Structural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsStructural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsСтроительная механика инженерных конструкций и сооружений1815-52352587-8700Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)3202010.22363/1815-5235-2022-18-3-195-203Analysis and design of building structuresРасчет и проектирование строительных конструкцийResearch ArticleSurvivability of reinforced concrete frames of multi-storey buildings with complex stress elementsЖивучесть железобетонных каркасов многоэтажных зданий со сложнонапряженными элементамиhttps://orcid.org/0000-0001-5290-3429KolchunovVitaly I.КолчуновВиталий Иванович

Doctor of Technical Sciences, Professor, full member of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences, Head of the Department of Unique Buildings and Structures, Faculty of Construction and Architecture, Southwest State University

доктор технических наук, профессор, действительный член Российской академии архитектуры и строительных наук, заведующий кафедрой уникальных зданий и сооружений, факультет строительства и архитектуры, Юго-Западный государственный университет

asiorel@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5509-1937MoskovtsevaVioletta S.МосковцеваВиолетта Сергеевна

engineer of the Department of Unique Buildings and Structures

инженер кафедры уникальных зданий и сооружений

lyavetka1@mail.ruSouthwest State UniversityЮго-Западный государственный университетRussian Academy of Architecture and Construction SciencesНаучно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук28092022183VOL 18, NO3 (2022)ТОМ 18, №3 (2022)19520328092022Copyright ©; 2022, Kolchunov V.I., Moskovtseva V.S.Copyright ©; 2022, Колчунов В.И., Московцева В.С.2022Kolchunov V.I., Moskovtseva V.S.Колчунов В.И., Московцева В.С.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/32020

Experimental determination of the parameters of the force resistance of reinforced concrete structures aimed at protecting them from emergency beyond design impacts is an important direction in improving the safety of buildings and structures. In this connection, the purpose of the study was an experimental assessment of the deformation parameters in the complexly stressed elements of reinforced concrete frames under special impact in the form of a sudden column removal. Experimental studies were carried out for two frames, one of which was tested when removing the middle column, the second - when removing the extreme. Experimental two-span structures of reinforced concrete frames are designed with three floors in height, reinforcement was made with spatial reinforcing cages that provide resistance to torsion with bending. The results of experimental and theoretical studies of reinforced concrete frame structures under special influences and an assessment of displacements, cracking and destruction of the considered complex-stressed structural elements under such influences are presented. It is established that the type of stress state, the formation and width of crack opening significantly affect the dissipative properties of the structural system.

Экспериментальное определение параметров силового сопротивления железобетонных конструкций, направленное на их защиту от аварийных запроектных воздействий, является важным направлением в повышении механической безопасности зданий и сооружений в условиях современных вызовов. В связи с этим целью исследования стала экспериментальная оценка параметров деформирования в сложнонапряженных элементах железобетонных рам при особых аварийных воздействиях, вызванных внезапным удалением одного из несущих элементов. Экспериментальные исследования выполнены для двух железобетонных рам, одна из которых испытана при мгновенном удалении средней колонны, а вторая - при удалении крайней. Конструкции рам запроектированы двухпролетными с тремя этажами по высоте и с использованием пространственных арматурных каркасов, обеспечивающих сопротивление кручению с изгибом. Приведены результаты экспериментально-теоретических исследований конструкций железобетонных рам в запредельных состояниях при особых воздействиях и проведена оценка перемещений, трещинообразования и разрушения рассматриваемых сложнонапряженных элементов конструкций при таких воздействиях. Установлено, что вид напряженного состояния, картина образования, раскрытие и развитие трещин существенно влияют на параметры деформирования и диссипативные свойства элементов конструктивной системы.

