Теоретичні основи розрахунку залізобетонних елементів при плоскому напруженому стані

Заголовок (англійською): 
Theoretical foundations for design of reinforced concrete under plane stress states
Автор(и): 
Климов Ю.А.
Козак А.А.
Автор(и) (англ): 
Klimov Yu.A.
Kozak A.A.
Ключові слова (укр): 
бетон, стиск, поперечна арматура, теорія пластичності, плоский напружений стан, міцність
Ключові слова (англ): 
concrete, compression, transverse reinforcement, theory of concrete plasticity, plane stress state, strength
Анотація (укр): 
Плоский напружений стан має місце у стінках балок у зоні дії поперечних сил, консолях колон, діафрагмах жорсткості, плитах, оболонках та багатьох інших залізобетонних конструкціях. При розрахунку міцності таких конструкцій використовуються різні, що іноді відрізняються один від одного, теоретичні підходи і методи розрахунку, засновані, в цілому ряді випадків на емпіричних залежностях. У той же час, існують реальні передумови побудови методів розрахунку міцності залізобетонних елементів при плоскому напруженому стані на основі єдиного підходу виходячи з теорії пластичності бетону з врахуванням наявності, положення, інтенсивності, напруженого стану та характеристик міцності арматури. У цій роботі наведено теоретичні основи розрахунку міцності залізобетонних елементів на основі теорії пластичності бетону та розгляду арматури як внутрішнього в'язі, яка обмежує поперечні деформації бетону при стисканні, викликаючи виникнення реактивних стискаючих напружень. Отримані розрахункові залежності для визначення граничних напружень в залізобетонному елементі при осьовому стиску, плоскому напруженому стані стиснення-стиснення, стиснення розтягування при передачі напружень безпосередньо на бетон або через розтягнуту арматуру, які враховують характеристики міцності бетону, вміст, положення і характеристики міцності арматури. Наведено графіки, які дозволяють оцінити вплив наведених факторів на величину граничних стискаючих напружень у бетоні. Розроблений теоретичний підхід поширений на розрахунок міцності стиснутих елементів з армуванням зварними сітками і показано можливість його використання для розрахунку аналогічних елементів з поперечною арматурою, що стримує поперечні деформації бетону, а також трубобетонних елементів.
Анотація (англ): 
The plane stress state occurs in beam walls in the zone of action of shear forces, column consoles, shear walls, slabs, shells and many other reinforced concrete structures. When calculating the strength of such structures, various, sometimes different from each other, theoretical approaches and design methods are used, based, in a number of cases, on empirical dependencies. At the same time, there are real prerequisites for the creation of methods for design the strength of reinforced concrete elements under a plane stress state based on a unified approach based on the theory of concrete plasticity and taking into account the presence, position, intensity, stress state and strength characteristics of the reinforcement. This paper presents the theoretical foundations for design the strength of reinforced concrete elements based on the theory of concrete plasticity and consideration of reinforcement as an internal connection that ultimate transverse deformations of concrete under compression, causing the occurrence of reactive compressive stresses. Calculation dependencies have been obtained for determining the ultimate stresses in a reinforced concrete element under axial compression, plane stress state compression-compression, compression-tension when stresses are transferred directly to concrete or through stretched reinforcement, which take into account the strength characteristics of concrete, content, position and strength characteristics of reinforcement. The graphs are given that allow to estimate the influence of the listed factors on the value of ultimate compressive stresses in concrete. The developed theoretical approach is extended to the design of the strength of compressed elements with welded mesh reinforcement and the possibility of its use for the design of similar elements with confinement reinforcement, as well as pipe-concrete elements, is shown.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2025, номер 114
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2025, number 114
Мова статті: 
English
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
33-114_klimov_yu._kozak_a.pdf
Дата публікації: 
05 Июнь 2025
Номер збірника: 
114
Університет автора: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
References: 
 
  1. Štefan Gramblička, Peter Veróny Transverse Reinforcement in Reinforced Concrete Columns, SSP – Journal of Civil Engineering Vol. 8, Issue 2, 2013, pp.41-50.
  2. B. Kusuma , Tavio, P. Suprobo Axial Load Behavior of Concrete Columns with Welded Fabric as Transverse Reinforcement, The Twelfth East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction, Procedia Engineering 14 (2011, pp. 2039–2047.
  3. Ahmed M. El-Kholy, Hany A. Dahish Improved confinement of reinforced concrete columns Ain Shams Engineering Journal, 7, 2016 pp. 717-728.
  4. Saatcioglu M, Grira M. Confinement of reinforced concrete columns with welded reinforcement girds. ACI Struct Journal, 1999, 96 (1), pp.29-39.
  5. Razvi SR, Saatcioglu M. Confinement of reinforced concrete columns with welded wire fabric. ACI Struct Journal, 1989;86(5), pp. 615–23.
  6. Damodaran Chitra, M., & Rugmini, B. K. Performance of concrete column using welded wire mesh as lateral ties subjected to lateral loading. Practice Periodical on Structural Design and Construction, 27, 2022, pp.1–9.
  7. E.Choi, S.Park, B.Cho, D.Hui Lateral reinforcement of welded SMA rings for reinforced concrete columns, Journal of Alloys and Compounds, vol. 577S, 2013, pp. pp.756-759.
  8. M. Saatcioglu and M. Grira, Confinement of Reinforced Concrete Columns with Welded Reinforcement Grids, ACI Structural Journal, vol. 96, no. 1, 1999, pp. 29-39.
