Determination of the load-bearing capacity of reinforced concrete columns
DOI:
https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2025-14(24)-46Keywords:
load-bearing capacity, non-destructive testing, calculation, compression, reinforced concrete column, equilibrium formAbstract
Reinforced concrete structures, when properly maintained, are reliable and retain their original (design) characteristics throughout the entire life of the building. Even after dismantling, they can be reused, provided that their load-bearing capacity has been verified beforehand. The load-bearing capacity of existing building structures must also be determined during the reconstruction of buildings and structures, their superstructure, changes in the structural design, increases in payload due to the modernization of technological processes, changes in the purpose of the facility, for quality control of the completed building structure, etc.
The aim of the study is to develop an algorithm for calculating the load-bearing capacity of reinforced concrete columns operating with random eccentricities, based on a deformation model.
Reinforced concrete columns are considered as eccentrically compressed elements with random or calculated eccentricities, operating according to the first or second form of equilibrium.
The paper presents cross-section diagrams, deformation distribution, stress diagrams, and formulas for determining the load-bearing capacity of reinforced concrete columns under various possible conditions of compressive force application and corresponding deformations in the cross-sections of eccentrically compressed elements. An algorithm has been developed for calculating the stability of reinforced concrete columns operating with random eccentricities. All initial data are obtained as a result of instrumental inspection of existing structures, using normative literature. The load-bearing capacity of the reinforced concrete column on the first floor of a public building scheduled for reconstruction with the addition of a third floor was determined using a specially developed algorithm. This value is compared with the calculated compressive load according to the reconstruction project, and a conclusion is made about the adequacy of the load-bearing capacity or the need to reinforce the column.
Downloads
References
1. Baloch W.L., Siad H., Lachemi M., Sahmaran M. 12 - Modern assessment techniques to evaluate concrete repairs. Eco-Efficient Repair and Rehabilitation of Concrete Infrastr. (Second Edition), 2024, 327-348. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-13470-8.00010-1
2. Bao X., Li B. Residual strength of blast damaged reinforced concrete columns. Int. Journ. of Impact Eng., 2010, 37(3), 295-308. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.04.003
3. Habib, A., Yildirim, U., Eren, O. Column repair and strengthening using RC jacketing: a brief state-of-the-art review. Innov. Infrastruct. Solut., 2020, 5, 75. https://doi.org/10.1007/s41062-020-00329-4
4. Ye-Eun Kim et al. Proposing Improvements for Blast Resistance Performance of Reinforced Concrete Columns Based on Strength and Ductility Analysis. Journal of the Korea Concrete Institute, 2024, 36(4), 337-345. https://doi.org/10.4334/JKCI.2024.36.4.337
5. Krainskyi P, Blikharskiy Z, Khmil R. Experimental Investigation of Reinforced Concrete Columns Strengthened By Jacketing. JMEST, 2015, 2(7), 1959-1963. https://www.jmest.org/wp-content/uploads/JMESTN42350952.pdf
6. Krantovska O., Ksonshkevych L., Synii S. et al. Modeling of the stress-strain state of a continuous reinforced concrete beam in ANSYS mechanical. AIP Conf. Proc., 2023, 2684(1), 030021. https://doi.org/10.1063/5.0142710
7. Ksonshkevych L. M., Krantovska O. M., Synii S. V. et al. Ensuring the functioning of engineering, transport networks thanks to the strengthening of damaged reinforced concrete columns of their structures. Modern technologies and methods of calculations in construction, 2024, 22. 80-88. https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2024-12(22)-08
8. Mostafa Osman, Ata El-Kareim Shoeib Soliman Behavior of confined column under different techniques. World Academy of Science, Engineering and Technology.2014. http://doi.org/10.5281/zenodo.1099456
9. Pan J. L., Gu J., Chen J. H. Theoretical modeling of steel reinforced ECC column under eccentric compressive loading. Science China Technological Sciences. 2015. Vol.58 (5): Р. 889-898. doi.org/10.1007/s11431-015-5798-z
10. Sezen, Halil, Setzler, Eric J. Reinforcement Slip in Reinforced Concrete Columns. ACI Structural Journal; Farmington Hills.2008. Р. 280-289. https://search.proquest.com/openview/755b82f7f2cf923a8050f576dcc5efbf/1?pq-origsite=gscholar&cbl=36963
11. Shi Y., Stewart M. G. Spatial reliability analysis of explosive blast load damage to reinforced concrete columns. Structural Safety, 2015, 53, 13-25. https://doi.org/10.1016/j.strusafe.2014.07.003
12. Tytarenko R., Khmil R., Selejdak J., Blikharskyy Y. Influence analysis of the most common defects and damages on the durability (residual resource) of RC members: a review. LNCE, 2024, 438, 448–455. https://doi.org/10.1007/978-3-031-44955-0_45
13. Bondarskyi O. G., Drobyshynets S. Y., Luchynets S. A. Rotko S. V., Uzhehova О. А. Technical inspection of reinforced concrete structures. Modern technologies and methods of calculations in construction, 2023, 19, 22-32. https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2023-9(19)-03
14. Drobyshynets S. Y., Uzhehova О. А., Bondarskyi O. G., Uzhehov S. O., Rotko S. V., Deneychuk V. E. The results of the inspection of the structures of the extensionto the public building in Lutsk. Modern technologies and methods of calculations in construction, 2024, 22, 57-66. https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2024-12(22)-06
15. Klymenko Ye.V., Antoniuk N. R., Maksiuta E. V. Carrying capacity of damaged reinforced concrete two-tube columns. Bulletin of Odessa State Academy of Civil Engineering and Architecture, 2021, no. 85, page 18-27. http://visnyk-odaba.org.ua/2021-85/85-2.pdf
16. Klymenko Y., Kos Z., Grynyova I., Crnoja A. Damaged reinforced concrete columns of various flexibility: research and calculation. Monograph / // Varaždin, Croatia, 2020. 179 p.
