Resistance of compressed elements with small eccentricity taking into account actual height of the compressed concrete zone

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The load-bearing capacity of normal sections of eccentrically compressed reinforced concrete structures at small eccentricities, according to current regulatory documents, is determined taking into account the linear approximation of the nonlinear dependence of stresses in tensile reinforcement on the height of the compressed zone. This approach is largely simplified and in some cases leads to an unreasonable overestimation of the bearing capacity of elements. The aim of the study is to obtain analytically the most universal and accurate dependence for determining the height of the compressed zone of concrete, the stresses in tensile reinforcement and, as a result, to clarify the value of the maximum bearing capacity of the normal section of eccentrically compressed elements during destruction of the compressed zone in concrete. Objectives of the research: analytical obtaining the dependence for the height of the compressed zone of concrete in the section in the limit state; comparison of the obtained load-bearing capacity, taking into account the obtained dependence, with the simplest dependence adopted in regulatory documents, as well as with the results of calculations using a nonlinear deformation model; determination of the degree of unreasonable overestimation of the bearing capacity of eccentrically compressed reinforced concrete structures with small eccentricities in current regulatory documents.Materials and methods. The main methods used in the modern theory of concrete and reinforced concrete strength were adopted.Results. The analytical expression for the height of the compressed zone is obtained based on the simplified three-linear diagram of the deformation of concrete under compression. Reasonable refinement of the height of the compressed zone makes it possible to achieve maximum convergence with the results of calculations using a nonlinear deformation model without the use of iterative approaches to solving the problem.Conclusions. The proposed dependencies make it possible to determine the actual stress-strain state in normal sections of eccentrically compressed reinforced concrete elements under the action of small eccentricities of application of the longitudinal compressive force in the limit state.

About the authors

I. T. Mirsayapov

Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE)

Email: mirsayapovit@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4902-6167

G. T. Apkhadze

Kazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE)

Email: georgevt@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0004-9868-3790

References

  1. Залесов А.С., Чистяков Е.А., Ларичева И.Ю. Деформационная расчетная модель железобетонных элементов при действии изгибающих моментов и продольных сил // Бетон и железобетон. 1996. № 5. С. 16–18. EDN XMVQDB.
  2. Горбатов С.В., Смирнов С.Г. Расчет прочности внецентренно сжатых железобетонных элементов прямоугольного сечения на основе нелинейной деформационной модели // Вестник МГСУ. 2011. № 2–1. С. 72–76. EDN OUVYNH.
  3. 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.
  4. Карпенко Н.И., Соколов Б.С., Радайкин О.В. Проектирование бетонных, железобетонных и армокаменных элементов и конструкций с применением диаграммных методов расчета. М. : Изд-во АСВ, 2023. 194 с.
  5. Радайкин О.В. Развитие теории диаграммного метода расчета стержневых элементов из армированного бетона : дис. … д-ра техн. наук. Казань, 2023. 471 с. EDN HGRDMK.
  6. Старишко И.Н. Расчет несущей способности внецентренно сжатых железобетонных элементов при различных значениях эксцентриситетов приложения продольных сил // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2015. № 5. С. 21–33. EDN UGJXFB.
  7. Старишко И.Н. Теории и примеры расчета прочности внецентренно сжатых железобетонных элементов прямоугольного сечения // Academia. Архитектура и строительство. 2019. № 4. С. 94–103. doi: 10.22337/2077-9038-2019-4-94-103. EDN JEOZYT.
  8. Шевченко А.В., Давидюк А.А., Баглаев Н.Н. Метод итераций для расчета железобетонных элементов на основе нелинейной деформационной модели // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 3. С. 13–18. doi: 10.33622/0869-7019.2022.03.13-18. EDN PJZDHL.
  9. Al-Noury S.I., Chen W.F. Behavior and design of reinforced and composite concrete sections // Journal of the Structural Division. 1982. Vol. 108. Issue 6. Pp. 1266–1284. doi: 10.1061/jsdeag.0005965
  10. Bentz E.C. Sectional analysis of reinforced concrete members : PhD thesis. Department of Civil Engineering, University of Toronto, Toronto, ON, Canada, 2000.
  11. Sargin M. Stress-strain relationship for concrete and the analysis of structural concrete sections // Stud; No. 4, Solid Mechanics Oivision. University of Vaterloo. Ontario, Canada, 1971.
  12. Кузьмичев А.Е. Исследование влияния пластических деформаций сжатого бетона на перераспределение усилий в железобетонных рамах // Труды НИИЖБ. Вып. 17. Исследования по теории железобетона. М. : Госстройиздат, 1960.
  13. Кротовский С.С. Экспериментальное исследование жесткости внецентренно сжатых железобетонных элементов // Труды НИИЖБ. Вып. 4. М. : Госстройиздат, 1959.
  14. Мордовский С.С., Мурашкин В.Г. Напряженное состояние экспериментальных образцов при внецентренном нагружении // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 4. С. 137. EDN PBIQYZ.
  15. Веретенников В.И., Бармотин А.А. О влиянии размеров и формы сечения элементов на диаграмму деформирования бетона при внецентренном сжатии // Бетон и железобетон. 2000. № 5. С. 27–30.
  16. Маилян Д.Р. Влияние армирования и эксцентриситета сжимающего усилия на деформативность бетона и характер диаграммы сжатия // Вопросы прочности, деформативности и трещиностойкости железобетона. Ростов н/Д : РИСИ, 1979. С. 70–82.
  17. Мухамедиев Т.А., Майоров С.А. Расчет прочности внецентренно сжатых бетонных элементов с композитной полимерной арматурой // Вестник НИЦ Строительство. 2022. № 2 (33). С. 150–160. doi: 10.37538/2224-9494-2022-2(33)-150-160. EDN FEVEFI.
  18. Мухамедиев Т.А., Кузеванов Д.В. К вопросу расчета внецентренно сжатых железобетонных элементов по СНиП 52-01 // Бетон и железобетон. 2012. № 2. С. 21–24. EDN PNDZMQ.
  19. Mirsayapov I.T., Apkhadze G.T. Modified trilinear stress-strain diagram of concrete designed for calculation of beams with fiberglass rebar // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 890. Issue 1. P. 012079. doi: 10.1088/1757-899x/890/1/012079
  20. Мирсаяпов Ил.Т., Апхадзе Г.Т. Прочность нормального сечения переармированных изгибаемых элементов с полимерной композитной арматурой с учетом нисходящей ветви диаграммы деформирования бетона // Долговечность строительных материалов, изделий и конструкций : мат. Всерос. науч.-техн. конф. 2019. С. 170–172. EDN OUDFTM.
  21. Чистяков Е.А. Основы теории, методы расчета и экспериментальные исследования несущей способности сжатых железобетонных элементов при статическом нагружении : дис. … д-ра техн. наук. М., 1968.
  22. Гвоздев А.А. Новое в проектировании бетонных и железобетонных конструкций. М. : Стройиздат, 1978. 207 с.
  23. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М. : Стройиздат, 1996. 416 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».