vestnikcstroyВестник НИЦ «Строительство»Bulletin of Science and Research Center of Construction2224-94942782-3938АО «НИЦ «Строительство»10.37538/2224-9494-2025-3(46)-62-74IYVTTRvestnikcstroy-554Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING CONSTRUCTIONS, BUILDINGS AND STRUCTURESОпределение критического значения частоты собственных колебаний и модуля деформации железобетонных строительных конструкций для динамического мониторингаCalculating the critical value of the natural frequency and deformation modulus of reinforced concrete structures for dynamic monitoringКоротковВ. А.KorotkovV. A.

Владимир Анатольевич Коротков, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник отдела надежности строительных конструкций, ФБУ «НТЦ ЯРБ», Москва

ул. Малая Красносельская, д. 2/8, к. 5, г. Москва, 107140, Российская Федерация

e-mail: korotkov@secnrs.ru 

Vladimir A. Korotkov, Cand. Sci. (Engineering), Leading Researcher of the Construction Reliability Division, Scientific and Engineering Centre for Nuclear and Radiation Safety, Moscow

Malaya Krasnoselskaya str., 2/8, bld. 5, Moscow, 107140, Russian Federation

e-mail: korotkov@secnrs.ru 

РодинП. А.RodinP. A.

Павел Александрович Родин*, научный сотрудник отдела надежности строительных конструкций, ФБУ «НТЦ ЯРБ», Москва

ул. Малая Красносельская, д. 2/8, к. 5, г. Москва, 107140, Российская Федерация

e-mail: prodin@secnrs.ru 

Pavel A. Rodin*, Researcher of the Construction Reliability Division, Scientific and Engineering Centre for Nuclear and Radiation Safety, Moscow

Malaya Krasnoselskaya str., 2/8, bld. 5, Moscow, 107140, Russian Federation

e-mail: prodin@secnrs.ru 

Федеральное бюджетное учреждение «Научно-технический центр по ядерной и радиационной безопасности» (ФБУ «НТЦ ЯРБ)»РоссияScientific and Engineering Centre for Nuclear and Radiation Safety (SEC NRS)Russian Federation2025220920254636274Copyright © Коротков В.А., Родин П.А., 20252025Коротков В.А., Родин П.А.Korotkov V.A., Rodin P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.cstroy.ru/jour/article/view/554Введение

Введение. Статья является продолжением работ по учету в анализе с помощью вибродиагностики динамических характеристик строительных конструкций зданий, содержащих трещины в бетоне. Разработанные ранее авторами методики позволили сделать оценку ослабления жесткости и уменьшения частоты собственных колебаний в элементах строительных конструкций, а далее определить критическое значение частоты и соответствующего модуля деформации, по достижении которых дальнейшая эксплуатация здания невозможна. Дано описание оригинального подхода определения критического значения частоты собственных колебаний и соответствующего модуля деформации бетона.

Цель

Цель. Определение критической частоты собственных колебаний фрагмента здания (перекрытие/стена), по достижении которой дальнейшая эксплуатация здания невозможна.

Материалы и методы

Материалы и методы. На конкретных примерах получены значения критической частоты собственных колебаний и соответствующее значение модуля деформации перекрытия и стены. Рассмотрено влияние комбинированных граничных условий (сочетание шарнирных опор и жесткой заделки) на частоты собственных колебаний различных строительных конструкций.

Результаты

Результаты. Полученные результаты расчетов с учетом вибродиагностики для перекрытия характеризуются запасом прочности и несущей способности, а для стены прочность обеспечена, но запас по несущей способности незначительный.

Выводы

Выводы. Преимуществом предлагаемого подхода, по сравнению с изложенным в методике МЧС, является расчет критического значения частоты собственных колебаний и модуля деформации бетона строительных конструкций зданий.

