автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Прочность трубобетонных колонн с предварительно обжатым ядром
- доктора технических наук
- Кришан, Анатолий Леонидович
- город
- Магнитогорск
- год
- 2011
- специальность ВАК РФ
- 05.23.01
- цена
- 450 рублей
Автореферат диссертации по теме "Прочность трубобетонных колонн с предварительно обжатым ядром"
контрольный ЭКЗЕМПЛЯР
На правах рукописи
Кришан Анатолий Леонидович
ПРОЧНОСТЬ ТРУБОБЕТОННЫХ КОЛОНН С ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОБЖАТЫМ ЯДРОМ
05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
- 3 НОЯ 2011
Ростов-на-Дону 2011
4858346
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»
Научны й консультант: член-корреспондент Р AACH,
доктор технических наук, профессор Маилян Левой Рафаэлович
Официальные оппоненты: академик РААСН,
доктор технических наук, профессор Карпенко Николай Иванович
член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор Римшин Владимир Иванович
доктор технических наук, профессор Пересыпкин Евгений Николаевич
Ведущая организация: ОАО «цнИИПромзданий»
Защита состоится « 25» ноября 2011 г. в 10 ч 15 мин на заседании диссертационного совета ДМ 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, РГСУ, главный корпус, ауд. 232. Тел/факс 8 (863) 227-73-78; 263-53-10, E-mail: dis_sovet_rgsu@mail.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета и на сайте www.rgsu.ru
Автореферат разослан «2]_» октября 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент
—-Напимова Александра Владимировна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Современное строительство характеризуется увеличением высотности и перекрываемых пролетов зданий и сооружений, ростом технологических нагрузок, настоятельно требуя применения стержневых вертикальных несущих элементов, обладающих высокой несущей способностью, надежностью и долговечностью при малых поперечных сечениях. В связи с этим все более востребованными становятся трубобетонные колонны (ТБК). Сжатые трубобетонные элементы, имеющие небольшую гибкость и малые эксцентриситеты приложения продольной силы (что характерно для вертикальных несущих элементов каркасов высотных зданий) обладают исключительно высокой несущей способностью при относительно малых поперечных сечениях, являясь примером удачного сочетания наиболее ценных свойств металла и бетона. Это дает существенную экономию материалов, приводит к уменьшению размеров сечений элементов, их массы и транспортных затрат, а также сохранения всех достоинств металлических конструкций в плане монтажа.
Широкому применению ТБК в России препятствуют два обстоятельства. Первое - отсутствие отечественных норм по их проектированию и расчету. Существующие методики расчета существенно отличаются друг от друга, не учитывая или учитывая не в комплексе свойства материалов и особенности сопротивления трубобетонных элементов деформированию как при кратковременной, так и при длительной нагрузке.
Второе - обусловлено наличием существенного конструктивного недостатка сжатых трубобетонных элементов, состоящего в сложности обеспечения совместной работы бетонного ядра и внешней стальной оболочки при эксплуатационных нагрузках. В результате оболочка включается в работу в качестве стальной обоймы только после начала процесса микротрещинообразования в бетоне. Это отрицательно влияет на эффективность работы ТБК. Кроме того, в местах передачи нагрузок на колонну от перекрытий может оказаться недостаточным сцепление между бетонным ядром и стальной оболочкой.
Данные обстоятельства свидетельствуют об актуальности и перспективности проведения дальнейших экспериментально-теоретических исследований работы ТБК.
Цель работы - решение проблемы повышения эффективности трубобетонных колонн путем разработки новой конструкции и комплекса новых методов расчета прочности на кратковременное и длительное нагружение с позиций единого системного подхода.
