Оценка точности различных нормативных методик расчета прочности наклонных сечений железобетонных конструкций на действие поперечных сил

Введение. Механизм разрушения железобетонных конструкций при действии поперечной силы является объектом отечественных и зарубежных исследований на протяжении многих десятилетий. К основным параметрам, влияющим на несущую способность конструкции в рамках данного механизма разрушения, можно отнести: форму и размеры поперечного сечения конструкции, прочностные характеристики бетона и арматуры, величину относительного пролета среза, содержание продольной арматуры растянутой зоны, интенсивность поперечной арматуры. Некорректный учет данных факторов негативно влияет на точность методики расчета железобетонных конструкций по наклонным сечениям при действии поперечных сил.

Цель. Оценка точности методик расчета железобетонных конструкций по наклонным сечениям от действия поперечных сил, представленных в различных нормативных документах.

Материалы и методы. Для оценки точности расчетных методик была собрана база, включающая результаты 1183 лабораторных испытаний железобетонных конструкций, разрушение которых произошло по наклонному сечению. Оценка точности выполняется путем сравнения значения величины предельной поперечной силы, полученной в рамках лабораторных испытаний, и теоретического значения, полученного с помощью рассматриваемой расчетной методики.

Результаты. В работе представлены результаты сравнения значений предельной поперечной силы, полученных в рамках лабораторных испытаний и с помощью рассматриваемых расчетных методик.

Выводы. Сравнительный анализ расчетных методик показал, что в отдельных случаях методика, изложенная в СП 63.13330.2018, имеет меньшую точность, чем методики зарубежных норм. В этой связи задача совершенствования методики расчета железобетонных конструкций по наклонным сечениям, представленной в СП 63.13330.2018, представляется актуальной. Доработка расчетной методики позволит увеличить ее точность и расширить границы применимости.

1. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Москва: Минстрой России; 2018.

2. EN 1992-1-1:2023. Eurocode 2: Design of concrete structures. Part 1–1: General rules and rules for buildings, bridges and civil engineering structures.

3. fib Model Code for Concrete Structures 2020. fib Lausanne: Ernst & Sohn; 2020.

4. Building code requirements for structural concrete and commentary (ACI 318–25). Reported BY ACI committee 318. Farmington Hills, MI: American Concrete Institute; 2025.

5. Cavagnis F., Fernández Ruiz M., Muttoni A. An analysis of the shear-transfer actions in reinforced concrete members without transverse reinforcement based on refined experimental measurements. Structural Concrete, 2015;103:157–173. https://doi.org/10.1002/suco.201700145.

6. Залесов А.С., Климов Ю.А. Прочность железобетонных конструкций при действии поперечных сил. Киев: Будивельник; 1989.

7. Leonhardt F., Walther R. The Stuttgart Shear Tests, 1961. C.&C.A. Library Translation No.lll. London: Cement and Concrete Association; 1964. Available at: https://openlibrary.org/books/OL17289655M/The_Stuttgart_shear_tests_1961.

8. Jin-Keun K., Yon-Dong P. Shear strength of reinforced high strength concrete beam without web reinforcement. Magazine of Concrete Research, 1994;46(166):7–16. https://doi.org/10.1680/macr.1994.46.166.7.

9. Bažant Z., Oh B.H. Crack band theory for fracture of concrete. Materials and Structures, 1983;16:155–177. https://doi.org/10.1007/BF02486267.

10. Bažant Z., Planas J. Fracture and size effect in concrete and other quasibrittle materials. Boca Raton: C.R.C.; 1998. https://doi.org/10.1201/9780203756799.

11. Leonhardt F., Walther R. Schubversuche an einfeldrigen Stahlbetonbalken mit und ohne Schubbewehrung. DAfStb H.151. Berlin; 1962.

12. Польской П.П. Прочность и трещиностойкость наклонных сечений изгибаемых железобетонных элементов при различных видах бетона и формах сечения [диссертация]. Ростов-на-Дону; 1998.

13. Игнатавичюс С. Исследование прочности железобетонных прямоугольных и тавровых балок по наклонному сечению [диссертация]. Вильнюс; 1973.

14. Шеина С.Г. Прочность и трещиностойкость наклонных сечений железобетонных элементов при совместном действии продольных сжимающих и поперечных сил: диссертация [диссертация]. Ростовна-Дону; 1984.

