автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность трехслойного трубобетона при центральном сжатии

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

рГа О*

УДК 624.012.45.046-419.5

г г №

НАБИЛ АЛ МХАНА

ПРОЧНОСТЬ ТРЕХСЛОЙНОГО ТРУБОБЕТОЙА ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ СЖАТИИ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 2000

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии.

Научный руководитель -

заслуженный деятель науки БССР, доктор технических наук, профессор Лукша Л.К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Алявдин П.В.,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Залога В.Ф.

Оппонирующая организация - РУП БелдорНИИ.

Защита состоится »//si.У%/)/г 2000 г. в /4 часов на заседании Совета по защите диссертаций Д.02.05.09 при Белорусской государственной политехнической академии по адресу: 220114, Минск, пр. Ф. Скорины, 150, корп. 15, ауд. 839. Адрес для отзывов: 220027, г.Минск, пр. ф.Скорины, 65, тел. (017) 2649865.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан « 1Ъ> сеу/7Л'ьр.Й2т г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций

.М. Сидорович

©Ал Мхана Н. 2000

Н 535 .2-ШМ ,о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Трубобетон в строительстве появился как результат совершенствования конструктивных форм железобетона сильно нагруженных элементов зданий и сооружений. В настоящее время сравнительно хорошо изучена работа простейших конструктивных форм поперечных сечений трубобетона, таких как элементы круглого или прямоугольного сечения со сплошным бетонным ядром. Менее изучена работа полых трубобетонных элементов с трубчатым бетонным.ядром. Почти не изучена работа трехслойных-трубобетонных элементов, состоящих - Из наружной и внутренней стальных труб, промежуток между которыми заполнен бетоном.

В литературе практически нет экспериментальных данных по прочности трехслойного трубобетона. Имеющиеся единичные случаи его применения основываются на прочностных расчетах трехслойного трубобетона методом суперпозиции. Между тем, как установлено экспериментальными исследованиями, приведенными в настоящей диссертации, метод суперпозиции в применении к трехслойному трубобетону приводит к погрешностям, снижающим запас прочности. Поэтому экспериментальное исследование прочности трехслойного трубобетона и разработка метода расчета его прочности являются задачами, актуальными для развития и совершенствования теории трубобетона.

Цель и задачи исследования. Целью исследований является разработка метода расчета прочности трехслойного трубобетона при центральном осевом сжатии.

Для достижения этой цели были решены-следующие задачи:

- сделан анализ литературных источников в области исследований, главным образом теоретических, касающихся прочности трубобетона;

- разработана методика экспериментальных исследований прочности трехслойного трубобетона;

- изготовлены и подготовлены к испытанию опытные образцы;

- выполнено испытание опытных образцов и произведена обработка опытных данных;

- разработана расчетная модель научной задачи прочности трехслойного трубобетона;

- разработан метод расчета прочности трехслойного трубобетона;

- проверена достоверность разработанного метода.

Объект н предмет исследовании. Объектом экспериментального исследования явились изготовленные опытные образцы из трех-

слойного трубобетона. Предмет исследования - изучение сопротивления трехслойного трубобетона действию осевой сжимающей силы с последующим обобщением опытных данных и разработкой метода расчета прочности трехслойных трубобетонных элементов.

Гипотеза. Основной рабочей гипотезой является предположение о том, что прочность трехслойного трубобетона количественно можно оценить с помощью фундаментального метода расчета прочности трубобетона, разработанного в трудах проф., д. т. н. Л.К. Лукши.

Методология -и методы проведенного исследовании. Испытания контрольных бетонных и стальных образцов производились традиционными методами в соответствии с действующими ГОСТами и другими нормативными положениями. Особенностью экспериментальных исследований основных опытных образцов было то, что наряду с измерением деформаций наружных труб измерялись продольные и поперечные деформации внутренних стальных труб, что позволило более достоверно оценить напряженные состояния бетонного ядра и стальных труб, а также элементов в целом, и принять более обоснованные исходные расчетные предпосылки при создании метода расчета трехслойного трубобетона. Разработанный метод расчета является дальнейшим развитием фундаментального метода расчета прочности трубобетона со сплошным и полым бетонными ядрами проф. Л.К. Лукши.

Научная новизна и значимость полученных результатов. Впервые выполнено системное исследование прочности трехслойного трубобетона с контролем продольных и поперечных деформаций внутренних труб.

Впервые установлено, что в трехслойном трубобетоне при малой относительной толщине бетонного ядра может иметь место отрицательный трубобетонный эффект. Положительный трубобетонный эффект возрастает с увеличением относительной толщины стенки бетонного ядра; в пределе он стремится к величине трубобетонного эффекта трубобетона со сплошным бетонным ядром.

