Прочность центрально сжатых трубобетонных элементов

Введение. Все более масштабное применение сжатых трубобетонных элементов (ТБЭ) в практике строительства требует развития методик расчета их прочности, учитывающих основные особенности их силового сопротивления. В действующих нормах проектирования ряда стран предлагаются эмпирические формулы, обеспечивающие хорошую точность расчета центрально сжатых трубобетонных конструкций, но неверно учитывающие распределение усилий между бетонным ядром и стальной трубой. Предложена методика, позволяющая достоверно оценивать напряженное состояние бетона и трубы.

Материалы и методы. Прочность коротких центрально сжатых ТБЭ можно определить с помощью метода предельных усилий. Точность расчетов по предложенной методике зависит от правильного установления коэффициентов материала. В настоящее время для трубобетонных колонн, как правило, применяют тяжелый бетон, который имеет плотную структуру. Для таких бетонов предлагается принимать значения, которые получены после обработки результатов опытов, проводившихся при объемном сжатии с постоянным по величине боковым давлением. С целью установления этих значений выполнен статистический анализ результатов 232 опытов с короткими центрально сжатыми ТБЭ из тяжелых бетонов средней и высокой прочности. Для каждого опыта подбирались значения коэффициентов, соответствующие наилучшему совпадению теоретических и экспериментальных разрушающих нагрузок.

Результаты. Методики действующих норм не позволяют учесть особенности бетонного ядра в сжатых ТБЭ бетонов различных видов. В предлагаемой методике данный вопрос решается за счет соответствующего подбора коэффициентов материала. При наличии достаточного объема экспериментов с ТБЭ из бетона конкретного вида найти значения соответствующих коэффициентов несложно.

Выводы. Разработанная методика расчета прочности коротких центрально сжатых ТБЭ учитывает основные особенности силового сопротивления трубобетонной конструкции и дает возможность определить распределение усилий между бетонным ядром и стальной трубой.

1. Ahmed M., Liang Q.Q., Patel V.I., Hadi M.N.S. Numerical analysis of axially loaded circular high strength concrete-filled double steel tubular short columns // Thin-Walled Structures. 2019. Vol. 138. Pp. 105–116. DOI: 10.1016/j.tws.2019.02.001

2. Krishan A.L., Astafeva M.A., Chernyshova E.P. Numerical and Experimental Investigation of Axially Loaded Columns with Spiral Reinforcement // Materials Science Forum. 2023. Vol. 1087. Pp. 163–168. DOI: 10.4028/p-7841oa

3. Mander J.B., Priestley M.J.N., Park R. Theoretical stress-strain model for confined concrete // Journal of Structural Engineering. 1988. Vol. 114. Issue 8. Pp. 1804–1826. DOI: 10.1061/(asce)0733-9445(1988)-114:8(1804)

4. Hossain K.M.A., Chu K. Confinement of six different concretes in CFST columns having different shapes and slenderness // International Journal of Advanced Structural Engineering. 2019. Vol. 11. Issue 2. Pp. 255–270. DOI: 10.1007/s40091-019-0228-2

5. Кришан А.Л., Римшин В.И., Астафьева М.А. Сжатые трубобетонные элементы. Теория и практика. М. : Издательство АСВ, 2020. 322 с. EDN ROLLKN.

6. Patel V.I., Hassanein M.F., Thai H.T., Al Abadi H., Elchalakani M., Bai Y. Ultra-high strength circular short CFST columns: Axisymmetric analysis, behaviour and design // Engineering Structures. 2019. Vol. 179. Pp. 268–283. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.10.081

7. Карпенко Н.И. Об одной характерной функции прочности бетонов при трехосном сжатии // Строительная механика и расчет сооружений. 1982. № 2. С. 33–36.

8. Карпенко Н.И., Карпенко С.Н., Моисеенко Г.А. Критерий прочности бетона при объемном напряженном состоянии и действии повышенных температур // Academia. Архитектура и строительство. 2024. № 4. С. 117–123. DOI: 10.22337/2077-9038-2024-4-117-123. EDN WGFKEZ.

9. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М. : Стройиздат, 1996. 416 с.

10. Людковский И.Г., Фонов В.М., Макаричева Н.В. Исследование сжатых трубобетонных элементов, армированных высокопрочной продольной арматурой // Бетон и железобетон. 1980. № 5. С. 17–19.

11. Xu L., Lu Q., Chi Y., Yang Y., Yu M., Yan Y. Axial compressive performance of UHPC filled steel tube stub columns containing steel-polypropylene hybrid fiber // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 204. Pp. 754–767. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.202

12. Rimshin V., Ketsko E. Justification of Strengthening of Reinforced Concrete Structures of an Industrial Building with Composite Materials // Lecture Notes in Civil Engineering. 2023. Pp. 129–138. DOI: 10.1007/978-3-031-36723-6_14

13. Zhu J.Y., Chan T.M. Experimental investigation on steel-tube-confined-concrete stub column with different cross-section shapes under uniaxial-compression // Journal of Constructional Steel Research. 2019. Vol. 162. P. 105729. DOI: 10.1016/J. JCSR.2019.105729

14. Venkateshwaran A., Lai B., Liew J.Y.R. Design of steel fiber-reinforced high-strength concrete encased steel short columns and beams // ACI Structural Journal. 2021. Vol. 118. Issue 1. Pp. 45–59. DOI: 10.14359/51728077

15. Lai B., Liew J.Y.R. Investigation on axial load-shorting behaviour of high strength concrete encased steel composite section // Engineering Structures. 2021. Vol. 227. P. 111401. DOI: 10.1016/J.ENGSTRUCT.2020.111401

16. Гвоздев А.А. Задачи и перспективы развития теории железобетона // Строительная механика и расчет сооружений. 1981. № 6. С. 14–17.

17. Стороженко Л.И., Ермоленко Д.А., Лапенко О.И. Трубобетон : монография. Полтава : ACMI, 2010. 305 с.

18. Варламов А.А., Гаврилов В.Б., Сагадатов А.И. Комплексный метод оценки напряженно-деформированного состояния и долговечности железобетонных конструкций // БСТ: бюллетень строительной техники. 2017. № 11 (999). C. 29–31. EDN ZRVWRR.

19. Васильев А.И., Подвальный А.М. Комплексное влияние агрессивных факторов среды на коррозию арматуры в защитном слое // Бетон и железо-бетон. 2010. № 2. C. 26–29.

20. Карпенко Н.И., Карпенко С.Н., Ярмаковский В.Н., Ерофеев В.Т. О современных методах обеспечения долговечности железобетонных конструкций // Academia. Архитектура и строительство. 2015. № 1. С. 93–102. EDN TLLYWH.