Введение. Большое количество строительных конструкций в процессе эксплуатации одновременно воспринимают несколько разных силовых воздействий. Одним из примеров таких воздействий является одновременное действие изгибающего и крутящего моментов. Ригели перекрытий каркасных зданий являются типичными примерами подобных конструкций. На них действуют изгибающие моменты и, при приложении нагрузки с эксцентриситетом, возникает также крутящий момент. Значения величины крутящего момента может достигать до 0,5 части от величины изгибающего момента, что обязывает учитывать сложное напряженное состояние в таким ответственных конструкциях, как: обвязочные ригели наружного контура, ригели дисков перекрытий, криволинейные балки, наклонные арки и др. [1]. При этом, в процессе проектирования и эксплуатации, необходимо тщательно следить за состоянием конструкций, а также оценивать необходимость проведения мероприятий по реконструкции.  В процессе эксплуатации значительная часть зданий различного назначения могут оказаться объектами динамического воздействия. Данный тип воздействий может возникать при авариях, техногенных происшествий, детонации газов, прогрессирующем обрушении здания или части зданий. Вероятность возникновения данного типа особых нагрузок и, вследствие этого, появления динамического воздействия на конструкции, постоянно растет в связи с участившимися случаями различных аварий, что приводит не только к материальным потерям, но и к возможным ранениям и гибелям людей [2]. При проведении капитального ремонта или реконструкции конструкций, испытывающих сложное напряженное состояние, которые были подвержены динамическому нагружению, важно верно оценить, какое воздействие оказало преобладающее влияние на наступление предельного, или близкого к нему, состояния.Анализ различных исследований, как экспериментальных, так и теоретических в области работы конструкций на изгиб с кручением показал, что основная часть научных работ направлена на изучение работы данных конструкций при статическом нагружении [3–7]. Основываясь на этом можно утверждать, что в настоящее время не существует четкого алгоритма расчета конструкций, испытывающих сложное напряженное состояние, позволяющего верно оценить взаимное влияние изгибающего и крутящего моментов при их одновременном действии. В частности, исследований работы эксплуатируемых железобетонных конструкций на изгиб с кручением недостаточно для понимания остаточного запаса по предельным состояниям и необходимости усиления конструкций после воздействия динамических нагрузок. Проанализировав различные литературные источники, можно прийти к выводу, что существует несколько расчетных методик для оценки взаимного влияния изгибающего и крутящего моментов на железобетонные элементы, предложенные авторами, работавшими в данном направлении, при этом можно отметить их существенный недостаток, существующие методики учитывали лишь небольшую часть применяемых на практике конструкций, что вызывает вопросы, насколько повсеместно можно использовать данные методики при проектировании элементов.Материалы и методы. Для корректного анализа работы железобетонных элементов при изгибе с кручением в условиях динамического воздействия необходимо одновременное использование как экспериментальных, так и теоретических методов исследования [8-10]. 1. Экспериментальные методы:Измерение напряжений и деформаций с помощью специализированных датчиков для фиксирования реальной реакции конструкции;Проведение испытаний с кратковременными импульсными нагрузками, моделирующими реальные вибрационные и ударные воздействия;Визуальное и инструментальное исследование процесса образования и развития трещин в конструкции;Измерение предельных нагрузок, деформаций и реакции элементов конструкции в условиях динамического воздействия;Натурные испытания полноразмерных конструкций для получения максимально достоверных результатов;Испытания масштабных моделей для экономичного анализа различных вариантов нагрузок;Комбинированные статико-динамические испытания, позволяющие учитывать влияние последовательных нагрузок;Использование высокоточных методов визуализации для детального изучения повреждений и трещинообразования.2. Теоретические методы:Упругопластическое моделирование с учетом перехода материалов из упругого состояния к пластическому при динамических нагрузках;Временное моделирование динамического развития напряжений и деформаций с учетом множеств степеней свободы;Методы выделения пластических шарниров и зон пластичности для упрощения анализа предельных состояний;Компьютерное моделирование с использованием метода конечных элементов для анализа сложных напряжений и трещинообразования;Анализ остаточных деформаций, влияющих на долговечность конструкции после снятия нагрузки.