Впервые получена теоретически обоснованная расчетная формула для оценки прочности негибких трехслойных трубобетонных элементов. Научная значимость полученных результатов состоит в том, что использованная методология развивает и дополняет фундаментальное научное направление в теории расчета прочности трубобетона, созданное Л.К. Лукшей.

Практическая (экономическая, социальная) значимость полученных результатов. Практическое использование полученных результатов возможно при проектировании промышленных зданий

(АО «Белпромпроект», БелНЙИС), в транспортном строительстве (Дорстройтехника (БелдорНИИ), Белгипродор, Минскметропроект) и др. Социальная значимость выполненного исследования состоит в том, что полученные результаты будут способствовать более широкому внедрению трубобетона в строительную промышленность, а это повысит долговечность, надежность (безаварийность) и эстетичность зданий и сооружений в Республике Беларусь.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения диссертации:

- методика экспериментального исследования прочности трехслойных трубобетонных образцов, учитывающая измерения деформаций внутренних труб;

- методика определения предельного усилия по текучести металла труб, учитывающая общую совокупность признаков перехода образца из упругопластического в пластическое состояние;

- метод расчета прочности негибких трехслойных трубобетонных элементов с опытной проверкой его достоверности.

Личный вклад соискателя. Все экспериментальные и научно-теоретические исследования, на основе которых написана диссерта-' ция, выполнены лично автором, за исключением трех статей, которые были опубликованы с соавторами.

Автор выражает искреннюю признательность зав. кафедрой «Мосты и тоннели» БГПА, д.т.н., проф. Пастушкову Г.П. за всестороннюю помощь на всех этапах выполнения работа и за ценные советы и замечания.

Апробация результатов диссертации. Результаты исследования были доложены: на научно-технических конференциях и семинарах БГПА (1995-1998 г г.); 53-й Международной научно-технической конференции профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов БГПА (1999 г.); Республиканской научно-технической конференции «Совершенствование железобетонных конструкций, оценка их состояния и усиление» (г.Новополоцк, 1999 г.).

Опублйкованность результатов. Основные положения диссертации опубликованы в 7 работах, в том числе 1 тезис в сборнике научных трудов, 2 депонированные статьи в ВНИИТИ - №3005-В99 от 07.10.99 г. и №3006-В99 от 07.10.99 г. и 4 статьи в научно-технических сборниках (одна - зарубежом). Общий объем публикаций составляет 120 страниц машинного текста, из которых автору принадлежит 100 страниц машинного текста.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики, трех глав, заключения и списка исполь-

зованных источников. Диссертация содержит 45 иллюстраций, 6 таблиц, 95 использованных источника. Общий объем диссертации 128 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении на основе рассмотрения современного состояния проблемы трубобетона в строительстве сформулирована цель работы и дана постановка задач, подлежащих решению в диссертации.

В первой главе дан аналитический обзор публикаций по проблеме трубобетона с освещением хронологической последовательности ее развития в передовых экономически развитых странах. Дан критический анализ существа классических разработок в теории трубобетона. Проанализированы теоретические предложения профессоров А.А.Гвоздева, А.А.Долженко, Л.К.Лукши, Г.П.Передерия, А.А.Потапкина, В.А.Росновского, Р.С.Санжаровского, Л.И.Стороженко и др., а также зарубежных - Ш.Т.Жонга, К.Сакино, М.Томи и др. В результате тщательного анализа и критической оценки современного сотояния теории трубобетона определены задачи, подлежащие решению, и намечена тема диссертации.

Во второй главе изложена методика экспериментальных исследований, приведены и проанализированы полученные результаты экспериментов.

Для экспериментального исследования прочности трехслойного трубобетона изготовили опытные образцы из гнутосварных стальных труб высотой 450 мм. Поперечные размеры труб приведены в табл. 1.

Как следует из табл. 1, внутренний диаметр, наружных труб был постоянным. Различная толщина стенок наружных труб достигалась обточкой наружной поверхности труб в средней их части, на базе измерений длиной 370 мм. Концевые участки труб размерами по 40 мм вдоль образующей оставались необточенными с наружным диаметром 272 мм. Обточка стальных труб позволила получить различное боковое давление на бетонное ядро в предельном состоянии элемента и, кроме того, достичь усиления концевых участков трубобетонных опытных образцов. Необходимость такого усиления обусловлена тем, что трубобетонные образцы при одинаковой толщине труб по всей длине' разрушаются в зоне концевых участков при его нагружении с помощью пресса. Это явление, на которое обычно не обращают внимания экспериментаторы, является закономерным и имеет строго научное объяснение. Оно возникает потому, что бетон ядра вследствие влияния опорного трения о плиты пресса в меньшей мере подвержен

дилатации перед разрушением и, следовательно, на концевых участках не создает должного распора (давления на стенки трубы).