experimental researchcomplex-stressed reinforced concretespecial impactsurvivabilityresistanceprogressive collapseэкспериментальные исследованиясложнонапряженный железобетонособые воздействияживучестьзащитапрогрессирующее обрушениеAlternate path analysis & design guidelines for progressive collapse resistance. Washington: General Services Administration; 2016. 203 p.Alternate path analysis & design guidelines for progressive collapse resistance / General Services Administration. Washington, 2016, 203 p.Kodysh E.N., Trekin N.N., Chesnokov D.A. Protection of multistory buildings from progressive collapse. Industrial and Civil Engineering. 2016;(6):8–13. (In Russ.)Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н., Чесноков Д.А. Защита многоэтажных зданий от прогрессирующего обрушения // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 6. С. 8-13.Kodysh E.N. Designing the protection of buildings and structures from progressive collapse, taking into account the occurrence of a special limit state. Industrial and Civil Engineering. 2018;(10):95–101. (In Russ.)Кодыш Э.Н. Проектирование защиты зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения с учетом возникновения особого предельного состояния // Промышленное и гражданское строительство. 2018. № 10. С. 95-101.Adam J.M., Parisi F., Sagaseta J., Lu X. Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century. Engineering Structures. 2018;173:122–149.Adam J.M., Parisi F., Sagaseta J., Lu X. Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century // Engineering Structures. 2018. Vol. 173. Рр. 122-149.Travush V.I., Fedorova N.V. Calculation of the parameter of survivability of frame-bar structural systems. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2017;(1):21–28. (In Russ.)Травуш В.И., Федорова Н.В. Расчет параметра живучести рамно-стержневых конструктивных систем // Научный журнал строительства и архитектуры. 2017. № 1. С. 21-28.Pham A.T., Tana K.H., Yu J. Numerical investigations on static and dynamic responses of reinforced concrete subassemblages under progressive collapse. Engineering Structures. 2017;149:2–20. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.07.042Pham A.T., Tana K.H., Yu J. Numerical investigations on static and dynamic responses of reinforced concrete subassemblages under progressive collapse // Engineering Structures. 2017. Vol. 149. Pp. 2-20. http://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.07.042Alogla K., Weekes L., Augusthus-Nelson L. Theoretical assessment of progressive collapse capacity of reinforced concrete structures. Magazine of Concrete Research. 2017;69(3):145–162.Alogla K., Weekes L., Augusthus-Nelson L. Theoretical assessment of progressive collapse capacity of reinforced concrete structures // Magazine of Concrete Research. 2017. Vol. 69. No. 3. Pp. 145-162.Fedorova N.V., Korenkov P.A., Ngoc V.T. Methodology for experimental studies of the deformation of monolithic reinforced concrete frames of buildings under emergency impacts. Buildings and Reconstruction. 2018;4(78):42–52. (In Russ.)Федорова Н.В., Кореньков П.А., Ву Н.Т. Методика экспериментальных исследований деформирования монолитных железобетонных каркасов зданий при аварийных воздействиях // Строительство и реконструкция. 2018. Т. 4. № 78. С. 42-52.Kolcunov V.I., Tuyen V.N., Korenkov P.A. Deformation and failure of a monolithic reinforced concrete frame under accidental actions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;753:032037.Kolcunov V.I., Tuyen V.N., Korenkov P.A. Deformation and failure of a monolithic reinforced concrete frame under accidental actions // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 753. Article 032037. http://doi.org/10.1088/1757-899X/753/3/032037Fedorova N.V., Guok F.D., Chang N.T. Experimental life studies of reinforced concrete frames with girders reinforced by indirect reinforcement. Buildings and Reconstruction. 2020;(1):92–100. (In Russ.)Федорова Н.В., Гуок Ф.Д., Чанг Н.Т. Экспериментальные исследования живучести железобетонных рам с ригелями, усиленными косвенным армированием // Строительство и реконструкция. 2020. № 1 (87). С. 92-100.Yu J., Tan K.H. Experimental and numerical investigation on progressive collapse resistance of reinforced concrete beam column sub-assemblages. Engineering Structures. 2013;55:90–106.Yu J., Tan K.H. Experimental and numerical investigation on progressive collapse resistance of reinforced concrete beam column sub-assemblages // Engineering Structures. 2013. Vol. 55. Рр. 90-106.Xuan W., Wang L., Liu C., Xing G., Zhang L., Chen H. Experimental and theoretical investigations on progressive collapse resistance of the concrete-filled square steel tubular column and steel beam frame under the middle column failure scenario. Shock and Vibration. 2019;2019:1–12. https://doi.org/10.1155/2019/2354931Xuan W., Wang L., Liu C., Xing G., Zhang L., Chen H. Experimental and theoretical investigations on progressive collapse resistance of the concrete-filled square steel tubular column and steel beam frame under the middle column failure scenario // Shock and Vibration. 