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)3354810.22363/1815-5235-2022-18-6-525-533Analysis and design of building structuresРасчет и проектирование строительных конструкцийResearch ArticleNumerical-analytical method in reinforced concrete mechanicsЧисленно-аналитический метод в механике железобетонаhttps://orcid.org/0000-0001-5075-1134KolchunovVladimir I.КолчуновВладимир Иванович

corresponding member of the RAASN, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Unique Buildings and Structures

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

vlik52@mail.ruSouthwestern State UniversityЮго-Западный государственный университетResearch Institute of Building Physics of the RAACSНаучно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук15122022186Scientific Legacy of Academician Vitaly Mikhailovich BondarenkoНаучное наследие академика Виталия Михайловича Бондаренко52553310022023Copyright ©; 2022, Kolchunov V.I.Copyright ©; 2022, Колчунов В.И.2022Kolchunov V.I.Колчунов В.И.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/33548

A variant of the numerical-analytical method in the nonlinear mechanics of reinforced concrete is proposed. Calculation models make it possible to take into account a number of important factors, such as discrete cracks, the effect of concrete discontinuity, and reinforcement reactions in a crack. When solving the inverse problem of determining the width of the crack opening, the deformation effect is not set, but is modeled using the “joining” of the assigned minimum possible width, its opening under the appropriate loading. In the calculation scheme, pairs of finite elements are distinguished, adjacent to such a crack from opposite special sides, called a two-element cantilever model. Pairs are considered in two states: before their jointing of cracks and after their jointing, taking into account the deformation effect and the effect of concrete discontinuity. The calculation algorithm is based on combinations of an analytical model for calculating the stiffness of complexly stressed structures and the intelligence of the “LIRA-SAPR” software package.

Предложен вариант численно-аналитического метода в нелинейной механике железобетона. Расчетные модели позволяют учитывать ряд важных факторов, таких как дискретные трещины, эффект несплошности бетона и реакций арматуры в трещине. При решении обратной задачи определения ширины раскрытия трещин деформационное воздействие не задается, а моделируется с помощью «расшивки» назначаемой минимально возможной ширины, ее раскрытия при соответствующем нагружении. В расчетной схеме выделяются пары конечных элементов, прилегающих к такой трещине с противоположных специальных сторон, называемые двухэлементной консольной моделью. Пары рассматриваются в двух состояниях: до «расшивки» трещин и после их «расшивки» с учетом деформационного воздействия и эффекта нарушения сплошности бетона. Алгоритм расчета строится на основе комбинаций аналитической модели расчета жесткости сложно напряженных конструкций и интеллекта программного комплекса «ЛИРА-САПР».