В итоге это приводит к снижению трубобетонного эффекта в концевых зонах образца по сравнению со средней его частью, т.е. трубобетонный образец при испытании оказывается ослабленным у торцевых сечений.

Внутренние трубы не обтачивались. Образец ОТС-13 имел сплошное бетонное ядро (без внутренней трубы). Состав бетонной смеси для изготовления опытных образцов: 1:1,435:2,565 при В/Ц=0,38. Расчетный класс бетона В40. Применены материалы: цемент портландский Кричевского цементного завода активностью 5.00, щебень размером фракций (3-10) мм ПО «Гранит», песок обогащенный дробильно-сортировочного завода «Заславль»,

Таблица'1

Поперечные размеры стальных гнутосварных труб опытных образцов

Шифр образца На ружные трубы 1 Внутренние трубы

Наружный диаметр De, мм Внутренний диаметр О!, мм Толщина стенки 6, мм Наружный диаметр de, мм Внутренний диаметр сН, мм Толщина стенки 5, мм

ОТП-1 265 258 3,5 220 210 5,0

ОТП-2 272 258 7,0 220 210 5,0

ОТП-3 ' 265 258 3,5 220 210 5,0

ОТП-4 266 .258 4,0 162 152 5,0

ОТП-5 266 258 4,0. 162 ■ 152 ' 5,0

ОТП-б 272 258 7,0. 162' 152 ' 5,0

ОТП-7 272 258 7,0 110 100 5,0

ОТП-8 266 258 4,0 ТШ 100 5.0

ОТП-9 266 258 4, С ПО 100 5,0

ОТП-Ю 272 258 7,0 75 70 2,5

ОТП-11 266 . 258 4,0 75 70 2,5

ОТП-12 264 258 .3,0 75 70 2,5

ОТС-13 272 258 7,0 — ' - -

Бетонная смесь уплотнялась с помощью вибрации; После уплотнения образцы в течение суток твердели в воздушно-сухих условиях, затем хранились укрытыми влажными опилками в течение 28 дней. Далее продолжали твердеть в воздушно-сухих условиях

закрытого помещения вплоть до испытаний. Испытывались в возрасте около года.

.Одновременно с основными образцами изготавливались и испытывались контрольные кубы и призмы. Всего было изготовлено и испытано 3 эталонных куба размерами 150x150x150 мм, 6 кубов размерами 100x100x100 мм и 3 призмы размерами 100x100x400 мм. Средняя кубиковая прочность, измеренная по эталонным кубам, составила К =38,08 МПа, средняя призменная прочность ^ =28,53 М11а. Коэффициент призменной прочности равен 0,75. Измеренный модуль упругости бетона составил Еь =36360 МПа.

Предел текучести и модуль упругости стали измерялись на трубчатых образцах, подверженных сжатию. Они составили: а"у=250 МПа, £г=2х105МПа.

Трубобетанные ■ образцы испытывались на осевое центральное сжатие на прессе П-500. Деформации контролировались с помощью индикаторов часового типа и тензорезисторов. На каждый образец устанавливали 4 индикатора часового типа и по 12 тензорезисторов для контроля продольных и поперечных деформаций наружных и внутренних стальных труб. Тензорезисторы наклеивались Т-образно по «трем образующим труб. Внутренние трубы содержали тензорезисторы только в образцах с номерами 1-6 (см. табл. 1). Остальные трехслойные трубобетонные образцы с номерами 7-12 имели тензорезисторы, наклеенные только на наружные трубы.

Внутренние■ трубы'в этих образцах имели слишком малые отверстия (диаметры), не позволяющие размещать в них тензорезисторы. Выводы ^ проводов от тензорезисторов, размещенных на внутренней поверхности стенок внутренних труб, осуществлялись через канавки, выполненные в образцах и в верхней съемной стальной плите толщиной 30 мм, укладываемой на верхний торец образца при испытании.

Нагружение образцов осевой силой от пресса производилось ступенями величиной от 10 до 25 тонн в зависимости от несущей способности образца. Выдержка на каждой ступени нагрузки обусловливалась временем, необходимым для снятия отсчетов по приборам (практически около 5 минут). Нагружение велось до достижения максимального усилия, при котором стенки труб теряли местную устойчивость (образование складок). В это время силоизмеритель пресса показывал снижение усилия в образце - предельная стадия И. Первая предельная стадия I (при начале текучести стали труб)

определялась при обработке испытаний путем анализа развития продольных и поперечных деформаций.

На основе анализа кривых продольных и поперечных деформаций наружных и внутренних труб определены предельные усилия в образцах по стадии текучести стали труб. Результаты сведены в табл.2.

