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)3354510.22363/1815-5235-2022-18-6-490-502Analysis and design of building structuresРасчет и проектирование строительных конструкцийResearch ArticleNon-equilibrium and nonlinear processes in robustness potential evaluation of reinforced concrete structural systems in ultimate statesНеравновесные и нелинейные процессы при оценке потенциала живучести железобетонных конструктивных систем в запредельных состоянияхhttps://orcid.org/0000-0003-1251-7106AndrosovaNatalia B.АндросоваНаталия Борисовна

PhD of Technical Sciences, Associate Professor, Head of Department of Building Constructions and Materials, Orel State University named after I.S. Turgenev; Research Associate, Scientific Research Institute of Construction Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences

кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой строительных конструкций и материалов, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева; научный сотрудник, Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН

ramia84@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5290-3429KolchunovVitaly I.КолчуновВиталий Иванович

Academician of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences, D.Sc. in Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Unique Buildings and Structures, South-West State University; Research Associate, Scientific Research Institute of Construction Physics of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences

академик РААСН, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой уникальных зданий и сооружений, Юго-Западный государственный университет; главный научный сотрудник, Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН

asiorel@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3012-0383EmelyanovSergey G.ЕмельяновСергей Геннадьевич

corresponding member of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences, D.Sc. in Technical Sciences, Professor of the Department of Unique Buildings and Structures

член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры уникальных зданий и сооружений

rector@mail.ruOrel State University named after I.S. TurgenevОрловский государственный университет имени И.С. ТургеневаScientific Research Institute of Construction Physics of the RAACSНаучно-исследовательский институт строительной физики РААСНSouth-West State UniversityЮго-Западный государственный университет15122022186Scientific Legacy of Academician Vitaly Mikhailovich BondarenkoНаучное наследие академика Виталия Михайловича Бондаренко49050210022023Copyright ©; 2022, Androsova N.B., Kolchunov V.I., Emelyanov S.G.Copyright ©; 2022, Андросова Н.Б., Колчунов В.И., Емельянов С.Г.2022Androsova N.B., Kolchunov V.I., Emelyanov S.G.Андросова Н.Б., Колчунов В.И., Емельянов С.Г.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/33545

The problems of non-equilibrium and nonlinear processes in the evaluation of reinforced concrete structural systems robustness potential in ultimate states are considered. The definition of concept of “robustness exposition” is given for a quantitative assessment of the robustness potential. A calculation model based on the generalization of the well-known classical relationship between the current relative deficit change rate of the reinforced concrete stress-strain state with respect to each fixed time value is proposed to describe in time non-equilibrium processes of structural materials force resistance depending on the mode and level of loading. On the basis of the linear creep theory, aging materials, an algorithm was developed to determine the measure of creep, corrosion-damaged concrete and reinforced concrete and to determine the parameter “robustness exposition” of a reinforced concrete statically indeterminate structural system, taking into account non-equilibrium and nonlinear processes of its deformation in time. An example of a single-span rigidly clamped reinforced concrete beam calculating the robustness potential from the position of a special limiting state criterion is considered.

Рассмотрены задачи о неравновесных и нелинейных процессах при оценке потенциала живучести железобетонных конструктивных систем в запредельных состояниях. Дано определение понятия «экспозиция живучести» для количественной оценки потенциала живучести. Предложена расчетная модель, основанная на обобщении известной классической связи между скоростью изменения текущего относительного дефицита напряженно-деформированного состояния железобетона по отношению к каждому фиксированному времени, значению для описания во времени неравновесных процессов силового сопротивления конструкционных материалов в зависимости от режима и уровня нагружения. На основе теории линейной ползучести стареющих материалов построен алгоритм для определения меры ползучести коррозионно повреждаемого бетона и железобетона и определения параметра «экспозиция живучести» железобетонной статически неопределимой конструктивной системы с учетом неравновесных и нелинейных процессов ее деформирования во времени. Рассмотрен пример расчета потенциала живучести однопролетной жестко защемленной железобетонной балки с позиции критерия особого предельного состояния.