Автор защищает:
• новое конструктивное решение трубобетонных элементов, имеющих предварительно обжатое бетонное ядро;
• результаты экспериментальных исследований прочности и деформатив-ности трубобетонных элементов с предварительно обжатым бетонным ядром при центральном и внецентренном действии кратковременной сжимающей нагрузки;
•результаты экспериментальных исследований реологических свойств и длительной прочности образцов ТБК с предварительно обжатым бетонным ядром;
•итерационный метод расчета прочности ТБК, включая:
- построение расчетной модели деформирования внецентренно сжатого трубобетонного элемента с учетом физической нелинейности железобетона и приобретаемой в процессе нагружения неоднородности и анизотропии;
- построение диаграмм деформирования бетонного ядра и стальной оболочки при осевом сжатии;
- зависимости ддя основных параметров НДС бетонного ядра и стальной оболочки в упруго-пластической и пластической стадиях работы конструкции, учитывающие, в том числе, предварительное обжатие ТБК;
•упрощенный метод расчета прочности ТБК на основе нелинейной деформационной модели;
•приближенный метод оценки прочности ТБК по предельным усилиям;
•новые конструктивные решения узлов сопряжения трубобетонных колонн с междуэтажными перекрытиями.
Научная новизна работы:
- новая конструкция сжатого трубобетонного элемента с предварительно
обжатым бетонным ядром;
-результаты экспериментальных и теоретических исследований напряженно-деформированного состояния трубобетонных элементов обычных и с предварительно обжатым бетонным ядром при кратковременном и длительном, осевом и
внецентренном сжатии;
- итерационный метод расчета прочности и оценки НДС ТБК при кратковременном и длительном сжатии, учитывающий физическую нелинейность компонентов (бетонного ядра и стальной оболочки), неоднородность их напряженного состояния, наличие предварительного обжатия бетона;
- упрощенный метод расчета прочности ТБК с использованием нелинейной деформационной модели железобетона;
- приближенный метод расчета прочности ТБК по предельным усилиям;
- зависимости для основных параметров, отражающих особенности НДС ядра и оболочки в упруго-пластической и пластической стадиях работы (прочность бетона, коэффициент бокового давления, коэффициенты поперечных деформаций, величина относительной деформации бетона ядра ддя вершины диаграммы состояния «сгЛ;-%» и др,.); выражение для характеристики линейной
ползучести объемно-напряженного бетона.
Достоверность и обоснованность положений и выводов диссертации
обеспечивается методически обоснованным комплексом исследований с использованием современного оборудования и приборов поверенных и метрологически аттестованных; применением вероятностно-статистических методов обработки опытных данных; общепринятых допущений теорий сопротивления материалов, упругости, пластичности и современной нелинейной теории железобетона; под-
тверждается соответствием результатов расчета по разработанным методикам с экспериментальными данными, полученными другими исследователями.
Практическое значение работы:
- разработаны новая конструкция, технология, оснастка и способы изготовления ТБК с предварительно обжатым ядром;
- разработан комплекс из итерационного, упрощенного и приближенного методов для расчета прочности ТБК как на ЭВМ, так и вручную;
- разработана нормативно-техническая документация с рекомендациями по расчету и конструированию колонн со стальной обоймой (трубобетонных колонн) для многоэтажных промышленных и гражданских зданий, в том числе узлов сопряжения колонн с перекрытиями.
Внедрение результатов. На основании результатов экспериментальных и теоретических исследований сформулированы предложения по расчету и конструированию трубобетонных колонн, которые положены в основу нормативного документа СТО 36554501-025-2011 «Трубобетонные колонны», разработанного и изданного НИИЖБ ОАО «НИЦ «Строительство» в 2011 г. Материалы данного стандарта предназначены для использования при проектировании трубобетонных колонн многоэтажных зданий и сооружений, а также других сжатых элементов, выполненных из тяжелого бетона классов по прочности на сжатие от В15 до В100.
