Расчет фибробетонного блока в составе локально усиленных узлов ферм из гнутосварных профилей

Введение. Приведено аналитическое и численное исследование узлов ферм из гнутосварных профилей (ГСП) с локальным заполнением из фибробетона (ФБ). Выполнен анализ численного расчета фибробетонного элемента как балки на упругом основании в качестве локального усиления узлов ферм из ГСП под действием сосредоточенной нагрузки от примыкающего раскоса. Несущая способность узла с непосредственным примыканием раскосов к поясам ферм из ГСП практически полностью определяется геометрией и физико-механическими характеристиками элементов ферм.

Материалы и методы. Применяется метод исследования, основанный на численном моделировании локального усиления узла ФБ. Материалы для узлов: пояс и раскосы узла — сталь марки С345 и С255, соответственно по ГОСТ 27772–2015 с расчетным сопротивлением 340 и 240 МПа, локальное заполнение — ФБ с модулем упругости не ниже 27 000 МПа и расчетным сопротивлением сжатию Rb = 11,5 МПа.

Результаты. Получены уравнения, на основе которых можно анализировать коэффициент податливости основания фибробетонного блока как балки на упругом основании. Разработаны уравнения, на основе которых можно проанализировать коэффициент относительной изгибной жесткости для установления коэффициента податливости основания блока, предложена методика расчета фибробетонного блока на основе теории балки на упругом основании.

Выводы. Значимость полученных результатов для строительной отрасли состоит в том, что рассмотрены возможные подходы к определению разных методов расчета фибробетонного блока в составе усиленных узлов ферм из ГСП, что позволит снизить металлоемкость и деформативность. Результаты, полученные при численных исследованиях коэффициента податливости основания фибробетонного блока, а также с использованием программного пакета АNSYS показали, что они близки к результатам расчета коэффициента жесткости фибробетонного блока.

1. Патент RU № 2793503. Способ усиления узла верхнего пояса решетчатой конструкции из трубчатых профилей / Гимранов Л.Р., Гайнетдинов Р.Г., Пажвак А.; заявл. № 2022129975 от 18.11.2022. Бюл. № 10.

2. Зинькова В.А. Методика экспериментальных исследований узловых соединений трубчатых элементов фермы // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2012. № 1. С. 50–51. EDN OPGHQL.

3. Gimranov L., Kuznetsov I. Locally concrete filled reinforced joints of RHS and SHS trusses // Proceedings of STCCE. 2021. Pp. 58–71. DOI: 10.1007/978-3-030-80103-8_7

4. Xu W., Han L., Tao Z. Flexural behaviour of curved concrete filled steel tubular trusses // Journal of Constructional Steel Research. 2014. Vol. 93. Pp. 119–134. DOI: 10.1016/j.jcsr.2013.10.015

5. Hou C., Han L.-H., Zhao X.-L. Behaviour of circular concrete filled double skin tubes subjected to local bearing force // Thin-Walled Structures. 2015. Vol. 93. Pp. 36–53. DOI: 10.1016/j.tws.2015.03.004

6. Гимранов Л.Р., Пажвак А. К определению напряженно-деформированного состояния бетонного блока в составе усиленного узла фермы из гнуто-сварных профилей // Известия КГАСУ. 2022. № 4 (62). С. 51–60. DOI: 10.52409/20731523_2022_4_51. EDN LGZNAO.

7. Кикин А.И., Санжаровский Р.С., Трулль В.А. Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном. М. : Стройиздат, 1974. 145 с.

8. Кузнецов И.Л., Салахутдинов М.А., Гайнетдинов Р.Г. Исследование напряженно-деформированного состояния болтового узла соединения из холодногнутых тонкостенных профилей // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 7. С. 831–843. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.7.831-843

9. Казакова Е.В. Анализ напряженно-деформированного состояния бесфасоночных узлов легких ферм // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. 2019. № 53. С. 36–40. EDN JXVGBP.

10. Sakai Y., Hosaka T., Isoe A., Ichikawa A., Mitsuki K. Experiments on concrete filled and reinforced tubular K-joints of truss girder // Journal of Constructional Steel Research. 2004. Vol. 60. Issue 3–5. Pp. 683–699. DOI: 10.1016/s0143-974x(03)00136-6

11. Packer J.A., Wardenier J., Zhao X.L., Vegte G.J., Kurobane Y. Design guide for Rectangular hollow section (RHS) joints under predominantly static loading // CIDECT. 2009.

12. Gimranov L.R., Pazhwak A. To the determination of the stress-strain state of a concrete block as part of a reinforced node truss from square hollow sections // International Journal of Advanced Academic Studies. 2022. Vol. 4. Pp. 135–139.

13. Nawrot J. An analytical and numerical assessment of the load capacity of the K-joint of flat steel trusses // Zeszyty Naukowe Politechniki Częstochowskiej. Budownictwo. 2020. Vol. 175. Issue 25. Pp. 168–173. DOI: 10.17512/znb.2019.1.26

14. Mazon A.A., Sarmanho A., Nunes G., Roquete L., Neiva L.H., Souza F. Numerical analysis of truss systems with stiffened flattened end-bars // Latin American Journal of Solids and Structures. 2018. Vol. 15. Issue 3. DOI: 10.1590/1679-78254119

15. Thejeel M.M., Shallal M.A. Performance of concrete-filled steel tube truss girders strength by adding reinforcement // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 870. Issue 1. P. 012098. DOI: 10.1088/1757-899x/870/1/012098

16. Huang W., Lai Z., Chen B., Yao P. Experimental behavior and analysis of prestressed concrete-filled steel tube (CFT) truss girders // Engineering Structures. 2017. Vol. 152. Pp. 607–618. DOI: 10.1016/j.engstruct.2017.09.035

17. Jin D., Hou C., Shen L., Han L.H. Numerical investigation of demountable CFST K-joints using blind bolts // Journal of Constructional Steel Research. 2019. Vol. 160. Pp. 428–443. DOI: 10.1016/j.jcsr.2019.05.046

18. Thejeel M.M., Shallal M.A. Performance of concrete-filled steel tube truss girders strength by adding reinforcement // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 870. Issue 1. P. 012098. DOI: 10.1088/1757-899x/870/1/012098

19. Han L.H., Xu W., He S.H., Tao Z. Flexural behaviour of concrete filled steel tubular (CFST) chord to hollow tubular brace truss: experiments // Journal of Constructional Steel Research. 2015. Vol. 109. Pp. 137–151. DOI: 10.1016/j.jcsr.2015.03.002

20. Yang W., Yan R., Suo Y., Zhang G., Huang B. Experimental study on hysteretic behavior of the overlapped k-joints with concrete filled in chord // Applied Sciences. 2019. Vol. 9. Issue 7. P. 1456. DOI: 10.3390/app9071456

21. Feng R., Chen Y., Gao S., Zhang W. Numerical investigation of concrete-filled multi-planar CHS Inverse-Triangular tubular truss // Thin-Walled Structures. 2015. Vol. 94. Pp. 23–37. DOI: 10.1016/j.tws.2015.03.030

22. Chen Y., Feng R., Gao S. Experimental study of concrete-filled multiplanar circular hollow section tubular trusses // Thin-Walled Structures. 2015. Vol. 94. Pp. 199–213. DOI: 10.1016/j.tws.2015.04.013