reinforced concrete structurecreepcorrosion damagerobustness exposureaccidental actionprogressive collapseжелезобетонные конструкцииползучестькоррозионные поврежденияэкспозиция живучестиособое воздействиепрогрессирующее обрушениеBondarenko V.M., Migal R.E., Ygupov B.A. Reserves and exposition of constructive safety of buildings operated in an aggressive environment. Building and Reconstruction. 2014;(1):3–10. (In Russ.)Бондаренко В.М., Мигаль Р.Е., Ягупов Б.А. Резервы и экспозиция конструктивной безопасности зданий, эксплуатирующийся в агрессивной среде // Строительство и реконструкция. 2014. № 1. С. 3-10.Bondarenko V.M., Kolchunov V.I. The concept and directions of theory development of buildings and structures constructive safety under force and environmental influences. Industrial and Civil Engineering. 2018;(2):28–31. (In Russ.)Бондаренко В.М., Колчунов В.И. Концепция и направления развития теории конструктивной безопасности зданий и сооружений при силовых и средовых воздействиях // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 2. С. 28-31.Fedorova N.V., Gubanova M.S. Crack-resistance and strength of a contact joint of a reinforced concrete composite wall beam with corrosion damages under loading. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2015;(2):6–18.Fedorova N.V., Gubanova M.S. Crack-resistance and strength of a contact joint of a reinforced concrete composite wall beam with corrosion damages under loading // Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2018. No. 2. Pp. 6-18.Kolchunov V.I., Savin S.Y. Survivability criteria for reinforced concrete flame at loss of stability. Magazine of Civil Engineering. 2018;80:73–80. https://doi.org/10.18720/MCE.80.7Kolchunov V.I., Savin S.Yu. Survivability criteria for reinforced concrete flame at loss of stability // Magazine of Civil Engineering. 2018. No. 80. Pp. 73-80. https://doi.org/10.18720/MCE.80.7Tamrazyan A.G., Mineev T.K., Zhukova L.I. Influence of chloride corrosion on probabilistic assessment of bearing capacity of beamless slabs overlap. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;661:012117. https://doi.org/10.1088/1757-899X/661/1/012052Tamrazyan A.G., Mineev T.K., Zhukova L.I. Influence of chloride corrosion on probabilistic assessment of bearing capacity of beamless slabs overlap // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 661. Article 012117. https://doi.org/10.1088/1757-899X/661/1/012052Kabantsev O., Mitrovic B. Modeling post-critical deformation processes of flat reinforced concrete elements under biaxial stresses. MATEC Web of Conference. 2017;117:00071. https://doi.org/10.1051/matecconf/201711700071Kabantsev O., Mitrovic B. Modeling post-critical deformation processes of flat reinforced concrete elements under biaxial stresses // MATEC Web of Conference. 2017. Vol. 117. Article 00071. https://doi.org/10.1051/matecconf/201711700071Kodysh E.N., Trekin N.N. Special limiting state of reinforced concrete structures under emergency impacts. Concrete and reinforced concrete – problems and prospects. Bulletin of Science and Research Center of Construction. 2018;(1):120–125. (In Russ.)Кодыш Э.Н., Трекин Н.Н. Особое предельное состояние железобетонных конструкций при аварийных воздействиях. Бетон и железобетон - проблемы и перспективы // Вестник НИЦ «Строительство». 2018. № 1. С. 120-125.Li J., Yao Y. A study on creep and drying shrinkage of high performance concrete. Cement and Concrete Research. 2001;31:1203–1206. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00539-7Li J., Yao Y. A study on creep and drying shrinkage of high performance concrete // Cement and Concrete Research. 2001. Vol. 31. Issue 8. Pp. 1203-1206. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00539-7Vasanelli E., Micelli F., Aiello M.A., Plizzari G. Long term behavior of FRC flexural beams under sustained load. Engineering Structures. 2013;56:1858–1867. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2013.07.035Vasanelli E., Micelli F., Aiello M.A., Plizzari G. Long term behavior of FRC flexural beams under sustained load // Engineering Structures. 2013. Vol. 56. Pp.1858-1867. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2013.07.035Raiser V.D. Problem of buildings and structures survivability. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2012;(5):77–78. (In Russ.)Райзер В.Д. К проблеме живучести зданий и сооружений // Строительная механика и расчет сооружений. 