Оценка и анализ перемещений от изгиба ∆_{𝑓𝑙𝑒𝑥𝑢𝑟𝑒} и сдвига ∆_{𝑠ℎ𝑒𝑎𝑟} железобетонных стен гражданских зданий

Введение. К настоящему времени в отечественной и зарубежной научной литературе накоплен обширный экспериментальный материал по исследованию перемещений и деформаций железобетонных стен при совместном действии горизонтальной Q и вертикальной N нагрузок. Однако отсутствуют обобщающие работы, систематизирующие полученные данные с целью их использования в качестве эмпирического базиса для построения более точных деформационных моделей и инженерных методик расчёта стен, позволяющих дифференцированно оценивать перемещения изгиба ∆_{𝑓𝑙𝑒𝑥𝑢𝑟𝑒} и сдвига ∆_{𝑠ℎ𝑒𝑎𝑟}. Данная статья направлена на решение этой проблемы.

Материалы и методы. Объект исследований — железобетонные стены зданий и сооружений при совместном действии горизонтальной Q и вертикальной N нагрузок. Предмет исследований — перемещения и деформации стен. Материалы — научные статьи зарубежных авторов, посвящённые исследуемому вопросу. Методы — формальная логика (анализ, синтез, индукция, дедукция), графический метод построения схем деформирования, аналитические методы нелинейной строительной механики.

Результаты исследования. При соотношении сторон стены 1,5 < H/B < 2,0 преобладают изгибные перемещения ∆_{𝑓𝑙𝑒𝑥𝑢𝑟𝑒} в структуре общих перемещений ∆, а перемещения горизонтального скольжения ∆_{𝑠𝑙𝑖𝑑} составляют порядка 1 % от ∆, и ими можно пренебречь. Доля перемещений от изгиба ∆_{𝑓𝑙𝑒𝑥𝑢𝑟𝑒} составляет приблизительно 98 % от ∆ на начальных этапах. С увеличением горизонтальной нагрузки Q вклад перемещений ∆_{𝑓𝑙𝑒𝑥𝑢𝑟𝑒} постепенно снижается: до 90 % — в момент появления трещин, до 85 % — при текучести вертикальной арматуры и до 80 % — в стадии разрушения (при выкрашивании сжатого бетона).

При соотношении сторон стены 1,0 < H/B < 1,5 перемещение ∆_{𝑠ℎ𝑒𝑎𝑟} оказывает значительное влияние на общее перемещение ∆: доля ∆_{𝑠ℎ𝑒𝑎𝑟} на начальных этапах нагружения составляет около 22 %, в момент отслоения защитного слоя бетона — 46 %, и достигает 64 % в момент разрушения.

По графикам относительных перемещений стены при соотношении сторон 1,5 < H/B < 2,0 нами выявлено, что в стадии разрушения доля перемещений при изгибе и сдвиге составляет соответственно 88 % и 12 % от общих. Аналогичные графики получены для стен с соотношением сторон 1,0 < H/B < 1,5 и установлено, что перемещение ∆_{𝑠ℎ𝑒𝑎𝑟} оказывает значительное влияние на общее перемещение ∆. Доля ∆_{𝑠ℎ𝑒𝑎𝑟} на начальных этапах нагружения составляет около 22 %, в момент отслоения защитного слоя бетона — 46 % и достигает 64 % в момент разрушения.

Обсуждение и заключение. Метод «Х-диагоналей», реализованный в плоской расчётной схеме, позволяет с высокой точностью выделить из общих перемещений составляющие, вызванные деформациями изгиба и сдвига. Благодаря этому преимуществу, данная схема является перспективным инструментом для дальнейших экспериментальных и теоретических исследований. Причём, на наш взгляд, высота фрагмента стены, в границах которого строятся диагонали, должна быть произвольной — H_i, что позволит сделать данный метод более универсальным. 

Помимо плоской расчётной схемы возможно использование и стержневой. Стержневую расчётную схему стены при известных закономерностях об изменениях жесткостных параметров стержня на концевых участках (в местах образования пластических шарниров) удобно применять в инженерных расчётах каркасных зданий и сооружений на основе метода конечных элементов в том или ином вычислительном комплексе.

1. Радайкин О.В., Хнычева Н.В. Влияние различных факторов на прочность, жесткость и трещиностойкость монолитных железобетонных стен гражданских зданий: классификация факторов, влияние геометрических параметров и соотношения нагрузок. Инженерный вестник Дона. 2024;11. URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n11y2024/9634 (дата обращения 08.06.2025).

2. Schuler H. Flexural and Shear Deformation of Basement-Clamped Reinforced Concrete Shear Walls. Materials. 2024;17(10):2267. https://doi.org/10.3390/ma17102267

3. Schuler H, Meier F, Trost B. Influence of the tension shift effect on the force–displacement curve of reinforced concrete shear walls. Engineering Structures. 2023;274:115144. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.115144

4. Mohamed N, Farghaly AS, Benmokrane B, Neale KW. Flexure and Shear Deformation of GFRP-Reinforced Shear Walls. Journal of Composites for Construction. 2013;18(2). https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000444

5. Massone LM, Orakcal K, Wallace JW. Shear-Flexure Interaction for Structural Walls. In book: SP-236, ACI Special Publication — Deformation Capacity and Shear Strength of Reinforced Concrete Members Under Cyclic Loading. 2006. P. 127–150. URL: https://www.researchgate.net/publication/284079633 (дата обращения 08.06.2025).

6. Mohamed N. Strength and Drift Capacity of Gfrp-Reinforced Concrete Shear Walls. Canada: University of Sherbrooke; 2013. 155 p. URL: https://www.academia.edu/79574653/Strength_and_Drift_Capacity_of_Gfrp_Reinforced_Concrete_Shear_Walls (дата обращения 08.06.2025).

7. Arafa A. Assessment of strength, stiffness and deformation capacity of concrete squat walls reinforced with GFRP Bar. Canada: Sohag University; 2017. 223 p. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.16345.06245

8. Kolozvari KI. Analytical Modeling of Cyclic Shear — Flexure Interaction in Reinforced Concrete Structural Walls. Los Angeles: University of California; 2013. 334 p. URL: https://escholarship.org/uc/item/6sm78634 (дата обращения 08.06.2025).

9. Mergos PE, Beyer K. Modelling shear-flexure interaction in equivalent frame models of slender RC walls. The Structural Design of Tall and Special Buildings. 2013; 23(15):1171–1189. https://doi.org/10.1002/tal.1114

10. Hiraishi H. Evaluation of shear and flexural deformations of flexural type shear walls. Bulletin of the New Zealand National society for Earthquake Engineering. 1984;17(2):135–144. https://doi.org/10.5459/bnzsee.17.2.135-144

11. Beyer K, Dazio A, Priestley MJN. Shear Deformations of Slender Reinforced Concrete Walls under Seismic Loading. ACI Structural Journal. 2011;108(2):167–177. URL: https://www.researchgate.net/publication/286384751 (accessed: 08.06.2025).

12. Mohamed N, Farghaly AS, Benmokrane B, Neale KW. Experimental investigation of concrete shear walls reinforced with glass-fiber-reinforced bars under lateral cyclic loading. Journal of Composites for Construction. 2014;18(3). https://doi.org/10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000393