2019. Vol. 2019. Pp. 1-12. https://doi.org/10.1155/2019/2354931Lin K., Lu X., Li Y., Guan H. Experimental study of a novel multi-hazard resistant prefabricated concrete frame structure. Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2019;119:390–407. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2018.04.011Lin K., Lu X., Li Y., Guan H. Experimental study of a novel multi-hazard resistant prefabricated concrete frame structure // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2019. Vol. 119. Рр. 390-407.Shan S., Li S., Xu S., Xie L. Experimental study on the progressive collapse performance of RC frames with infill walls. Engineering Structures. 2016;111:80–92. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2015.12.010Shan S., Li S., Xu S., Xie L. Experimental study on the progressive collapse performance of RC frames with infill walls // Engineering Structures. 2016. Vol. 111. Pp. 80-92. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2015.12.010Fedorova N.V., Ngoc V.T. Deformation and failure of monolithic reinforced concrete frames under special actions. Journal of Physics: Conference Series. 2019;1425:012033.Fedorova N.V., Ngoc V.T. Deformation and failure of monolithic reinforced concrete frames under special actions // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1425. Article 012033. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1425/1/012033Weng J., Lee C.K., Tan K.H., Lim N.S. Damage assessment for reinforced concrete frames subject to progressive collapse. Engineering Structures. 2017;149:147–160. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.07.038Weng J., Lee C.K., Tan K.H., Lim N.S. Damage assessment for reinforced concrete frames subject to progressive collapse // Engineering Structures. 2017. Vol. 149. Pp. 147-160. http://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.07.038Geniev G.A., Kolchunov V.I., Klyueva N.V. Strength and deformability of reinforced concrete structures under non-design impacts. Moscow: АSV Publ.; 2004. (In Russ.)Гениев Г.А., Колчунов В.И., Клюева Н.В., Никулин А.И., Пятикрестовский К.П. Прочность и деформативность железобетонных конструкций при запроектных воздействиях. М.: АСВ, 2004. 216 с.Kolchunov V.I., Klyueva N.V., Androsova N.B., Bukhtiyarova А.S. Survivability of buildings and structures under non-design impacts. Moscow: ASV Publ.; 2014. (In Russ.)Колчунов В.И., Клюева Н.В., Андросова Н.Б., Бухтиярова А.С. Живучесть зданий и сооружений при запроектных воздействиях. М.: АСВ, 2014. 208 с.Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov Vl.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Bulkin S.A., Moskovtseva V.S. 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;16(4):290–297. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-4-290-297Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov Vl.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Bulkin S.A., Moskovtseva V.S. 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. Т. 16. № 4. С. 290-297. http://doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-4-290-297Alkadi S.A., Fedorova N.V., Osovskyh O.E. Analysis of reinforced concrete space frame deformation with composite sections elements. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;456:012033. https://doi.org/10.1088/1757-899X/456/1/012033Alkadi S.A., Fedorova N.V., Osovskyh O.E. Analysis of reinforced concrete space frame deformation with composite sections elements // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 456. Article 012033. http://doi.org/10.1088/1757-899X/456/1/012033Demyanov A.I., Alkadi S.A., Static-dynamic deformation of reinforced concrete elements of the spatial frame with their complex resistance. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2018;(11):20–33. (In Russ.)Демьянов А.И., Алькади С.А. Статико-динамическое деформирование железобетонных элементов пространственной рамы при их сложном сопротивлении // Известия вузов. Строительство. 2018. № 11. С. 20-33.Demyanov A.I., Kolchunov V.I., Salnikov A.S., Mikhailov M.M. Computational models of static-dynamic deformation of a reinforced concrete structure during torsion with bending at the moment of formation of a spatial crack. Buildings and Reconstruction. 2017;3:13–22. (In Russ.)Демьянов А.И., Колчунов В.И., Сальников А.С., Михайлов М.М. Расчетные модели статико-динамического деформирования железобетонной конструкции при кручении с изгибом в момент образования пространственной трещины // Строительство и реконструкция. 2017. Т. 3. С. 13-22.Demyanov A.I., Naumov N.V., Kolchunov V.I. Method for determining the parameters of deformation and crack resistance of reinforced concrete composite structures undergoing torsion with bending. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2018;(7):5–16. (In Russ.)Демьянов А.И., Наумов Н.В., Колчунов Вл.И. Методика определения параметров деформирования и трещиностойкости железобетонных составных конструкций, испытывающих кручение с изгибом // Известия вузов. Строительство. 2018. № 7. С. 5-16.