В последней, седьмой, колонке табл. 2 дана относительная толщина стенки трубчатых бетонных ядер образцов

А

Таблица 2

Результаты исследования прочности трехслойного трубобетона

Шифр образца Л^кН К ^ир V кН 7,% ; А 1

1 2 3 4 5 6 7

ОТП-1 1600 2130 0,75 1800,7 -11,1 1,1-73

ОТП-2 2400 3230 0,74 2538,8 -5,5 ! 1,173.

отп-з 1600 2020 _0,79 1800,7 -МЛ 1,1 73

ОТП-4 2400 3260 0,74 ¿218,7 +8,2 | 1,593

ОТП-5 2250 3005 0,75 2218,7 + 1,4 1 1,593

ОТП-6 3000 3960 0,76 2852,6 +5,2 1 1,593

ОТП-7 3300 4415 0,75 3005,8 9,8 | 2,345

ОТП-8 2600 3670 0,71 | 2371,9 9,6 1 2,345

ОТП-9 2600 3460 0,75 | 2371,9 9,6 I 2,345

ОТП-Ю 3400 4630 0,73 | 2934,3 15,8 3,4 40

ОТП-11 2800 3825 0,73 1 2300,9 . 21,7 Г~М40

ОТП-12 2800 3980 0,70 I 2092,9 | 33,8 Из,440 '

ОТС-13 4000 4670 0,86 | 2946,7 | 35,8 СО

В предпоследней, шестой, колонке табл. 2 приведены значения трубобетонного эффекта испытанных образцов^ вычисленного по формуле •

Ъв

Му ^.100%

N

511р

(1)

где Лг5ир - усилие в трубобетопиом элементе, рассчитанное по методу суперпозиции:

Слагаемые в правой части формулы (2) - это усилия в бетонном ядре, наружной к внутренне!-? стальных трубах. Как следует из табл. 2, величина трубобетонного эффекта существенно зависит от относте-льной толщины стенки трубчатого бетонного ядра, причем для малых его толщин имеет место отрицательный трубобетспный эффект. Этот ранее неизвестный факт свидетельствует о том, что расчет трехслойного трубобетона с топким бетонным ядром (/?/,< 1,5) не может производиться методом суперпозиции, как это иногда делается на практике. '

Третья глава диссертации посшлцсма расчету прочности трехслойного трубобетона. Вначале сформулированы упрощающие расчетные предпосылки, на основе которых построена физическая модель напряженного состояния компонент элемента. Па основании физической модели построена математическая модель прочности трехслойного трубобетона, в которую входят след) ¡ощие уравнения.

Во-первых, дифференциальное уравнение равновесия осеснммот-ричных тел Ляме-Клапейрона, которое при отсутствии массовых сил (для статики) можно записать в виде

где р - расстояние от оси симметрии до рассматриваемой точки сечения трубы (текущий радиус точки);

р - радиальное напряжение в рассматриваемой точке сечения трубы (от давления бетонного ядра);

00- кольцевое (тангенциальное) напряжение в точке (от внутреннего давления бетонного ядра).

Во-вторых, условие начала пластичности Треска-Сен-Вепана

(2)

+ ар - а^ - О

(3)

а, — <7"з =сг.

(4)

где сI - наибольшее главное напряжение; 0"з - наименьшее главное напряжение;

®у - предел текучести стали.

Уравнение (4) записано в декартовых координатах. Поскольку уравнение (3) дано в цилиндрической системе координат, то сделан перевод уравнения (4) в цилиндрические координаты

=<уу , (5)

где (Ув - тангенциальное напряжение в рассматриваемой точке сечения наружной трубы;

<у" - осевое напряжение в той же точке сечения трубы. В-третьих, условие прочности бетона

сг, - К ■ сг3 - Л4 = 0 , ' (6).

где <У 1 - наибольшее напряжение; К - коэффициент эффективности; 0"з - наименьшее напряжение;

К-ь - призменная прочность.

При переходе к цилиндрической системе координат имеем

О, (7)

где а\ - осевое (наибольшее) напряжение в бетонном ядре; &р - радиальное напряжение в бетонном ядре.

Здесь сжимаюшие напряжения приняты положительными, как это обычно делается в теории прочности хрупких материалов.

Коэффициент эффективности может быть принят постоянным, К = 4, либо вычислен по эмпирической формуле

К =10-100--—--/сп

Дь + 15<70 , {8>

где с о - предельное боковое напряжение в бетонном ядре.

В-четвертых, уравнение совместности осевых перемещений, которое можно записать в виде уравнения осевых относительных деформаций

<г+<-2-£г4 = 0 (9)

где - осевая относительная деформация наружной трубы;

е" ~ осевая относительная деформация внутренней трубы;

-..осевая относительная деформация бетонного ядра. Зависимости между напряжениями и деформациями определяются в соответствии с обобщенным законом Гука

Е

(10)

где Е - модуль упругости; V --коэффициент Пуассона.