Использование данного комплекса методик позволяет всесторонне исследовать реакцию железобетонных конструкций на совмещённое воздействие изгибающих и крутящих динамических нагрузок, что способствует повышению точности расчетов и надежности эксплуатации конструкций [11–12].Основная часть. Вопросу работы железобетонных конструкций при изгибе с кручением в разных условиях посвящены работы многих отечественных и зарубежных специалистов.Так, в работе [1], в рамках исследования, авторы оценили прочность железобетонных изгибаемых элементов при крутящих кратковременных динамических нагрузках и реализовали экспериментальные испытания на конкретном примере, с применением в качестве экспериментальных образцов железобетонных балок размером 200(b)×100(h)×2000(l), которые подвергались кратковременным динамическим загружением, в качестве которого принимался удар от свободного падения груза различной массы, двигающегося по направляющим в специально разработанном испытательном стенде [13]. Авторами был произведен сравнительный анализ теоретического расчета железобетонных элементов с результатами экспериментальных исследований. Для расчета напряжений в железобетонной конструкции при изгибе с кручением под воздействием кратковременных динамических нагрузок за основу принималась пространственная модель, разработанная В. Н. Байковым [14, 15], использование которой позволяет установить зависимость между внешними нагрузками и напряжениями в арматуре конструкции. Ученые также произвели расчеты данных элементов по методике в СП63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции», а также осуществлен расчет МКЭ объемной модели. Отклонения теоретических расчетов от результатов экспериментального исследования составила 5-10 % (рис. 1).Результатом исследований стала модернизация и верификация расчетной модели по способу Байкова В. Н., Фомичева В. И. [14, 15], а также разработка способа расчета железобетонных элементов при изгибе с кручением при действии кратковременной динамической нагрузки с помощи МКЭ [1, 16]. При этом, мало внимания уделено обратной задаче проектирования, а именно, оценке трещинообразования и анализу вязанного с этим НДС.  Рис. 1. Сравнение результатов экспериментов с результатами расчетов, проведенные в работе [1](Б1-С1, Б2-С1, Б3-С2, Б4-С2 – экспериментальные образцы)В работе [17] проведено исследование трещиностойкости и деформационного поведения конструкций, подвергающихся комбинированным изгибу и кручению. В этом исследовании разработаны модели расчёта железобетонных элементов коробчатого и кольцевого сечений, а также сплошных сечений, которые испытывают одновременно изгибающие и крутящие моменты после возникновения пространственных трещин. При этом учитывались параметры трещин, напряженно-деформированное состояние продольной и поперечной арматуры, характеристики бетона и напряжения в сжатой зоне.На основе теоретического анализа и экспериментальных данных созданы уточнённые модели расчета для железобетонных конструкций с коробчатыми и кольцевыми сечениями, работающих под комплексными нагрузками. Для элементов со сплошными сечениями выявлено, что необходимо учитывать перераспределение моментов в области трещин: часть крутящего момента воспринимает центральная зона без трещин, а остальная — поврежденное трещинами сечение. Численные значения данных моментов были получены по опытным исследованиям с помощью эмпирической зависимость «момент-угол закручивания» а также по формулам, полученным в работе [18]. Авторами было доказано, что при изгибе с кручением можно ввести допущение, которое обозначает, что при наличии в расчетном сечении бетона сжатой зоны влиянием центральной части сплошного элемента можно пренебречь, так как это максимально приближено к реальной работе элементов [19-21].Предложенная авторами расчетная модель позволяет оценить напряженно деформированное состояние железобетонного элемента, а также определять деформации и кривизну элемента, и угол закручивания. Эта модель может использоваться для проектирования различных типов железобетонных конструкций из обычного и высокопрочного бетона, а также фиброжелезобетона, которые работают под комбинированным воздействием изгиба и кручения; при этом в рассматриваемых исследованиях анализировалось только статическое воздействие [22]. В работе [23] рассматривается устойчивость и деформационные характеристики балочных и плитных конструкций при кратковременных динамических нагрузках на упругих опорах. Автор, основываясь на теорию деформаций трещиноватого железобетона, разработанной профессором Карпенко [17], создал расчетную модель, которая учитывает нелинейные свойства бетона и арматуры, влияние нагельного эффекта, а также прочность бетона в областях, расположенных между трещинами, в условиях кратковременного динамического нагружения. Для