Опытное внедрение ТБК усовершенствованной конструкции осуществлено на шести объектах в г. Магнитогорске и Челябинской области, в том числе при строительстве Комплекса толстолистового стана 5000 ОАО «ММК». Суммарная экономическая эффективность практического использования новых конструкций составила 4,2 млн. руб.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе ряда вузов страны -Магнитогорском государственном техническом, Ростовском государственном строительном, Кабардино-Балкарском университетах.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на:
- международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство. Проблемы развития теории сооружений и совершенствования строительных конструкций» в г. Томске в 2002 г.;
- III международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» в г. Волгограде в 2003 г.;
- II...YIII международных научно-технических конференциях «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» в г. Пенза в 2003...2008 гг.;
- всероссийской научно-практической конференции «Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья» в г. Тольятти в 2004 г.;
- 2-й всероссийской (международной) конференции по бетону и железобетону «Бетон и железобетон - пути развития» в г. Москве в 2005 г.;
- YI и YÜ Международных Конгрессах в г. Данди, Шотландия, в 2005 и 2008 гг.;
- 63-й научно-технической конференции «Строительные конструкции и расчет сооружений» в г. Новосибирске в 2006 г.;
- IY-й международной научно-технической конференции «Бетон и железобетон в III тысячелетии» в г. Ростове-на-Дону в 2006 г.;
- 63-й всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре» в г. Самара в 2006 г.;
- IY-й международной научно-практической конференции «Развитие вуза через развитие науки» в г. Тольятти в 2006 г.;
- международном форуме по проблемам науки, техники и образования «III тысячилетие - новый мир» в г. Москве в 2006 г.;
- III и ^международных конференциях «Предотвращение аварий зданий и
сооружений» в г. Москве в 2008,2009 гг.;
- международной конференции «Актуальные проблемы исследований по
теории сооружений» в г. Москве в 2009 г.;
- международных научно-практических конференциях «Инженерные системы» в г. Москве в2009...2011 гг.;
- Y1 международной научной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» в г. Оренбурге в 2010 г.;
- III международной научно-практической конференции «Теория и практика расчета зданий, сооружений и элементов конструкций. Аналитические и численные методы» в г. Москве в 2010 г.;
- XXXI Всероссийской конференции по проблемам науки и технологий в
г. Миассе в 2011 г.;
- научно-технических конференциях ГОУ ВПО «МГТУ» по итогам научно-исследовательских работ в г. Магнитогорске в 2002-2011 гг.
Опытный образец трубобетонного элемента новой конструкции получил серебряную медаль и диплом II степени на XI Петербургском международном экономическом форуме-выставке «Инновационные достижения» в 2006 году, Гран-при за победу в конкурсе «Лучший инновационный проект и научно-техническая разработка» на III салоне инноваций Челябинской области в 2007 г.; диплом и серебряную медаль на VIII Московском международном салоне инноваций и инвестиций в 2008 г.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 65 работах, в том числе в 14 рекомендованных ВАК изданиях, в 2 монографиях, в 11 авторских свидетельствах и патентах и в 38 других изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, основных выводов, списка использованных источников из 236 наименований и 3 приложений. Работа изложена на 380 страницах, содержит 31 таблицу и 166 рисунков.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована важность решения научной проблемы и актуальность темы диссертационной работы, изложена сущность диссертации, представлены научная новизна и практическое значение проведенных исследований, приведены сведения о реализации и апробации полученных результатов, о структуре и объеме работы.
В первой главе произведен анализ конструктивных особенностей и обзор экспериментальных и теоретических исследований прочностных и дефор-мативных свойств ТБК. Отмечены специфические особенности характера работы трубобетонных элементов в условиях кратковременного и длительного приложения сжимающей нагрузки, влияние гибкости и эксцентриситета нагружения на прочность ТБК. Выполненное обобщение основных преимуществ и недостатков ТБК позволило обозначить для них наиболее рациональную область применения -сильно нагруженные колонны высотных и многоэтажных зданий.
Значительный вклад в изучение работы сжатых трубобетонных элементов внесли исследования многих отечественных и зарубежных ученых и инженеров -О.Н.Альпериной, А.А.Гвоздева, В.И.Гнедовского, А.А.Долженко, Л.КЛукши, И.ПЛюдковского, А.И.Кикина, ВА.Трулля Р.С.Санжаровского , С.В.Коврыги, А.Ф.Маренина, Г.М.Мартиросова, А.Менаже, Г.В.Мурашкина и А.А.Сахарова,
A.П.Нестеровича, Б.Н.Нурадинова, Г.П.Передерия, А.Б.Ренского,
B.А.Росновского, Н.Ф.Скворцова, Л.И. Стороженко, В.М.Фонова, ВЛ.Шаброва, А.И.Шахворостова, Ф.Бойды, У.Кофера и Д.Макклина, Ш.-Х.Цая, Т.Чапмена, Р.В.Фурлонга, Н.Гарднера, Г.Георгиуса и ДЛама, М.Юхансона, Р.С.Джонсона, Т.Кибрия, К.Клопеля, В.Годера, Р.ТЛеона, В.СЛора, ДХКима и Д.Ф.Хаджара, М.Моллера, К.Ройка, Н.Такео, П.Неогри, Х.Никахара, К.Сакино, Т.Нинакава,
C.П.Шнейдера, Х.К.Сена, Д.Севела, К.Танга, Б.Дзяо и Х.Дзу, К.Тсюда, Т.Ямамото, С.Дзонг, К.Дзю и др.