17. Rotko S. V., Uzhehova O. А., Zadoroznikova I. V., Ryabiy O. I. Analysis of the effectiveness of using high-strength concrete in compressed elements of monolithic frame buildings. Modern technologies and methods of calculations in construction, 2024, 22, 191-198. https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2024-12(22)-19
18. Павліков А. М., Гарькава О. В., Бариляк Б. А. Розрахунок несучої здатності залізобетонних колон безбалкових каркасів. Нові технології в будівництві, 2020, 23-29. https://doi.org/10.32782/2664-0406.2020.38.4
19. Ротко С. В., Ужегова О. А., Пасічник Р. В., Гонтар В. О. (2022). Технічне обстеження конструкцій техпідпілля адмінбудівлі у м. Луцьку. Сучасні технології та методи розрахунків у будівництві, 17, 120-130. https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2021-7(17)-16
20. Ужегова О. А., Ужегов С. О., Ротко С. В., Задорожнікова І. В. Розрахунок стиснутих елементів за першою формою рівноваги. Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди, 2016, 32, 274-281. http://nbuv.gov.ua/UJRN/rmkbs_2016_32_39
21. Ужегова О. А., Ужегов С. О., Ротко С. В., Самчук В. П. Розрахунок стиснутих елементів за другою формою рівноваги. Містобудування та територіальне планування, 2016, 61, 432-437. http://nbuv.gov.ua/UJRN/MTP_2016_61_55
22. Мурашко Л. А., Колякова В. М., Сморкалов Д. В. Розрахунок за міцністю перерізів, нормальних та похилих до поздовжньої осі, згинальних залізобетонних елементів за ДБН В.2.6-98:2009: Навчальний посібник – К.: КНУБА, 2012. – 62 с.
23. Практичний розрахунок елементів залізобетонних конструкцій за ДБН В.2.6-98:2009 у порівнянні з розрахунком за СНиП 2.0301-84* і EN 1992-1-1 (Eurocode 2) / В. М. Бабаев, А. М. Бамбура, О. М. Пустовойтов та ін.; за заг. ред. В. С. Шмуклера. – Харків: Золоті сторінки, 2015. – 208 с.
24. ДБН В.2.6-98:2009 Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції. Основні положення. Зі Зміною № 1. https://e-construction.gov.ua/files/new_doc/3080063210573792873/2023-04-13/adb4ca1e-8595-4d35-9b22-a858d85864b4.pdf
25. ДСТУ Б В.2.6.-156: 2010. Конструкції будинків і споруд. Бетонні та залізобетонні конструкції з важкого бетону. Правила проектування. https://www.ksv.biz.ua/GOST/DSTY/dsty_b_v.2.6-156-2010.pdf
26. Eurocode-2: Design of concrete structures. – Part 1-1: General rules and rules for building: EN 1992-1-1. – [Final draft, december, 2004]. – Brussels: CEN, – 2004. – 225 p. https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1992.1.1.2004.pdf
27. ДСТУ 9273:2024 Настанова щодо обстеження будівель і споруд для визначення та оцінювання їхнього технічного стану. Механічний опір та стійкість. https://uscc.ua/uploads/page/images/normativnye%20dokumenty/dstu/dstu_9273_2024.pdf
28. ДБН В.1.2-14:2018 Система забезпечення надійності та безпеки будівельних об’єктів. Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель і споруд. Зі Зміною № 1. https://dreamdim.ua/wp-content/uploads/2018/12/DBN-V1214-2018.pdf
29. ДСТУ Б В.2.7-220:2009 Будівельні матеріали. Бетони. Визначення міцності механічними методами неруйнівного контролю. https://dnaop.com/html/59798/doc-%D0%94%D0%A1%D0%A2%D0%A3_%D0%91_%D0%92.2.7-220_2009
30. ДСТУ Б В.2.7-224:2009 Бетони. Правила контролю міцності. https://dbn.co.ua/load/normativy/dstu/dstu_b_v_2_7_224/5-1-0-1867
31. ДСТУ Б В.2.7-226:2009 Будівельні матеріали. Бетони. Ультразвуковий метод визначення міцності.
https://ultracon.com.ua/images/beton.ultrazvukovoy_metod_opredeleniya_prochnosti.pdf