представления работы арматуры, как с физической площадкой текучести, так и с ее отсутствием, в конструкциях, подверженных динамическому воздействию, автор опирался на [24] (рис. 2). Рис. 2. Диаграмма деформирования арматурной стали с физической площадкой текучести (а) и без площадки текучести (б) при кратковременном динамическом нагружении Модель имеет некоторые ограничения. В частности, она не показывает, как скорость деформирования влияет на предел текучести арматурной стали, хотя экспериментальные данные указывают, что скорость деформации влияет не только на пределы текучести, но и на прочностные характеристики материала [25, 26]. В исследовании была предложена модель динамического деформирования железобетона с образовавшимися трещинами при изгибе, учитывающая неоднородное распределение напряжений по высоте сечения и образование трещин как по площади, так и по высоте конструкции. В рамках модели нелинейные деформации железобетона в отдельных слоях описываются с помощью плоского напряженно-деформированного состояния [23].В работе [27] представлена методика и программа экспериментов на железобетонных балках с композитным усилением, работающих под воздействием изгиба и кручения. На напряженно-деформированное состояние таких конструкций существенно влияет сцепление между бетоном и материалом усиления, при этом отсутствуют полноценные теоретические и экспериментальные исследования для элементов с подобным комбинированным нагружением.Разработанная методика и полученные результаты подтверждают правильность расчетной модели и заложенных в неё предпосылок, что позволяет выявить закономерности деформирования усиленных железобетонных конструкций при сложных нагрузках.Кручение снижает несущую способность элементов, работающих одновременно на изгиб и кручение, по сравнению с простым изгибом. Часто крутящие моменты, хотя и бывают относительно небольшими по величине, существенно ухудшают прочность и жесткость конструкций. При кручении в элементе возникают главные сжимающие и растягивающие напряжения под углом 45° к продольной оси, что ведет к появлению винтообразных трещин вокруг элемента. Эти трещины возникают уже на ранних стадиях нагружения и уменьшают несущую способность конструкции. Разрушение происходит, когда растянутая арматура испытывает значительные неупругие удлинения. В элементах с изгибом и кручением обычно развивается пространственное напряженное состояние, где трещины распространяются по трем сторонам сечения, а на четвертой стороне расположена сжатая зона. Для надежной работы таких железобетонных элементов требуется армирование, учитывающее все воздействия изгибающий момент, поперечную силу и крутящий моментВ исследовании [3] представлен метод расчёта железобетонных элементов, которые работают под одновременным воздействием продольных сил, изгибающих и крутящих моментов с использованием поверхностей относительного сопротивления прочности и трещиностойкости. Для этих поверхностей выявлены закономерности изменения предельных значений. Кручение возникает в изгибаемых элементах из-за случайного смещения нагрузки, неоднородности материала или асимметричного сечения. Учёт этого явления особенно важен в ответственных конструкциях, таких как балки с боковыми консолями, наклонные арки и опоры ЛЭП, так как игнорирование кручения может привести к ошибкам в распределении усилий. Авторы предлагают расчёт в системе координат αn, αm, αt на базе нелинейной деформационной модели, которая отражает приближённое реальное поведение бетона и арматуры с помощью нелинейных диаграмм деформирования. Модель применима к одновременному воздействию продольных сил Ni(t), изгибающих Мi(t) и крутящих Ti(t) при статических и динамических нагрузках, включая переход от центрального растяжения к осевому сжатию. При этом за единичные величины приняты: прочность бетонного сечения на осевое сжатие (Nb,max=Rbd*A) и прочность сжатого бетонного сечения на изгиб (Mb, max=Rbd*S) [28-30].Условие прочности сечения задаётся замкнутой выпуклой поверхностью в пространстве относительных усилий. На основе анализа теоретических данных создана визуальная схема, показывающая комбинации усилий, при которых элемент функционирует с трещинами или без них, основанная на объединении областей прочности и трещиностойкости в сочетании с векторным представлением нагрузок (рис. 3) [31].В результате разработаны математическая модель и программный комплекс JBK-NMT, позволяющие решать задачи проектирования железобетонных элементов, работающих при комбинированным действии продольных сил, изгибающих и крутящих моментов во всём диапазоне приложенных нагрузок [3, 32]. Модель и программа расчета верифицирована и подробно рассмотрена в работах [33–37].