Introduction

Introduction. This ongoing study considers the dynamic characteristics of building structures with cracks in concrete when monitoring using vibration diagnostics. Previously developed methods provided an assessment of the reduction in stiffness and natural frequency in structural elements. Critical values of frequency and corresponding deformation modulus were then determined; when reached, further operation of the building would be impossible. An original approach to determining the critical value of the natural frequency and the corresponding deformation modulus of concrete is described.

Aim

Aim. To determine the critical natural frequency of a building section (floor/wall), beyond which the building can no longer be exploited.

Materials and methods

Materials and methods. Values of the critical natural frequency and the corresponding value of the deformation modulus of the slab and wall were obtained using examples. The impact of combined boundary conditions, i.e., the combination of hinged supports and rigid fixing, on the natural frequencies of various building structures is examined.

Results

Results. The obtained calculation results, with regard to vibration diagnostics, indicate a margin of strength and load-bearing capacity for the slab, while the wall has sufficient strength, albeit with an insignificant margin of load-bearing capacity.

Conclusions

Conclusions. Compared to the approach outlined in the EMERCOM methodology, the proposed method is advantageous in calculating the critical value of the natural frequency and the deformation modulus of concrete in building structures.

вибродиагностикачастота собственных колебаниймодальный методмодуль деформации бетонамодуль деформации стальной арматурыдинамический мониторингжесткое защемлениешарнирное опираниекомбинированные граничные условияvibration diagnosticsnatural frequencymodal methodconcrete deformation modulussteel reinforcement deformation modulusdynamic monitoringrigid fixinghinged supportcombined boundary conditionsReferencesГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. Москва: Стандартинформ; 2015.State Standard 27751-2014. Reliability for constructions and foundations. General principles. Moscow: Standartinform Publ.; 2015. (In Russian).ГОСТ Р ИСО 2394-2016. Конструкции строительные. Основные принципы надежности. Москва: Стандартинформ; 2016.State Standard R ISO 2394-2016. Building constructions. General principles on reliability. Moscow: Standartinform Publ.; 2016. (In Russian).EN 1990:2002+A1. Eurocode – Basis of structural design [internet]. Brussels : Management Centre; 2002. Available at: https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1990.2002.pdf.EN 1990:2002+A1. Eurocode – Basis of structural design [internet]. Brussels : Management Centre; 2002. Available at: https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1990.2002.pdf.СП 385.1325800.2018. Защита зданий и сооружений от прогрессирующего обрушения. Правила проектирования. Основные положения. Москва: Стандартинформ; 2018.SP 385.1325800.2018. Protection of buildings and structures against progressive collapse. Design code. Basic statements. Moscow: Standartinform Publ.; 2018. (In Russian).СП 296.1325800.2017. Здания и сооружения. Особые воздействия (с Изменением N 1) [интернет]. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/555600219 (дата обращения: 09.03.2025).SP 296.1325800.2017. Buildings and structures. Accidental actions (with Amendment No. 1) [internet]. Available at: https://docs.cntd. ru/document /555600219 (accessed 09 March 2025). (In Russian).<i>Zhi X., Li W., Fan F.,</i> [et al.]. Influence of initial geometric imperfection on static stability of single-layer reticulated shell structure. Spatial Structures. 2021;27:7. (In Chinese). https://doi.org/10.13849/j.issn.1006-6578.2021.01.009.<i>Zhi X., Li W., Fan F.,</i> [et al.]. Influence of initial geometric imperfection on static stability of single-layer reticulated shell structure. Spatial Structures. 2021;27:7. (In Chinese). https://doi.org/10.13849/j.issn.1006-6578.2021.01.009.