Применяя уравнение (10) соответственно для всех трех компонент трубобетонного элемента, получаем

1 . пи

Е

< +<*,)-*?). (12)

е, ЛУ^ь(13)

где £дг, Ед, Еь - модули упругости стали наружной и внутренней труб, а также бетонного ядра;

уь - коэффициенты Пуассона соответственно стали и бетона;

<У1 - предельное осевое напряжение внутренней трубы с учетом сложного неоднородного напряженного состояния:

=ет +у.а

(14)

где &у - предел текучести внутренней трубы;

У - коэффициент эффективности бокового давления, действующего на внутреннюю трубу:

А2

А -1

21п

' 1 ^

1 + ■

#-1

/

где Д- - отношение диаметров внутренней трубы:

А ,

(15)

- тангенциальное сжимающее напряжение во внутренней трубе от бокового давления бетонного ядра:

(16)

Формула (!6) получена из условия равновесия для случая, когда тонкостенная оболочка сжимается наружным давлением, в противоположность формуле Лапласа, которая .выводится из условия растяжении тонкостенной оболочки.

Решая систему вышеприведенных уравнений относительно

величины бокового давления . получаем

а -а -сг' + 2-а -Я*

СГл = —

у "у

А-В

А-В N

1-А,в

У

Ч

где

5 = 1 + ^ .

1

Ем

а* = Т '

' з-Д-1 ^

- г

2-СД-1)

+ 2-а-(К - 2Уь)~ 1

/

; (18)

а = •

5

Р*' - отношение наружного диаметра наружной трубы к внутреннему диаметру:

Я А

Расчетная формула для определения несущей . способности негибкого трехслойного трубобетонного элемента получена из условия равновесия внутренних и внешних сил в элементе

где

< (д + к о-0[)-л6 + <е • + .г;,. • ал

О",. = о- „ -

' А..-1 ;

(19)

(20)

Л, > , _ площади поперечного сечения бетонного ядра, наружной и внутренней стальных труб.

Проверка достоверности формулы (19) выполнена на основе полученных экспериментальных данных, приведенных во второй главе диссертации. Сравнение расчета с опытом сведено п табл. 3.

В графе 2 табл. 3 помещены экспериментальные значения несущей способное! и образцов, измеренные по критерию текучести. В графе 3 помещены максимальные опытные значения усилий, зафиксированные енлоизмерителем пресса. В графе 4 приведены отношения соответствующих-усилий. В графе 5 содержатся расчетные данные прочности трехслойного трубобетона согласно формуле (19). В графе 6 помещены расчетные данные, полученные методом суперпозиции по формуле (2).

В графе 7 даны отношения расчетных усилий по формулам (19) и

(2).

В графе 8 приводятся отношения результатов теоретических расчетон по разработанному методу (19) к экспериментальным значениям. Значения прочности опытных образцов рассчитывались с учетом коэффициента эффективности К =4. Для повышения точности расчета можно пользоваться формулой (8).

В графе 9 приведены отношения опытных значений к расчетным по методу суперпозиции (2).

Анализируя содержание табл. 3, можно заключить, что наименее эффективным является трехслойный трубобетон с малой толщиной стенки бетонного трубчатого ядра. Например, первые три образца с относительной толщиной стенки бетонного ядра А =258/220=1,173 показали отрицательный трубобетонный эффект (графа 9), Упомянутые образцы показали меньшие, чем рассчитанные по методу суперпозиции, предельные усилия.

Для образцов с четвертого по, шестой при А =258/162=1,593 трубобетонный эффект оказался положительным, по весьма малым, от 1,4 до 8,2%. Такие элементы из трехслойного трубобетона можно приближенно рассчитывать по методу суперпозиции.

Для образцов с седьмого по девятый ( Рь =258/110=2,345) трубобетонный эффект несколько выше. С дальнейшим утолщением ядра (образцы с десятого по двенадцатый с А =258/75=3,440) трубобетонный эффект возрастает. Он колеблется в пределах от 15,8 до 33,8%. Наибольший трубобетонный эффект показал образец ОТС-13 со

Таблица 3

Несущая способность испытанных опытных трубобетонных образцов по экспериментальным и расчетным