2012. № 5. С. 77-78.Nazarov Y.P., Gorodetsky A.S., Simbirkin V.N. On the problem of ensuring the survivability of building structures under emergency impacts. Structural Mechanics and Analysis of Constructions. 2009;(4):5–9. (In Russ.)Назаров Ю.П., Городецкий А.С., Симбиркин В.Н. К проблеме обеспечения живучести строительных конструкций при аварийных воздействиях // Строительная механика и расчет сооружений. 2009. № 4. С. 5-9.Kolchunov V.I., Tamrazyan A.G. The main directions of development of constructive safety theory and reinforced concrete structures synthesis of buildings and structures. Concrete and Reinforced Concrete – a Look Into the Future: Scientific Works of the III All-Russian (II International) Conference on Concrete and Reinforced Concrete, Moscow, 12–16 May 2014. Moscow; 2014. p. 176–191. (In Russ.)Колчунов В.И., Тамразян А.Г. Основные направления развития теории конструктивной безопасности и синтеза железобетонных конструкций зданий и сооружений // Бетон и железобетоне - взгляд в будущее: научные труды III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону, Москва, 12-16 мая 2014 г. М., 2013. С. 176-191.Arutyunyan N.Kh., Kolmanovsky V.B. Theory of creep of inhomogeneous bodies. Moscow: Nauka Publ.; 1983. (In Russ.)Арутюнян Н.Х., Колмановский В.Б. Теория ползучести неоднородных тел. М.: Наука, 1983. 336 c.Aleksandrovsky S.V., Vasiliev P.I. Experimental studies of concrete creep. Creep and Shrinkage of Concrete and Reinforced Concrete Structures. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1976. p. 97–152. (In Russ.)Александровский С.В., Васильев П.И. Экспериментальные исследования ползучести бетона // Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1976. С. 97-152.Bondarenko V.M., Karpenko N.I. Stress state level as a factor of structural changes and rheological power resistance. Academia. Architecture and Construction. 2007;(4):56–59. (In Russ.)Бондаренко В.М., Карпенко Н.И. Уровень напряженного состояния как фактор структурных изменений и реологического силового сопротивления // Academia. Архитектура и строительство. 2007. № 4. С. 56-59.Vasiliev P.I., Livshits Y.D. Application of concrete creep theory to the calculations of structures and bridges. Creep and Shrinkage of Concrete and Reinforced Concrete Structures. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1976. p. 268. (In Russ.)Васильев П.И., Лившиц Я.Д. Приложение теории ползучести бетона к расчетам конструкций и мостов // Ползучесть и усадка бетона и железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1976. С. 268.Gvozdev A.A., Yashin A.V., Petrova K.V. Strength, Structural Changes and Concrete Deformations. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1978. (In Russ.)Гвоздев А.А., Яшин А.В., Петрова К.В. Прочность, структурные изменения и деформации бетона. М.: Стройиздат, 1978. 299 с.Geniev G.A. On the evaluation of dynamic effects in beam systems made of brittle materials. Concrete and Reinforced Concrete. 1992;(9):25–27.Гениев Г.А. Об оценке динамических эффектов в стрежневых системах из хрупких материалов // Бетон и железобетон. 1992. № 9. С. 25-27.Maslov G.N. Thermal stress state of concrete masses when taking into account the concrete creep. Izvestiya VNIIG. 1941;28:175–183.Маслов Г.Н. Термическое напряженное состояние бетонных массивов при учете ползучести бетона // Известия ВНИИГ. 1941. Т. 28. С. 175-183.Prokopovich I.E., Zedgenidze V.A. Applied theory of creep. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1980. (In Russ.)Прокопович И.Е., Зедгенидзе В.А. Прикладная теория ползучести. М.: Стройиздат, 1980. 240 с.Rabotnov Y.N. Creep of structural elements. Moscow: Nauka Publ.; 1966. (In Russ.)Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966. 752 с.Rzhanitsyn A.R. Creep theory. Moscow: Nauka Publ.; 1968. (In Russ.)Ржаницын А.Р. Теория ползучести. М.: Стройиздат, 1968. 416 с.Sanzharovsky R.S. Nonlinear hereditary theory of creep. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2014;(1):63–68.Санжаровский Р.С. Нелинейная наследственная теория ползучести // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2014. № 1. С. 63-68.Ulitsky I.I. Determination of creep deformations values and concrete shrinkage. Kyiv: Gosstroyizdat USSR Publ.; 1963. (In Russ.)Улицкий И.И. Определение величин деформаций ползучести и усадки бетонов. Киев: Госстройиздат УССР, 1963. 132 с.Kharlab V.D. Fundamental questions of the linear theory of creep (with reference to concrete). St. Petersburg: St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, ASV Publ.; 2014. (In Russ.)