<i>Li H., Wang C., Han J.</i> Research on Effect of Random Initial Imperfections on Bearing Capacity of Single-Layer Spherical Reticulated Shell. Industrial Construction. 2018;48:23–27. (In Chinese).<i>Li H., Wang C., Han J.</i> Research on Effect of Random Initial Imperfections on Bearing Capacity of Single-Layer Spherical Reticulated Shell. Industrial Construction. 2018;48:23–27. (In Chinese).<i>Liu H., Zhang W., Yuan H.</i> Structural stability analysis of single-layer reticulated shells with stochastic imperfections. Engineering Structures. 2016;124:473–479. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.06.046.<i>Liu H., Zhang W., Yuan H.</i> Structural stability analysis of single-layer reticulated shells with stochastic imperfections. Engineering Structures. 2016;124:473–479. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.06.046.<i>Xin T., Zhao J., Cui C., Duan Y.</i> A non probabilistic time variant method for structural reliability analysis. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part O: Journal of Risk and Reliability. 2020;234(5):664–675. https://doi.org/10.1177/1748006X20928196.<i>Xin T., Zhao J., Cui C., Duan Y.</i> A non probabilistic time_variant method for structural reliability analysis. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part O: Journal of Risk and Reliability. 2020;234(5):664–675. https://doi.org/10.1177/1748006X20928196.<i>Yang M., Zhang D., Han X.</i> New efficient and robust method for structural reliability analysis and its application in reliability_based design optimization. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2020;366:113018. https://doi.org/10.1016/j.cma.2020.113018.<i>Yang M., Zhang D., Han X.</i> New efficient and robust method for structural reliability analysis and its application in reliability_based design optimization. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 2020;366:113018. https://doi.org/10.1016/j.cma.2020.113018.<i>Fu X., Li H.-N., Li G., Dong Z.-Q., Zhao M.</i> Failure Analysis of a Transmission Line Considering the Joint Probability Distribution of Wind Speed and Rain Intensity. Engineering Structures. 2021;233:111913. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.111913.<i>Fu X., Li H.-N., Li G., Dong Z.-Q., Zhao M.</i> Failure Analysis of a Transmission Line Considering the Joint Probability Distribution of Wind Speed and Rain Intensity. Engineering Structures. 2021;233:111913. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.111913.<i>Fu X., Wang J., Li H.-N., Li J.-X., Yang L.-D.</i> Full-scale Test and its Numerical Simulation of a Transmission tower under Extreme Wind Loads. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2019;190:119–133. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2019.04.011.<i>Fu X., Wang J., Li H.-N., Li J.-X., Yang L.-D.</i> Full-scale Test and its Numerical Simulation of a Transmission tower under Extreme Wind Loads. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2019;190:119–133. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2019.04.011.Постановление Правительства РФ № 914 от 20 мая 2022 года «О внесении изменений в постановление Правительства Российской Федерации от 28 мая 2021 г. № 815 [интернет]. Режим доступа: http://government.ru/docs/all/141098.RF Government Resolution No. 914 from May 20, 2022 "On Amendments to the Decree of the Government of the Russian Federation of May 28, 2021 No. 815 [internet]. Available at: http://government.ru/docs/all/141098/. (In Russian).Постановление Правительства РФ от 28 мая 2021 г. № 815 "Об утверждении перечня национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», и о признании утратившим силу постановления Правительства Российской Федерации от 4 июля 2020 г. № 985" [интернет]. Режим доступа: http://government.ru/docs/all/134485.RF Government Resolution of May 28, 2021 No. 815 "On approval of the list of national standards and codes of practice (parts of such standards and codes of practice), the application of which makes it mandatory to ensure compliance with the requirements of the Federal Law "Technical Regulations on the Safety of Buildings and Structures", and on recognizing as invalid RF Government Resolution No. 985 of July 4, 2020" [internet]. Available at: http://government.ru/docs/all/134485/. (In Russian).СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия (с Изменениями № 1–4). Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* [интернет]. Режим доступа: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=9&documentId=470938.SP 20.13330.2016. Loads and actions. Updated version of SNiP 2.01.07-85* (with Amendments No. 1–4) [internet]. Available at: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=9&documentId=470938. (In Russian).СП 28.13330.2017. Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03 (с Изменениями № 1–3) 11-85 [интернет]. Режим доступа: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=9&documentId=479525.SP 28.13330.2017. Protection against corrosion of construction. Updated version of SNiP 2.03.11-85 (with Amendments No. 1–3) [internet]. Available at: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=9&documentId=479525. (In Russian).СП 131.13330.2020. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* (с Изменением № 1) [интернет]. Режим доступа: https://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&baseC=101&RegNum=54&DocOnPageCount=15&page=5&id=239682.SP 131.13330.2020. Building climatology. Updated version of SNiP 23-01-99* (with Amendment No. 1) [internet]. Available at: https://protect.gost.ru/document.aspx?control=7&baseC=101&RegNum=54&DocOn-PageCount=15&page=5&id=239682. (In Russian).СП 59.13330.2020. Доступность зданий и сооружений для маломобильных групп населения. Актуализированная редакция СНиП 35-01-2001 (с изменением № 1) [интернет]. Режим доступа: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=9&documentId=491916.SP 59.13330.2020. Accessibility of buildings and structures for persons with reduced mobility. Updated version of SNiP 35-01-2001 (with Amendment No. 1) [internet]. Available at: https://normativ.kontur.ru/document?moduleId=9&documentId=491916. (In Russian).<i>Крупенина Д.С.</i> Надежность строительных конструкций на этапе проектирования. Молодой ученый. 2020;(14):93–94.<i>Krupenina D.S.</i> Reliability of building structures at the design stage. Young scientist. 2020;(14):93–94. (In Russian).<i>Бармотин А.А., Дмитренко Е.А., Волков А.С., Машталер С.Н., Недорезов А.В., Казак К.А., Севостьянов Н.А.</i> Информационное моделирование при выполнении обследования зданий. Современное промышленное и гражданское строительство. 2024;20(2):93–109.<i>Barmotin A.A., Dmitrenko E.A., Volkov A.S., Mashtaler S.N., Nedorezov A.V., Kazak K.A., Sevost'yanov N.A.</i> Information modeling in the performance of building inspection. Modern Industrial and Civil Construction. 2024;20(2):93–109. (In Russian).<i>Долганов А.В.</i> Оптимизация железобетонных сооружений и конструкций по критерию надежности [диссертация]. Москва; 2000.<i>Dolganov A.V.</i> Optimization of reinforced concrete structures and constructions by the reliability criterion [dissertation]. Moscow; 2000. (In Russian).<i>Rui X., Ji K., Li L., McClure G.</i> Dynamic Response of Overhead Transmission Lines with Eccentric Ice Deposits Following Shock Loads. IEEE Transactions on Power Delivery. 2017;32(3):1287–1294. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2015.2501029.<i>Rui X., Ji K., Li L., McClure G.</i> Dynamic Response of Overhead Transmission Lines with Eccentric Ice Deposits Following Shock Loads. IEEE Transactions on Power Delivery. 2017;32(3):1287–1294. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2015.2501029.<i>Сенькин Н.А., Филимонов А.С. </i>Взаимодействие конструктивных элементов в линейной цепи воздушной линии электропередачи. Жилищное строительство. 2024;(1-2):101–108. https://doi.org/10.31659/0044-4472-2024-1-2-101-108.<i>Senkin N.A., Filimonov A.S.</i> Interaction of Structural Elements in the Overhead Transmission Power Line. Zhilishchnoe Stroitel'stvo. 2024;(1-2):101–108. (In Russian). https://doi.org/10.31659/0044-4472-2024-1-2-101-108.