы по наклонной трещине. По результатам выполненного сравнения предложенной методики с данными экспериментов установлено, что предложенная методика обеспечивает необходимый уровень надежности – среднее отношение экспериментальной несущей способности к расчетному значению составляет 1,241 при среднеквадратичном отклонении 0,123. Установлено, что наибольшее отклонение результатов расчета по предлагаемой уточненной методике наблюдается для бетонов с более высокой прочностью, в связи с чем представляется целесообразным провести дополнительные опытные исследования образцов из бетонов высоких классов, в том числе образцов, изготовленных из высокопрочных бетонов (класс выше B60).

Выводы. Предложена уточненная методика для вычисления несущей способности железобетонных элементов круглого сечения на действие поперечной силы по наклонной трещине. При разработке методики учтена преемственность с действующими отечественными нормативными документами в части элементов прямоугольного сечения. Проведена проверка предложенной методики с учетом имеющихся результатов экспериментов для 13 опытных образцов, выполненных различными авторами. В соответствии с выполненной оценкой результатов испытаний установлено, что предлагаемая методика обеспечивает достаточный резерв надежности. С целью дополнительной проверки для бетонов с высокой прочностью рекомендовано провести дополнительные испытания, в том числе для высокопрочных бетонов.

1. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. Москва: Стандартинформ, 2019.

2. Боришанский М.С. Расчет отогнутых стержней и хомутов по стадии разрушения [диссертация]. 1942.

3. Залесов А.С. Сопротивление железобетонных элементов при действии поперечных сил. Теория и новые методы расчета прочности [диссертация]. Москва, 1979. 369 с.

4. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. Москва, 1985.

5. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01-84). Москва: Центральный институт типового проектирования, 1989. 192 с.

6. Thamrin R., Haris S., Dedi E., Dalmantias E. Shear Capacity of Reinforced Concrete Beams with Square Cross Section Subjected to Biaxial Bending. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020, vol. 713, no. 1, 012029. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/713/1/012029.

7. Залесов А.С., Климов Ю.А. Прочность железобетонных конструкций при действии поперечных сил. Киев: Будивэльнык, 1989. 104 с.

8. ACI 318-19. Building Code Requirements for Structural Concrete. American Concrete Institute, 2019.

9. EN 1992-1-1. Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings. 2004.

10. IS 456:2000. Plain and reinforced concrete – code of practice (fourth Revision). Bureau of Indian Standards, 2000.

11. Мухамедиев Т.А., Зенин С.А., Жарких А.С. Оценка надежности метода расчета прочности наклонных сечений железобетонных элементов с различной формой поперечного сечения // Вестник НИЦ «Строительство». 2022. № 2 (33). С. 139–149. DOI: https://doi.org/10.37538/2224-9494-2022-2(33)-139-149. EDN: FBWFRF.

12. Мухамедиев Т.А., Зенин С.А. О расчете прочности наклонных сечений железобетонных элементов с различной формой поперечного сечения // Строительные материалы. 2022. № 8. С. 70–74. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-805-8-70-74. EDN: AGUOMO.

13. Kowalsky M.J., Priestley M.J.N. Improved Analytical Model for Shear Strength of Circular Reinforced Concrete Columns in Seismic Regions. ACI Structural Journal. 2000, vol. 97, no. 3, pp. 388–396.

14. Ang B.G., Priestley M.J.N., Paulay T. Seismic shear strength of circular reinforced concrete columns. ACI Structural Journal. 1989, vol. 86(1), pp. 45–59. DOI: https://doi.org/10.14359/2634.

15. Arakawa T., He M.X., Arai Y., Mizoguchi M. Ultimate shear strength of spirally confined concrete columns. Transactions of the Japan Concrete Institute. 1987, no. 9, pp. 305–312.

16. AlaaEldin Abouelleil, M.S., Hayder Rasheed. Report No. K-TRAN: KSU-14-4. Kansas Department of Transportation Column Expert: Ultimate Shear Capacity of Circular Columns Using the Simplified Modified Compression Field Theory, September 2015.

17. Шипулин С.А., Беляева З.В., Миронова Л.И. Оценка методик расчета железобетонных элементов по прочности при двухосевом действии поперечных сил // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2024. № 8. С. 39–53. DOI: https://doi.org/10.34031/2071-7318-2024-9-8-39-53.

18. Руководство по проектированию и устройству заглубленных инженерных сооружений. НИИСК Госстроя СССР. Москва: Стройиздат, 1986.