Нелинейное исследование отношения железобетонных балок кручению

Реставрация и техническое обслуживание бетонных и железобетонных объектов культурного наследия всегда требуют учета напряжений при кручении в элементах, а также напряжений при растяжении, сжатии и сдвиге. Следует учитывать, что кручение всегда развивается в элементах пространственных конструкций, включая поперечно-ребристые системы, мосты и перекрытия, элементы оболочек и куполов, лестницы и т.д. В данной статье кратко систематизированы основные результаты последних исследований актуальной проблемы жесткости железобетонных элементов на кручение, включая теоретические исследования, экспериментальные исследования и численные исследования. Перераспределение напряжений в элементах статически неопределимых железобетонных конструкций зависит как от жесткости на кручение, так и на изгиб. Однако, в то время как жесткость на изгиб учитывается в практике проектирования, жесткость на кручение не признается инженерами и не используется в строительных стандартах и пакетах программного обеспечения. Целью данной работы является обоснование необходимости учета жесткости железобетонных элементов на кручение в практике проектирования. Они подтверждают, что снижение жесткости при кручении должно учитываться наряду с жесткостью при изгибе на различных этапах эксплуатации бетонных конструкций. Более того, исследование, проведенное для этой статьи, доказало, что изменение модуля сдвига бетона также влияет на прогибаемый режим конструкций и должно учитываться как составляющая жесткости на кручение. Чтобы предоставить инженерам специализированные методы проектирования, они были разработаны для расчета жесткости на кручение железобетонных элементов с нормальными трещинами прямоугольного, треугольного, т-образного сечения, коробчатого сечения и других поперечных сечений. Инженерная билинейная кривая напряжения-деформации сдвига для бетона также была предложена на основе экспериментальных исследований.

Restoration and maintenance of cultural heritage concrete and reinforced objects always require accounting for the torsional stress in the elements, as well as the tensile, compressive and shearing stress. It should be considered, that torsion always develops in the elements of spatial structures, including cross-ribbed systems, bridges and overlaps, elements of shells and domes, stairs, etc. This paper briefly systematizes substantive results of the last studies of an urgent problem of torsional stiffness of reinforced concrete elements, including theoretical investigations, experimental studies and numerical research. Stress redistribution in the statically indeterminate reinforced concrete structures’ elements depends on both torsional and bending stiffness. However, while bending stiffness is considered in the design practice, the torsional stiffness is not aknowledged by engineers, nor used in building standards and software packages. This paper aims to substantiate the necessity of considering the torsional stiffness of reinforced concrete elements in design practice. They certify that reduction of the torsional stiffness must be considered along with the bending stiffness in different stages of behavior of concrete structures. Moreover, the research conducted for this paper proved that a change in the shear modulus of concrete also affects the deflected mode of structures and should be accounted for as the component of torsional stiffness. In order to provide engineers with specialized design techniques, they have been developed for the calculation of torsional stiffness of reinforced concrete elements with normal cracks of rectangular, triangular, t-sections, box-sections, and other cross-sections. The engineering bilinear shear stress-strain curve for concrete has also been proposed on the basis of experimental studies.