<i>Ведяков И.И., Еремеев П.Г., Одесский П.Д., Попов Н.А., Соловьев Д.В.</i> Расчет строительных конструкций на прогрессирующее обрушение: нормативные требования. Промышленное и гражданское строительство. 2019;(4):16–24. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2019.04.16-24.<i>Vedyakov I.I., Eremeev P.G., Odesskiy P.D., Popov N.A., Soloviev D.V.</i> Regulatory Requirements For The Design Of Building Structures For Progressive Collapse. Industrial and civil engineering. 2019;(4):16–24. (In Russian). https://doi.org/10.33622/0869-7019.2019.04.16-24.<i>Adam J.M., Parisi F., Sagaseta J., Lu X.</i> Research and practice on progressive collapse and robust ness of building structures in the 21st century. Engineering Structures. 2018;173:122–149. https://doi.org/10.1016/J.ENGSTRUCT.2018.06.082.<i>Adam J.M., Parisi F., Sagaseta J., Lu X.</i> Research and practice on progressive collapse and robust ness of building structures in the 21st century. Engineering Structures. 2018;173:122–149. https://doi.org/10.1016/J.ENGSTRUCT.2018.06.082.<i>Zheng L., Wang W., Li H.</i> Progressive collapse resistance of composite frame with concrete-filled steel tubular column under a penultimate column removal scenario. Journal of Constructional Steel Research. 2022;189:107085. https://doi.org/10.1016/J.JCSR.2021.107085.<i>Zheng L., Wang W., Li H.</i> Progressive collapse resistance of composite frame with concrete-filled steel tubular column under a penultimate column removal scenario. Journal of Constructional Steel Research. 2022;189:107085. https://doi.org/10.1016/J.JCSR.2021.107085.<i>Перельмутер А.В., Криксунов Э.З., Мосина Н.В.</i> Реализация расчета монолитных жилых зданий на прогрессирующее (лавинообразное) обрушение в среде вычислительного комплекса «SCAD Office». Инженерно-строительный журнал. 2009;(2):13–18.<i>Perelmuter A.V., Kriksunov E.Z., Mosina N.V.</i> Implementation of calculation of monolithic residential buildings for progressive (avalanche) collapse in the environment of the computing complex "SCAD Office". Journal of Civil Engineering. 2009;(2):13–18. (In Russian).<i>Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Цепляев М.Н., Мущанов А.В.</i>. Комплексный подход к оценке надежности пространственных металлических конструкций. Строительство: наука и образование. 2024;14(1):6–23. https://doi.org/10.22227/2305-5502.2024.1.1.<i>Muschanov V.F., Orzhekhovsky A.N., Tseplyaev M.N., Muschanov A.V.</i> An integrated approach to reliability assessment of spatial metal structures. Construction: Science and Education. 2024;14(1):6–23. (In Russian). https://doi.org/10.22227/2305-5502.2024.1.1.<i>Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Кащенко М.П., Зубенко А.В.</i> Надежность пространственных стержневых конструкций усеченных большепролетных куполов. Металлические конструкции. 2023;29(1):47–61.<i>Muschanov V.F., Orzhekhovsky A.N., Kashchenko M.P., Zubenko A.V.</i> Reliability of spatial rod structures of truncated large-span domes. Metal Constructions. 2023;29(1):47–61. (In Russian).<i>Мущанов В.Ф., Оржеховский А.Н., Мущанов А.В., Цепляев М.Н.</i> Надежность пространственных стержневых металлических конструкций высокого уровня ответственности. Вестник МГСУ. 2024;19(5):763–777. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.5.763-777.<i>Mushchanov V.F., Orzhekhovskiy A.N., Mushchanov A.V., Tseplyaev M.N.</i> Reliability of spatial rod metal structures of high level of responsibility. Vestnik MGSU. 2024;19(5):763–777. (In Russian). https://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.5.763-777.<i>Миронов А.Н., Смирнова Н.С., Оленич Е.Н., Мущанов А.В.</i> Натурное освидетельствование арочных металлических конструкций покрытия спорткомплекса «Ильичевец», г. Мариуполь. Металлические конструкции. 2023;29(3):153–166.<i>Mironov A.N., Smirnova N.S., Olenich E.N., Mushchanov A.V.</i> Full-Scale Inspection of Arched Metal Structures Covering the Ilyichevets Sports Complex, Mariupol. Metal Constructions. 2023;29(3):153–166. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.