Некоторыми исследователями были разработаны и практически применялись испытательные стенды [38, 39], показывающие высокий уровень сходимости результатов с теоретическими предпосылками. Вместе с тем, были определены некоторые пути совершенствования установок для повышения гибкости и модульности при проведении испытаний, особенно в условиях появления и фиксации спиральных трещин [40–42]. Рис. 3. Поверхности относительного сопротивления по прочности и трещиностойкости железобетонногоэлемента при действии продольной силы N(t), изгибающего М(t) и крутящего Т(t) моментов [31]  Выводы. Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что для точной оценки работы элементов, подвергающихся одновременно изгибу и кручению при кратковременной динамической нагрузке, необходимо учитывать, как комплексность нагрузок, так и взаимодействие факторов, влияющих на деформацию конструкции, при этом, проведено довольно мало исследований, позволяющих однозначно представить работу данных элементов. При современном техническом оснащении зданий высока вероятность воздействия динамическими воздействиями на железобетонные элементы вследствие технологических аварий, а также сейсмических воздействий, при этом, вопрос воздействия динамических нагрузок на элементы, испытывающие одновременное воздействие изгиба и кручения, остаётся слабо изученным. Исследователи разработали несколько математических моделей для расчёта железобетонных элементов в условиях статических воздействий. При этом данные математические модели прошли верификацию на довольно ограниченном количестве экспериментальных исследований, показав при этом большую дисперсию. Влиянию многократного действия динамических нагрузок на элементы, работающие на изгиб с кручением в работах ученых внимания уделено не было. Для учета многократного динамического воздействия можно на базе существующего испытательного стенда произвести некоторые усовершенствования в зоне сбрасывающего механизма.Динамическая нагрузка создается посредством сброса груза с высоты, до которой он поднимается с помощью подъемника. Высота подъема контролируется системой датчиков положения, а груз удерживается в верхней позиции системой автоматической фиксации, гарантируя безопасность и точность процесса. При сбросе груз падает вертикально вниз, воздействуя через распределительную траверсу, что создает ударную силу, направленную перпендикулярно продольной оси образца и строго вертикально. Этот вид нагрузки вызывает в элементе комплексную стрессовую ситуацию с одновременным действием изгибающих и крутящих моментов.Процесс испытания на усовершенствованном стенде должен начинаться с надежной фиксации испытуемого строительного элемента на жестких опорах. В определенных местах образца устанавливаются оголовники с противоположно направленными вылетами, на которые монтируют распределительную траверсу, служащую для передачи нагрузочного воздействия. Для точного снятия деформаций конструкции на обоих концах образца вблизи оголовников располагаются электронные прогибомеры. Они измеряют вертикальные перемещения двух противоположных точек на поперечном сечении, что позволяет вывести индивидуальные значения прогибов и углов поворота, связанных с изгибом и кручением.В результате такого воздействия образуется характерный тип трещин – спиральные или винтовые. Эти трещины расположены по поверхности конструкции под углами от 25° до 40° относительно продольной оси и могут образовывать пространственные сетки, ухудшающие механические характеристики и увеличивающие степень пластической деформации. Такая форма трещиноватости является типичной при сочетании изгибных и крутильных деформаций и требует особого внимания при анализе прочности конструкции.После завершения испытаний необходимо провести детальный контроль состояния образца. Визуальная инспекция сопровождается фиксацией положения, длины и ширины раскрытия трещин. Для мониторинга изменения параметров повреждений можно использовать щелемеры и трещиномеры, фиксирующие динамику раскрытия за время испытаний и после них.Такой комплексный подход к испытаниям и анализу сможет обеспечить высокую точность оценки реального поведения строительных конструкций при кратковременных динамических нагрузках. Внедрение автоматизированных систем подъема и контроля нагрузки повышает эффективность и воспроизводимость испытаний, снижая влияние человеческого фактора и обеспечивая высокое качество исследований. Данные о деформациях и повреждениях, полученные в ходе таких испытаний, служат основой для принятия обоснованных инженерных решений по проектированию и эксплуатации надежных и долговечных сооружений.Данный способ испытаний позволит решить часть проблем, возникнувших при проведенных исследований разных ученых, а также позволит более детально изучить реальную работу конструкций, работающих при изгибе с кручением в условиях динамических воздействий.