  9. Morteza Bastami, Ahmad Elmi Mousavi, Mostafa Abbasnejadfard Evaluation of Mechanical Characteristics of High-Strength Reinforced Concrete Columns with Hexagonal Chicken Wire Mesh Under Cyclic Loading International Journal of Concrete Structures and Materials, 2022, pp.1-14.
  10. Tavio; Kusuma, B.; and Suprobo, P. “Experimental Behavior of Concrete Columns Confined by Welded Wire Fabric as Transverse Reinforcement under Axial Compression,” ACI Structural Journal, 109(3), 2012, pp. 339-348.
  11. Min-Jun Kim, Bum-Sik Lee, Dong-Hwan Kim, Sang-Pil Han, Kil-Hee Kim Effect of Configuration and Yield Strength of Transverse Reinforcement on Lateral Confinement of RC Columns Applied Sciences, 11, 6696, 2021, pp.1-17.
  12. Wang, Q.; Zhoo, G.; Lin, L. Effect of axial load ratio and stirrups volume ratio on ductility of high-strength concrete columns, Spec. Publ. 1994, 149, 433–448.
  13. Kim, M.J.; Kim, D.H.; Kim, D.H.; Kim, S.W.; Lee, J.Y.; Kim, K.H. Evaluation of flexural performance of RC columns according to configuration of transverse reinforcement. J. Archit. Inst. Korea Struct. Constr. 2012, 28, pp.3–10.
  14. Ahmed M. EL-Kholy, Samar Abd El-Mola, Magdy A. Abd El-Aziz, Ayman A. Shaheen Effectiveness of Combined Confinement with Metal Mesh and Ties for Preloaded and Post-Heated RC Short Columns Arabian Journal for Science and Engineering, Volume 43, 2017, pp. 1875-1891.
  15. A. M. Tarabia and H. F. Albakry. Strengthening of RC columns by steel angles and strips. Alexandria Engineering Journal, 53(3), 2014, pp.615–626.
  16. Hyeong-Gook Kim, Chan-Yu Jeong, Dong-Hwan Kim and Kil-Hee Kim Confinement Effect of Reinforced Concrete Columns with Rectangular and Octagon-Shaped Spirals Sustainability 2020, 12, 7981, pp.1-10.
  17. E. M. Atia, M. A. Alkersh, A. M. Hilal, M. Abdelrazik Confinement of Reinforced Concrete Columns Using Shape Memory Alooy Plstes International Journal of Scientific & Engineering Research Volume 9, Issue 10, October-2018, pp.824-828.
  18. Sayan Sirimontree, Suraparb Keawsawasvong, Chanachai Thongchom Reinforced Concrete Columns Confined with Prestressed Steel Straps under Axial Loading ournal of Applied Science and Engineering, Vol. 24, No 3, 2020, pp. 401-406.
  19. Domingo Sfer, Ignacio Carol, Ravinga Gettu, Guillermo Etse Study of Behavior of Concrete under Triaxial Compression Journal of Engineering Mechanics, February 2022, pp.156-163.
  20. Chenghuan Lin, Jikai Zhou Equivalent confining stress-based strength model for concrete under triaxial compression Construction and Building Materials, Volume 372, 2023 p.130812.
  21. Mohammand Mohsen, Wu Yu-Fei Triaxial test for concrete under non-uniform passive confinement Construction and Building Materials, Volume 138, 2017 pp.455-468.
  22. Radoslav Sovjáka, Filip Vogela, Birgit Beckmann Triaxial Compressive Strength of Ultra High-Performance concrete Acta Polytechnica 53(6):901–905, 2013, pp.901-905.
  23. J. Lu, G. Lin, Z. Wang, S. Xiao Reduction of compressive strength of concrete due to triaxial compressive loading history, Magazine of Concrete Research, 55, 2003, pp.1-11
  24. Jiafei Jiang, Pingcheng Xiao, Benben Li A Novel Triaxial Test System for Concrete under Passive Confinement Journal of Testing and Evaluation, Volume 13, Issue 3, 2018, pp.913-923.
  25. Benny Kusuma Study of minimum requirements of confinement in concrete columns confined with WRG in moment resisting frames Annual Conference on Computer Science and Engineering Technology (AC2SET), 2020, pp.1-9.
  26. Bing Li and R. Park Confining Reinforcement for High-Strength Concrete Columns ACI Structural Journal/May-June 2004, pp.314-324.
  27. P. Paultre, F. Legeron, Confinement Reinforcement Design for Reinforced Concrete Columns,” ASCE J Journal of Structural Engineering, vol. 134, no. 5, 2008, pp. 738-749.
  28. J. B. Mander et al., Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete Journal of Structural Engineering, vol. 114, no. 8, 1988, pp. 1804-1825.
  29. N. Subramanian Design of confinement reinforcement for RC columns The Indian Concrete Journal, 2011, pp.1-9.
  30. EN 1992-1-1:2023 Eurocode 2 -Design of concrete structures – Part-1-1 General rules and rules for building? Bridges and civil engineering structures, 402 p.
  31. Geniev G.A., Kissyuk V.N., Tyupin G.A. Teoriya plastichnosti 6erona i zhelezobetona. — M.: Stroyizdat, 1974, 3I6 p. – Rus.
  32. J. Klimov The calculation of reinforced construction strength based on theory of plasticity of reinforced concrete Computational plasticity. Fundamentals and Applications, Part 2.- Barcelona, Spain, 1997, pp.1528-1530.
  33. Klimov Yu.A., Piskun R.A. Rozrakhunok trubobetonnykh elementiv pry tsentralnomu stysku Budivelni konstruktsii. Mizhvidomchyi naukovo-tekhnichnyi zbirnyk, vyp.52.- NDIBK, Kyiv, 2000. - рр.101 -108 -Ukr