данным

Опытные данные Расчетные данные

Шифр образца Кь, к Н А^.кН Кь • Кь ' ЛТ.кН Кь К? • Кь Кь К КГ

1 2 . 3 4' 5 6 7 8 9

ОТП-1 1600 2130 0,75 1742,4 1800,7 0,967 1,089 0,888

ОТП-2 2400 3230 0,74 2433,2 2538,8 0,958 1,014 0,945

ОТП-3 1600 2020 0,79 1742,4 1800,7 0,967 1,089 0,888

ОТП-4 2400 3260 0,74 2144,9 2218,7 0,966 0,894 1,082

ОТП-5 2250 3005 0,75 2144,9 ' 2218,7 0,966 0,953 1,014

ОТП-6 3000 3960 0,76 2974,9 2852,6 1,042 0,992 1,052

ОТП-7 3300 4415 0,75 3723,9 3005,8 1,238 1,128 1,098

ОТП-8 2600 3670 0,71 2878,9 2371,9 1,213 1,107 1,096

ОТП-9 2600 3460 0,75 2878,9 2371,9 1,213 1,107 1,096

ОТП-Ю 3400 4630 0,73 36! 4,8 2934,8 1,231 1,063 1,158

ОТП-11 2800 3825. 0,73 2810,9 2300,9 1,221 1,004 1,217

ОТП-12 2800 3980 0,70 2464,5 2092,9 1,177 0,88 1,338

ОТС-13 4000 4670 0,86 4005,0 2946,7 1,359 1,001 1,357

сплошным бетонным ядром 35,7%. Таким образом, с увеличением толщины стенки бетонного ядра трубобетонный эффект в трехслойном трубобетоне стремится к трубобетонному эффекту элементов со сплошным бетонным ядром.

Анализ графы 8 свидетельствует о высокой точности предлагаемого метода. Отклонения расчета от опыта для испытанных образцов находятся в пределахот -12 до +12,8 %.

Необходимо подчеркнуть, что изложенная оценка работы трехслойного трубобетона касается только его прочности. Устойчивость же трехслойных трубобетонных элементов может быть значительно выше трубобетона со сплошным бетонным ядром.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате подготовки настоящей диссертации выполнен большой объем экспериментальных и теоретических исследований механических свойств трехслойного трубобетона при центральном сжатии. Сделан анализ поведения испытанных образцов под нагрузкой, рассмотрены и проанализированы известные теоретические подходы к расчетной оценке прочности трубобетона, ныявлен наиболее перспективный путь построения искомого расчетного метода. На основе этого метода получены расчетные зависимости, позволяющие с высокой степенью достоверности оценивать прочность трехслойного трубобетона при осевом центральном сжатии.

Выполненные экспериментально-теоретические исследования позволили получить новую информацию в области прочности трубобетона, на основе которой можно сделать следующие основные выводы.

1. Трехслойный трубобетон обладает специфическими особенностями поведения под нагрузкой по сравнению с двухслойным трубобетоном сплошного сечения. В частности, его эффективность существенно зависит от относительной толщины стенок бетонного трубчатого ядра таким образом, что для относительной толщины

рь — 01Н <13 прочностной трубобетонный. эффект может быть отрицательным. С увеличением относительной толщины бетонного ядра величина трубобетонного эффекта возрастает и в пределе стремится к трубобетонному эффекту элементов со сплошным бетонным ядром ¡1,5].

.2. Бетонное ядро трехслойного трубобетон'а в предельном состоянии элемента оказывает давление как на наружную, так и на внутреннюю трубы, в результате чего внутренняя труба претерпевает трехосное сжатие, в то время как наружная труба, как и в обычном трубо-бетоне, работает на неоднородное двухосное сжатие с растяжением в тангенциальном направлении [2],

• 3. Внутренняя стальная труба в предельном состоянии не теряет местной поперечной устойчивости под действием внешнего давления бетонного ядра, очевидно, вследствие небольшой величины этого давления. При разрушении многослойного трубобетонного элемента во внутренней, как и во внешней стальной трубе, наблюдается потеря местной устойчивости в форме складок от действия осевой продольной сжимающей силы [4, 5].

4. Разработанный метод расчета прочности трехслойного трубо-бетона обладает высокой точностью. Отклонения расчетных от опытных данных для испытанных образцов колеблются в пределах от-12% до 12,8% [3,6, 7]. .

5. Разработанный метод расчетной оценки прочности трехслойного трубобетона развивает фундаментальное научное направление, проф. Л.К.Лукши в теории прочности трубобетонных конструкций, отличительной особенностью которого является использование при решении прикладных задач прочности классического уравнения равновесия осесимметричных тел, линейного критерия- начала пластичности и условия совместности осевых перемещений. Использование последнего' условия свидетельствует о том, что в рассматриваемом методе расчета прочности трубобетонных элементов задача решается как внутренне статически неопределимая, учитывающая совместную работу стальных и бетонной составляющих элемента [3]:

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ал Мхана. Н. Экспериментальные исследования прочности трубобетонных-элементой-кодьцевого'сечения с двусторонним расположением стальных пру б //Материалы 53-й Междун. цауч.-техн. конф. проф., преподавателей, науч. работников и аспирантов Бел. гос. политех, акад... В-4/ М-гВО образования Респ. Беларусь, Бел. гос. политех, акад.; отв: за вый. Л.Э. ЛяШенко. - Минск, 1999. - Чк 3; - С. 86.

