Прочность и трещиностойкость изгибаемых железобетонных конструкций при среднескоростных воздействиях

Введение. Рост числа аварийных и чрезвычайных ситуаций, отмечаемый в государственных докладах МЧС России за последние годы, подчёркивает необходимость изучения работы строительных конструкций при воздействиях с различной скоростью приложения нагрузки. Одним из наиболее интересных является среднескоростной диапазон нагружения, где напряжённо-деформированное состояние железобетонных элементов существенно отличается от статического и высокоскоростного режимов.

Цель. Исследование влияния среднескоростных воздействий на прочность и трещиностойкость изгибаемых железобетонных элементов с применением экспериментально-аналитического подхода.

Материалы и методы. В исследовании использованы данные испытаний 27 бетонных призм классов В25 и В45, разрушенных при трёх скоростных режимах: статическом, ускоренном (1–3 с) и умеренно ускоренном (8–12 с). Обработка результатов выполнена с применением критерия «трёх сигм» и 5%-го квантиля для формирования статистически репрезентативных диаграмм «напряжение (σ) относительная деформация (ε)». Аналитическое моделирование осуществлялось с использованием дробно-рациональных зависимостей и энергетического критерия разрушения.

Результаты. Выявлено, что увеличение скорости нагружения приводит к росту предельной прочности бетона (на 9–20 % для В25 и 6–12 % для В45) и снижению соответствующих предельных деформаций (на 10–19 % и 5–13 %, соответственно). Для изгибаемых элементов установлено увеличение момента, соответствующего исчерпанию прочности элемента, на 1–2,3 % (для бетона В25) и 0,9–1,4 % (для бетона В45), а также рост момента трещинообразования на 6,6–13,8 % и 4,7–7,1 %, соответственно.

Выводы. Среднескоростное нагружение приводит к повышению прочности и трещиностойкости изгибаемых железобетонных элементов при одновременном уменьшении их деформативности. Полученные результаты уточняют параметры для расчётов по нелинейной деформационной модели и могут быть использованы при анализе особых воздействий.

1. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере: учебное пособие / Под ред. В.Э. Фигурнова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: ИНФРА-М, 2002. 528 с.

2. Ahsanullah M., Kibria B.M.G., Shakil M. Normal and Student’s Distributions and Their Applications. New York: Springer, 2014. 169 p. DOI: 10.1007/978-3-319-06674-5

3. Гмурман В.Е. Теория вероятностей в математической статистике. Изд. 4-е, доп. Учеб. Пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1972. 368 с.

4. Krishnamoorthy K. Handbook of Statistical Distributions with Applications / K. Krishnamoorthy. Boca Raton: CRC Press, 2006. 376 p. DOI: 10.1201/9781420011265 EDN: UNCXPO

5. Коуркин С.В., Никулин А.И. Экспериментальные данные о прочности и деформативности бетона класса B25 с учётом различной скорости нагружения призматических образцов при центральном сжатии // Инженерный вестник Дона. 2025. № 10. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n10y2025/10472

6. Коуркин С.В., Никулин А.И. Экспериментальная оценка влияния скорости нагружения на деформативно-прочностные характеристики бетона класса B45 при центральном сжатии // Инженерный вестник Дона. 2025. № 10. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n10y2025/10419.

7. Несветаев Г.В. К созданию нормативной базы деформаций бетона при осевом нагружении // Известия вузов. Строительство. 1996. № 8. С. 122–124.

8. Никулин А.И. К определению предельной относительной деформации бетона в растянутой зоне изгибаемого железобетонного элемента // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. URL: http://www.science-education.ru/120–16844. EDN: TGQGVL

9. Никулин А.И. Энергетический подход к трансформированию эталонных диаграмм сжатия бетона // Бетон и железобетон. 2013. № 5. С. 12–14. EDN: TFCGAR https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22807025&ysclid=mj5lhr9n8v340120055.

10. Никулин А.И., Обернихин Д.В., Никулина Ю.А. Предельная прочность изгибаемых железобетонных элементов на основе применения энергетического критерия разрушения бетона // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения: материалы конференции. 2015. С. 98–107. URL. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24120319&ysclid=mj5lno63hw416306492.

11. Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. Харьков: Изд-во ХГУ, 1968. 324 с.

12. Меркулов С.И. Основы теории реконструкции железобетона [Текст]: монография. Курск: Изд-во КГТУ, 2009. 248 с. ISBN: 978–5-7681–0521–1 EDN: QNONKD

13. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52–01–2003. Введ. 2018–06–01. М.: Минстрой России, 2018. 155 с.

14. СП 296.1325800.2017. Здания и сооружения. Особые воздействия. Введ. 2017–12–01. М.: Минстрой России, 2017. 39 с.

15. СП 385.1325800.2018. Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Введ. 2019–01–01. М.: Минстрой России, 2018. 54 с.

16. СП 542.1325800.2024. Защитные ограждающие конструкции от воздействия беспилотных летательных аппаратов. Введ. 2024–05–01. М.: Минстрой России, 2024. 48 с.

17. Обернихин Д.В., Никулин А.И. Экспериментальные исследования прочности, трещиностойкости и деформативности железобетонных балок трапециевидного и прямоугольного поперечных сечений // Инновационная наука. 2016. № 8–2. С. 73–76. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/eksperimentalnye-issledovaniya-prochnosti-treschinostoykosti-i-deformativnosti-zhelezobetonnyh-balok-trapetsievidnogo-i?ysclid=mj5lr4a4jj441711433. EDN: WHTMCH

18. Обернихин Д.В. Ширина раскрытия трещин и особенности сопротивления железобетонных конструкций трапециевидного поперечного сечения: дис. … канд. техн. наук. Белгород, 2019. 258 с.

19. Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. М.: Воентехлит, 2000. 256 с. EDN: YFPAPP

20. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 416 с.

21. Тихонов И.Н., Саврасов И.П. Экспериментальные исследования предельных состояний железобетонных балок с арматурой класса прочности 500 МПа // Жилищное строительство. 2010. № 8. С. 31–38. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/eksperimentalnye-issledovaniya-predelnyh-sostoyaniy-zhelezobetonnyh-balok-s-armaturoy-klassa-prochnosti-500-mpa?ysclid=mj5lsaxw44397904334. EDN: LMDBUC