15. Ismai K.S. Shear Behaviour of Reinforced Concrete Deep Beams: Ph.D. Thesis. Sheffield, 2016. Available at: https://etheses.whiterose.ac.uk/id/eprint/12600/.

16. Силантьев А.С. Сопротивление изгибаемых железобетонных элементов по наклонным сечениям с учетом влияния продольного армирования [диссертация]. Москва; 2012.

17. Watstein D., Mathey R.G. Strains in beams having diagonal cracks. ACI Journal Proceedings, 1958;55(6):717–728. https://doi.org/10.14359/11384.

18. de Paiva H.R., Siess C.P. Strength and behavior of deep beams in shear. Journal of the Structural Division, 1965;91(5):19–41. https://doi.org/10.1061/JSDEAG.0001329.

19. Lehwalter N. Bearing Capacity of Concrete Compression Struts in Truss Systems, Exemplified by the Case of Short Beams: PhD thesis. Darmstadt; 1988.

20. Tan K.H., Kong F.K., Teng S., Guan L. High-strength concrete deep beams with effective span and shear span variations. ACI Structural Journal, 1995;92(4):395–405. https://doi.org/10.14359/991.

21. Tan K., Lu H. Shear behavior of large reinforced concrete deep beams and code comparisons. ACI Structural Journal, 1999;96(5):836–845. https://doi.org/10.14359/738.

22. Oh J.-K., Shin S.-W. Shear strength of reinforced high-strength concrete deep beams. ACI Structural Journal, 2001;98(2):164–173.

23. Tan K., Cheng G., Cheong H. Size effect in shear strength of large beams-behavior and finite element modelling. Magazine of Concrete Research, 2005;57(8):497–509. https://doi.org/10.1680/macr.2005.57.8.497.

24. Tan K.-H., Cheng G.-H., Zhang N. Experiment to mitigate size effect on deep beams. Magazine of Concrete Research, 2008;60(10):709–723. https://doi.org/10.1680/macr.2007.00030.

25. Kong F.K., Robins P.J., Cole D.F. Web reinforcement effects on deep beams. ACI Journal Proceedings, 1970;67(12):1010–1017. https://doi.org/10.14359/11247.

26. Subedi N., Vardy A.E., Kubotat N. Reinforced concrete deep beams some test results. Magazine of Concrete Research, 1986;38(137):206–219. https://doi.org/10.1680/macr.1986.38.137.206.

27. Tan K.H., Kong F.K., Teng S., Weng L.W. Effect of web reinforcement on high-strength concrete deep beams. ACI Structural Journal, 1997;94(5):572–581.

28. Foster S.J., Gilbert R.I. Experimental studies on high-strength concrete. Structural Journal, 1998;95(4):382–390. https://doi.org/10.14359/9747.

29. Bentz E.C., Vecchio F.J., Collins M.P. Simplified Modified Compression Field Theory for Calculating Shear Strength of Reinforced Concrete Elements. ACI Structural Journal, 2006;103(4):614–624.

30. Боришанский М.С. Расчет отогнутых стержней и хомутов по стадии разрушения [диссертация]. Москва; 1942.

31. Боришанский М.С. Расчет железобетонных элементов при действии поперечных сил. Москва: Издательство литературы по строительству; 1964, с. 122–143.

32. Гвоздев А.А. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия. Москва: Государственное издательство строительной литературы; 1949.

33. Залесов А.С. Новый метод расчета прочности железобетонных элементов по наклонным сечениям. Расчет и конструирование железобетонных конструкций: труды института. Mосква; 1977;39:16–28.

34. Залесов А.С., Ильин О.Ф. Опыт построения новой теории прочности балок в зоне действия поперечных сил. Новое о прочности железобетона. Москва: Стройиздат; 1977, с. 115–140.

35. Торяник М.С., Митрофанов В.П. Прочность и деформации железобетонных балок, разрушающихся по наклонной трещине // Бетон и железобетон. 1970;(2):39–41.

36. Ильин О.Ф. Исследование железобетонных балок из высокопрочного бетона при действии поперечных сил [диссертация]. Москва; 1973.

37. Бударин А.М., Ушаков О.Ю., Сабитов Л.С. Численное исследование влияния масштабного эффекта на продавливание толстых железобетонных плит // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2025;1(64):72–79. https://doi.org/10.25628/UNIIP.2025.64.1.029.