2. А'л Мхана Н. Обзор применения трубобетона и исследований его прочности / Белорус, гос. политех, акад. - Мн., 1999. - 62 с. - Деп. в ВИНИТИ 7; 10.99; - № 3005 - 699 // РЖ: 16 Д. Механика. - 2000. -№3. -Г-ЗД144ДЁП. - С. 14;

3. Ал Мхана Н. Расчет прочности трехслойного трубобетона / Белорус, гос. г.юлитех. акад. - Мн., 1999. - 36 с. - Деп. в ВИНИТИ 7.10.99. - № 3006 - В99 // РЖ: 16 Д. Механика. - 20С0. - №3. -ЗД145ДЕП. - С. 14. ■■'.;,'

4. Лукша Л.К., Пастушков Г.П., Ал Мхана Н. Расчет прочности трехслойного трубобетона при центральном сжатии //' Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров в Республике Беларусь: Материалы V научно-методического межвузовского семинара / Иод ред. Л.Л.Борисовича, Т.М.Пецольда. - 'Ми.: Тыдэень, 2000. -С. 347-351. ' . , . '. . '

5. Лукша Л.К., Пастушков Г.П., Ал Мхана Н. Исследование прочности трехслойного трубобетона // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров а Республике Беларусь: Материалы V научно-методического межвузовского семинара / Под ред. А.А.Борисевича, Т.М.Пецольда. - Мн.: Тыдзень, 2000. - С.340-346.

6. Лукша Л.К., Пастушков Г.П., Ал Мхана Н. О расчете прочности трехслойных трубобетонных элементов // Вестник Брестского государственного технического университета. Машиностроение, автоматизация, ЭВМ. - 2000. - №4. - С. 84-35.

7. 1.ик57.а I,., СгегкаБои- I)., А1 МсЬапа N. ОЬПсгеше \vytrzymalosci копв^икср 1гиЬоЬе1опо\уусЬ о рос1\у6]нут р(ах7.сги ¿Ыочуут И 7льгуху К'аико\уе РоГаесЬп1к1 СгезюсЬо^як!^--4.^!52.-ВЫо\ушсгло, 8, СгезюсЬочуа: \Vydawnictwo Ро1иесЬтк1 СгеямсЬочУзЫе}, 2000. - 5.21-28..

РЕЗЮМЕ НАБИЛ АЛ МХАНА ПРОЧНОСТЬ ТРЕХСЛОЙНОГО ТРУБОБЕТОНА ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ СЖАТИИ:- ;;

Ключевые слова: трубобетон, трехслойный, прочность, испытание, предельное состояние, методы расчета, фундаментальный метод, трехосное сжатие, трубобетонный эффект.

Исследовано поведение трехслойных трубобетонных элементов при осевом центральном сжатии. С этой целью изготовлены и испытаны труообетонные образцы, состоящие из наружных стальных труб постоянного диаметра, но с различной толщиной стенок. Внутренние трубы были различных диаметров и имели раз/шчную.толшину стенок. Наряду с основными опытными образцами изготавливались контрольные кубы и призмы для контроля кубиковой, призменной прочности и модуля упругости бетона, а также стальные образцы для контроля предела текучести и модуля упругости стали. Деформации при нагруже-

нии контролировались индикаторами часового типа и тензоре-зисторами, установленными (наклеенными) на наружные.и внутренние трубы. Экспериментально установлено, что боковое давление бетонного ядра передается как на наружную, так и на внутреннюю трубу элемента. По результатам испытания определены предельные усилия в образцах по началу текучести и потере устойчивости стальных наружных труб."Обнаружено, что трубобетонный эффект в трехслойном тру-бобетоне существенно зависит от относительной толщины стенки бетонного трубчатого ядра. Для тонкостенных бетонных ядер он может иметь отрицательное значение. С увеличением относительной толщины стенки он возрастает и в пределе стремится к трубобетонному эффекту элементов со сплошным бетонным ядром.

На основе фундаментального метода расчета прочности трубобе-тона (проф. Л.К.Лукши) разработана новая методика расчета прочности трехслойного трубобетона, обладающая высокой степенью достоверности. Полученный метод учитывает механическое взаимодействие компонент элемента при его нагружении и работу составляющих элемента в сложном напряженном состоянии, обусловленном дилатацией бетонного ядра. Даны рекомендации по использованию полученных результатов.