discontinuity effectreinforced concreteopening widthmodelingdiscrete crackssurfacetwo-element consoleэффект несплошностижелезобетонширина раскрытиямоделированиедискретные трещиныповерхностьдвухэлементная консольBondarenko V.M., Kolchunov Vl.I. Calculation models of force resistance of reinforced concrete. Moscow: ASV Publ.; 2004. (In Russ.)Бондаренко В.М., Колчунов Вл.И. Расчетные модели силового сопротивления железобетона. М.: Изд-во АСВ, 2004. 471 с.Bashirov Kh.Z., Kolchunov V.I., Fedorov V.S., Yakovenko I.A. Reinforced concrete composite structures of buildings and structures. Moscow: ASV Publ.; 2017. (In Russ.)Баширов Х.З., Колчунов В.И., Федоров В.С., Яковенко И.А. Железобетонные составные конструкции зданий и сооружений. М.: Изд-во АСВ, 2017. 248 с.Veryuzhsky Yu.V., Golyshev A.B., Kolchunov Vl.I., Klyueva N.V., Lisitsin B.M., Mashkov I.L., Yakovenko I.A. Reference manual on structural mechanics (vol. 2). Moscow: ASV Publ.; 2014. (In Russ.)Верюжский Ю.В., Голышев А.Б., Колчунов Вл.И., Клюева Н.В., Лисицин Б.М., Машков И.Л., Яковенко И.А. Справочное пособие по строительной механике: в 2 т. Т. 2. М.: Изд-во АСВ, 2014. 432 с.Travush V.I., Karpenko N.I., Kolchunov V.I., Kaprielov S.S., Demyanov A.I., Konorev A.V. Results of experimental studies of structures of square and box sections made of high-strength concrete when twisting with bending. Construction and Reconstruction. 2018;(6):32-43. (In Russ.)Травуш В.И., Карпенко Н.И., Колчунов В.И., Каприелов С.С., Демьянов А.И., Конорев А.В. Результаты экспериментальных исследований конструкций квадратного и коробчатого сечений из высокопрочного бетона при кручении с изгибом // Строительство и реконструкция. 2018. № 6 (80). С. 32-43.Fedorov V.S., Kolchunov V.I., Pokusaev A.A., Naumov N.V. Calculation models of deformation of reinforced concrete constructions with spatial cracks. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2020;(3):6-26. http://doi.org/10.36622/VSTU.2020.47.3.001Karpenko N.I., Kolchunov Vl.I., Travush V.I. Calculation model of a complex stress reinforced concrete element of a boxed section during torsion with bending. Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2021;(3):7-26. http://doi.org/10.36622/VSTU.2021.51.3.001Kim C., Kim S., Kim K.-H., Shin D., Haroon M., Lee J.-Y. Torsional Behavior of Reinforced Concrete Beams with High-Strength Steel Bars. ACI Structural Journal. 2019;116:251-233. https://doi.org/10.14359/51718014Bernardo L. Modeling the full behavior of reinforced concrete flanged beams under torsion. Applied Sciences. 2019;9:2730. https://doi.org/10.3390/app9132730Lin W. Experimental investigation on composite beams under combined negative bending and torsional moments. Advances in Structural Engineering. 2021;24(6):1456-1465. http://doi.org/10.1177/1369433220981660Kolchunov V., Demyanov A., Naumov N. Analysis of the “nagel effect” in reinforced concrete structures under torsion with bending. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;953:012052. http://doi.org/10.1088/1757-899X/953/1/012052Kolchunov V., Smirnov B., Naumov N. Physical essence of the “nagel effect” for main reinforcement in an inclined crack of reinforced concrete structures. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;896: 012055. http://doi.org/10.1088/1757-899X/896/1/012055Kolchunov V.I., Demyanov A.I., Naumov N.V., Mikhaylov M.M. Calculation of the stiffness of reinforced concrete structures under the action of torsion and bending. Journal of Physics: Conference Series. 2019;1425:012077. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1425/1/012077Kolchunov V.I., Demyanov A.I., Naumov N.V. The second stage of the stress-strain state of reinforced concrete constructions under the action of torsion with bending (theory). IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: International Science and Technology Conference “FarEastCon 2019”, Vladivostok, Russky Island. Vladivostok, Russky Island: Institute of Physics Publishing; 2020. p. 1-9.Kolchunov Vl.I., Demyanov A.I. The modeling method of discrete cracks and rigidity in reinforced concrete. Magazine of Civil Engineering. 2019;(4):60-69. http://doi.org/10.18720/MCE.88.6Demyanov A.I., Kolchunov V.I. The dynamic loading in longitudinal and transverse reinforcement at instant emergence of the spatial crack in reinforced concrete element under the action of a torsion with bending. Journal of Applied Engineering Science. 2017;15(3):381-386. http://doi.org/10.5937/jaes15-14663Kolchunov Vl.I., Demyanov A.I. The modeling method of discrete cracks in reinforced concrete under the torsion with bending. Magazine of Civil Engineering. 2018;(5):160-173. http://doi.org/10.18720/MCE.81.16Kolchunov V.I., Kolchunov Vl.I., Fedorova N.V. Deformation models of reinforced concrete under special impacts. Promyshlennoe i Grazhdanskoe Stroitelstvo. 2018;8:54-60.Karpenko N.I. General models of reinforced concrete mechanics. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1996. (In Russ.)Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 410 с.Golyshev A.B., Kolchunov Vl.I. Resistance of reinforced concrete. Kyiv: Osnova Publ.; 2009. (In Russ.)Голышев А.Б., Колчунов Вл.И. Сопротивление железобетона. Киев: Основа, 2009. 432 с.Golyshev A.B., Kolchunov V.I., Yakovenko I.A. Resistance of reinforced concrete structures, buildings and structures erected in difficult engineering and geological conditions. Kyiv: Talcom Publ.; 2015. (In Russ.)Голышев А.Б., Колчунов В.И., Яковенко И.А. Сопротивление железобетонных конструкций, зданий и сооружений, возводимых в сложных инженерно-геологических условиях: монография. Киев: Талком, 2015. 371 с.Kolchunov Vl.I., Mikhailov M.M., Demyanov A.I. Static-dynamic deformation of compressed concrete in an indeterminate reinforced concrete frame during bending with torsion. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2020;(4):5-21. (In Russ.)Колчунов Вл.И., Михайлов М.М., Демьянов А.И. Статико-динамическое деформирование сжатого бетона в неопределимой железобетонной раме при изгибе с кручением // Известия вузов. Строительство. 2020. № 4. С. 5-21.Kolchunov V.I., Yakovenko I.A., Tugay T.V. Method for calculating the stiffness of plane-stressed reinforced concrete structures using the Lira-Pro software package. Collection of Scientific Papers (Series of Industrial Engineering, Construction). 2014;3(2):55-66. (In Russ.)Колчунов В.И., Яковенко И.А., Тугай Т.В. Методика расчета жесткости плосконапряженных железобетонных конструкций с привлечением программного комплекса «Лира-Pro» // Сборник научных трудов (Серия: Отраслевое машиностроение, строительство). Полтава: ПолтНТУ, 2014. Вып. 3 (42). Т. 2. С. 55-66.