Розрахунок та конструювання залізобетонних елементів на крутіння: нормативні підходи та практичні особливості
DOI:
https://doi.org/10.32347/2522-4182.18.2026.33-42Ключові слова:
крутний момент, спіральні тріщини, депланаціяАнотація
У статті розглянуто сучасні нормативні та практичні підходи до розрахунку і конструювання залізобетонних елементів на крутіння відповідно до вимог ДБН В.2.6-98:2009 та ДСТУ Б В.2.6-156:2010. Висвітлено фізичну природу крутіння як складного просторового напружено-деформованого стану, що супроводжується виникненням головних розтягувальних і стискальних напружень, орієнтованих під кутом до поздовжньої осі елемента. Проаналізовано особливості роботи залізобетону при дії крутних моментів, механізм утворення просторових похилих тріщин та причини зниження несучої здатності елементів у порівнянні з роботою на згин. Показано, що крутіння у більшості випадків діє сумісно із згином та поперечною силою, що суттєво ускладнює розрахунок і вимагає врахування взаємодії внутрішніх зусиль.
У роботі наведено класифікацію крутіння на первинне (рівноважне) та вторинне (від сумісності деформацій), визначено принципові відмінності між ними та особливості врахування в інженерній практиці. Розглянуто випадки, коли розрахунок на крутіння є обов’язковим, а також ситуації, у яких допускається обмеження конструктивним армуванням без детальної перевірки несучої здатності.
Детально висвітлено деформаційну модель просторової ферми та концепцію еквівалентного тонкостінного замкненого перерізу, які лежать в основі сучасних нормативних методик розрахунку. Описано принцип визначення дотичних напружень у стінках еквівалентного перерізу, механізм роботи бетонних стиснутих розкосів та роль поперечної і поздовжньої арматури у сприйнятті розтягувальних зусиль. Наведено критерії перевірки граничних станів, зокрема умови недопущення роздавлювання бетонних розкосів, а також особливості вибору кута нахилу стиснутих елементів просторової ферми.
У статті проаналізовано сумісну дію крутіння, поперечної сили та згину, наведено умови суперпозиції внутрішніх зусиль і принципи сумарного визначення необхідної площі арматури. Окрему увагу приділено конструктивним вимогам до армування елементів, що працюють на крутіння, зокрема застосуванню замкнених хомутів, рівномірному розміщенню поздовжньої арматури по периметру перерізу та забезпеченню надійного анкерування арматурного каркаса. Розглянуто особливості роботи відкритих тонкостінних перерізів, для яких необхідно враховувати депланацію та додаткові нормальні напруження.
Отримані результати узагальнюють сучасні нормативні підходи до розрахунку залізобетонних елементів на крутіння та можуть бути використані при проєктуванні балок, ригелів, рамних і просторових конструкцій, у яких крутіння є визначальним або супутнім фактором напружено-деформованого стану.
Посилання
Model Code 2010 – First complete draft, Volume 1. Fib Bulletin (55), 318 s. DOI: doi.org/10.35789/fib.BULL.0055
Model Code 2010 – First complete draft, Volume 2. Fib Bulletin (56), 312 s. DOI: doi.org/10.35789/fib.BULL.0056
fib Model Code for Concrete Structures 2010. International Federation for Structural Concrete (fib), р. 402.
DOI:10.1002/9783433604090
Mosley, W. H., Bungey, J. H., & Hulse, R. (2012). Reinforced concrete design to Eurocode 2. CRC Press. p. 448
Toniolo, G., & di Prisco, M.. (2017). Reinforced concrete design to Eurocode 2. Springer. p.836
Bond, A. J. (2018). How to design concrete structures using Eurocode 2. MPA The Concrete Centre. p. 114.
Bernardo, L. F. A., & Lopes, S. M. R. (2008) Behaviour of concrete beams under torsion: NSC plain and hollow beams. Materials and Structures, 41, 1143–1167. DOI: 10.1617/s11527-007-9315-0
Bernardo, L. (2019) Modeling the Full Behavior of Reinforced Concrete Flanged Beams under Torsion. Applied Sciences, 9(13), 2730. https://doi.org/10.3390/app9132730
Bernardo, L. F. A., Taborda, C., & Andrade, J. (2018) Generalized Softened Variable Angle Truss Model for PC Beams under Torsion. International Journal of Concrete Structures and Materials 12(1), Article 62. DOI: 10.1186/s40069-018-0285-0
Deifalla, A., & Ghobarah, A. (2014) Behavior and analysis of inverted T-shaped RC beams under shear and torsion. Engineering Structures, 68, 57–70. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.02.011
Bernardo, L. F. A., & Lopes, S. M. R. (2011) Theoretical behavior of HSC sections under torsion. Engineering Structures, 33, 3702–3714 https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2011.08.007
Ju, H., Lee, D., Kim, J. R., & Kim, K. S. (2020) Maximum torsional reinforcement ratio of reinforced concrete beams. Structures, 23, 481–493. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.09.007
Ibrahim, M. S., Gebreyouhannes, E., Muhdin, A., & Gebre, A. (2020). Effect of concrete cover on the pure torsional behavior of reinforced concrete beams. Engineering Structures, 216, 110790.
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.110790
Salama, A. E., Kassem, M. E., & Mahmoud, A. A. (2018) Torsional behavior of T- shaped reinforced concrete beams with large web openings. Journal of Building Engineering, 18, 84–94.
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2018.02.004
Fang, I.-K., Lin, T.-J., & Chang, J. J.-L. (2012) Behavior of reinforced concrete beams subjected to combined bending, shear and torsion. Journal of the Chinese Institute of Civil and Hydraulic Engineering, 24(2), 135–145.
Ilkhani, M. H., Naderpour, H., & Kheyroddin, A. (2019) A proposed novel approach for torsional strength prediction of RC beams. Journal of Building Engineering, 25, 100810. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100810
Rahal, K. N. (2013) Torsional strength of normal and high strength reinforced concrete beams. Engineering Structures, 56, 2206–2216.
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2013.09.005
Kim, H.-G., Jo, M.-S., Kim, D.-H., Park, J.-H., & Kim, K.-H. (2026) Delay in torsional failure of under-reinforced concrete beams subjected to combined shear, non-uniform bending, and torsion. Journal of Building Engineering, 125, 116168
https://doi.org/10.1016/j.jobe.2026.116168
Tulonen, J., & Laaksonen, A. (2019) Variable compression panel thickness for concrete members under bending and torsion: Experimental study. Engineering Structures, 279, 115606.
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.115606
Fang, I.-Kuang, & Shiau, J.-K. (2004) Torsional Behavior of Normal- and High-Strength Concrete Beams. ACI Structural Journal, 101, 304–313DOI: 10.14359/13090
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Л. Скорук
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами: Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