Харлаб В.Д. Принципиальные вопросы линейной теории ползучести (с привязкой к бетону): монография. СПб.: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, ЭБС АСВ, 2014. 212 c.Bažant Z.P., Prasannan S. Solidification theory for concrete creep. Formulation. Journal of Engineering Mechanics. 1989;115(8):1691–1703.Bažant Z.P., Prasannan S. Solidification theory for concrete creep. Formulation // Journal of Engineering Mechanics. 1989. Vol. 115. No. 8. Pp. 1691-1703.Gilbert R.I. Creep and shrinkage models for high strength concrete – proposals for inclusion in AS3600. Australian Journal of Structural Engineering. 2002;4(2):95–106.Gilbert R.I. Creep and shrinkage models for high strength concrete - proposals for inclusion in AS3600 // Australian Journal of Structural Engineering. 2002. Vol. 4. No. 2. Pp. 95-106.Hamed E. Nonlinear creep response of reinforced beams. Journal of Mechanics of Materials and Structures. 2012;7(5):435–460.Hamed E. Nonlinear creep response of reinforced beams // Journal of Mechanics of Materials and Structures. 2012. Vol. 7. No. 5. Pp. 435-460. https://doi.org/10.2140/jomms.2012.7.435Bondarenko V.M., Kolchunov V.I. Exposition of robustness. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2007;(5):4–8.Бондаренко В.М., Колчунов В.И. Экспозиция живучести // Известия вузов. Строительство. 2007. № 5. С. 4-8.Kolchunov V.I., Fedorova N.V., Savin S.Y. Dynamic effects in statically indeterminate physically and structurally nonlinear systems. Industrial and Civil Engineering. 2022;(9):42–50.Колчунов В.И., Федорова Н.В., Савин С.Ю. Динамические эффекты в статически неопределимых физически и конструктивно нелинейных системах // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 9. С. 42-50.Geniev G.A., Kolchunov V.I., Klyueva N.V. Strength and deformability of reinforced concrete structures under accidental actions. Moscow: ASV Publ.; 2004. (In Russ.)Гениев Г.А., Колчунов В.И., Клюева Н.В. Прочность и деформативность железобетонных конструкций при запроектных воздействиях: научное издание. М.: Изд-во АСВ, 2004. 216 с.Arutyunyan N.Kh. Some questions of the theory of creep. Moscow: Gostekhizdat Publ.; 1952. (In Russ.)Арутюнян Н.Х. Некоторые вопросы теории ползучести. М.: Гостехиздат, 1952. 324 с.Recommendations for taking into account creep and shrinkage of concrete in the calculation of concrete and reinforced concrete structures. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1988. (In Russ.)Рекомендации по учету ползучести и усадки бетона при расчете бетонных и железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1988. 120 с.Travush V.I., Murashkin V.G. Influence of creep to deformation and stress distributions of bending element. Building and Reconstruction. 2017;(2):57–70.Травуш В.И., Мурашкин В.Г. Влияние ползучести на распределение деформаций и напряжений в изгибаемом элементе // Строительство и реконструкция. 2017. № 2. С. 57-70.Bondarenko V.M. Some questions of the nonlinear reinforced concrete theory. Kharkov: Kharkov University Press; 1968. (In Russ.)Бондаренко В.М. Некоторые вопросы нелинейной теории железобетона. Харьков: Изд-во Харьковского университета, 1968. 323 с.Fedorova N.V., Medyankin M.D., Bushova O.B. Determination of static-dynamic deformation parameters of concrete. Industrial and Civil Construction. 2020;(1):4–11. (In Russ.)Федорова Н.В., Медянкин М.Д., Бушова О.Б. Определение параметров статико-динамического деформирования бетона // Промышленное и гражданское строительство. 2020. № 1. С. 4-11.Kolchunov V.I., Klyueva N.V., Androsova N.B., Bukhtiyarova A.S. Robustness of buildings and structures under accidental actions. Moscow: ASV Publ.; 2016. (In Russ.)Колчунов В.И., Клюева Н.В., Андросова Н.Б., Бухтиярова А.С. Живучесть зданий и сооружений при запроектных воздействиях. М.: Изд-во АСВ, 2016. 208 с.Fedorova N.V., Kolchunov V.I., Gubanova M.S. Deformation of composite plane-stressed reinforced concrete structures. Moscow: MISI-MGSU Publ.; 2022. (In Russ.)Федорова Н.В., Колчунов В.И., Губанова М.С. Деформирование составных плосконапряженных железобетонных конструкций: монография. М.: Изд-во МИСИ-МГСУ, 2022. 111 с.Selyaev V.P., Selyaev P.V. Physico-chemical foundations of fracture mechanics of cement composites. Saransk: Mordovia State University Publ.; 2018. (In Russ.)Селяев В.П., Селяев П.В. Физико-химические основы механики разрушения цементных композитов. Саранск: Изд-во Мордовского университета, 2018. 220 с.