РЭЗЮМЕ НАБ1Л АЛ МХАНА ТРЫВАЛАСЦЬ ТРОХСЛАЁВАГА ТРУБАБЕТОНУ ПРЫ ЦЕНТРАЛЬНЫМ СЦ1СКАНН1

Ключавыя словы: трубабетон, трохслаёвы, трываласць, выпраба-ванне, грашчны стан, метады разлку, фундаментальны метад, трохво-севае сшсканне, трубабетонны эфект.

Был! даследаваны паводзшы трохслаёвых трубабетонных элеме-нтау пры восевым цэнтральным сщсканнь 3 гэтай мэтай бьии зробле-ны 1 выпрабаваны трубабетонныя узоры, яия складалюя з вонкавых стальных труб сталага дыяметра, але з рознай таушчынёй сценак. Унутраныя трубы Мел! розны дыяметр 1 розную таушчыню сценак. Лобач з асноуным1 доследным1 узорам1 был1 зроблены кантрольныя кубы 1 прызмы для кантролю куб1кавай I прызмавай трываласщ1 модуля пругкасщ бетону, а таксама стальныя узоры для кантролю мяжы цякучасщ I модуля пругкасщ сталь Дэфармацьи пры нагружэнш кантралявашся шдыкатарам1 гадзшшкавага тыпу 1 tэнзapэзicтapaмi, змешчаным! (налепленым1) на вонкавых 1 унутраных трубах. Эксперы-

бетоне ¡стотна залежыць ад адноснай сценм бетоннага трубчастага ядра. Для тонкасценных бетонных ядрау ён можа мець адмоунае значэиие, 3 павел1чэннем адноснай таушчыш сцеш« ён узрастае 1 на мяжы ¡мкнецца да трубабетоннага зфекту элементау з суцэльным бетонным ядром.

На падставе фундаментальнага метаду разл'|ку трываласш труба-бетону (праф. Л.К.Лукшы) была распрацавана новая методыка разлЫу трываласц! трохслаевага трубабетону, якая мае высокую ступень пэу-иасць Атрыманы метад ул!чвае мехашчнае узаемадзеянне кампанент элемента пры яго нагружэнш | працу састауляючых элемента у складаным напружаным стане, абумоуленым дылатацыяй бетоннага ядра. Пададзены рзкамендацьп па выкарыстанш атрыманых вышкау.

SUMMARY

THREE-LAYERED TUBE CONCRETE'S STRENGTH AT CENTRAL COMPRESSION BY AL MHANA NABIL

Key words: tube concrete; three-layered; strength; test; marginal state; calculation methods; basic research method; triaxial compression; tube concrete effect.

Behavior of three-layered tube concrete elements at axial central compression was the subject of research. Thus, tube concrete samples with constant diameter outer steel tubes, but having different wall thickness, were made and tested for this purpose. Outer tubes were of different diameters and had different wall thickness. Besides the main test samples, there were made check cubes and prisms for controlling cubic and prismatic strength and concrete's elasticity modulus, as well as steel samples for controlling yield point and steel's elasticity modulus. Strain at application of load was controlled by indicating gages and resistive-strain sensors, mounted (glued) at the outer and inner tubes. The experiment made it evident that concrete core's lateral pressure applied to both the outer and the inner tubes of the element. According to the test results, the extreme stress for yielding and buckling of the samples' steel outer tubes was determined. The tube concrete effect in three-layered tube concrete was found to depend significantly on relative wall thickness of the tube concrete core. Thin-wall concrete core may have a negative value. The relative wall thickness being increased, the tube concrete effect shall increase and tend to the limits of the tube concrete effect of the elements, having the solid concrete core.

Based on the basic research method for calculation of tube concrete's strength (by Prof. L.K.Luksha), a new highly reliable method of three-layered tube concrete's strength calculation was worked out. The elaborated method takes into account mechanical interaction of the element's components at loading, as well as the element's materials performance in combined stress, caused by concrete core dilatation. Some recommendations were made in concern of the received results use.

er^l2^

НАБИЛ АЛ МХАНА

ПРОЧНОСТЬ ТРЕХСЛОЙНОГО ТРУБОБЕТОНА ПРИ, ЦЕНТРАЛЬНОМ СЖАТИИ

05.23.01 - Строительные конструкции, здания н сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

___р£дш<хорЛ±Л,1Дшшишада_:_

Подписано в печать 12.09.2000. Формат 60x84 1/16. Бумага тип. № 2. Офсет, печать.

Усл.печ.л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,1. Тираж 100. Зак. 540._

Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусская государственная политехническая академия, ценчия Л В №155 от 30.01.98. 220027, Минск, пр. Ф.Скорины, 65.