В опубликованных данных отмечена высокая несущая способность и эффективность ТБК круглого поперечного сечения. В условиях объемного напряженного состояния существенно повышаются прочностные и деформативные характеристики, улучшаются реологические свойства бетона. Сравнение технико-экономических показателей металлических, железобетонных и трубобетонных колонн показывает, что по сравнению с металлическими экономия стали в трубобетонных конструкциях составляет до 56 %, а стоимость уменьшается до 1,74 раз, а по сравнению с железобетонными масса уменьшается до 83 %.
Наиболее значительным конструктивным недостатком сжатых трубобетонных элементов является сложность обеспечения совместной работы бетонного ядра и внешней стальной оболочки при эксплуатационных нагрузках. Такая работа наблюдается только в начальный период загружения. Затем, вследствие разности начальных коэффициентов поперечной деформации бетона и стали внешняя оболочка стремится оторваться от поверхности бетона, способствуя возникновению в нем радиальных растягивающих напряжений.
Практика эксплуатации сжатых трубобетонных конструкций свидетельствует о том, что отрыв сердечника от трубы происходит чаще всего именно при эксплуатационных нагрузках и приводит к снижению долговечности, а иногда и к снижению несущей способности элемента. Такой факт имел место, например, в трубобетонных арках моста через реку Исеть пролетом 140 метров, построенного по проекту В.А.Росновского.
Таким образом, бетонное ядро при эксплуатационных нагрузках обычно работает в условиях одноосного сжатия, а труба - как продольная арматура. Только при высоких уровнях нагружения, когда в бетоне начинают интенсивно проявляться процессы микротрещинообразования, стальная труба начинает работать как внешняя обойма. Труба, сдерживая поперечные деформации бетонного ядра, блокирует дальнейший рост уже образовавшихся в нем микротрещин и существенно отдаляет момент его разрушения. Поэтому прочность негибких трубобетонных конструкций, работающих на осевое сжатие, значительно выше прочности сопоставимых с ними по расходу бетона и стали традиционных железобетонных конструкций.
Однако эксперименты свидетельствуют о невозможности полного использования прочностных свойств объемно сжатого бетонного ядра традиционных трубобетонных конструкций из-за их высокой деформативности. По результатам Р.С.Санжаровского и данным наших опытов деформации укорочения центрально сжатых ТБК могут достигать 10-15 % и более. В связи с этим, с чисто практической точки зрения достигаемая в опытах предельная величина нагрузки для таких элементов большого интереса не представляет, так как для вертикальных несущих конструкций подобные деформации не допустимы.
Выполненный анализ особенностей работы сжатых трубобетонных элементов позволил сделать вывод о целесообразности дальнейшего совершенствования их конструкции. Для повышения эффективности ТБК предложено использовать боковое предварительное обжатие (ПО) бетонного ядра, например, за счет длительного прессования бетонной смеси в процессе ее твердения. В результате улучшаются прочностные свойства бетона, а стальная оболочка получает предварительное напряжение в поперечном направлении. Все это положительно сказывается на несущей способности ПО ТБК. С технологической точки зрения этот метод отличается стабильностью получения материалов с заданными свойствами и относительной дешевизной.
Теоретические исследования особенностей работы ТБК выполняли также А.Ф.Липатов, А.Э.Лопатго, В.И.Маракуца, В.П.Мшрофанов, В.Н.Рудаков, Я.П.Семененко, Ю.В.Ситников, В.М.Сурдин, Э.ДЛихладзе, Х.Сэлани и Д.Симс, Р.Кноулес и Р.Парк, И.Берталан и С.Кальман и др.
Проведенные ими исследования способствовали выяснению отдельных сторон сложной проблемы расчетной оценки прочности композитного элемента в виде металлической трубы, заполненной бетоном. Рассмотренные методы расчета, в том числе принятые в современных нормах Европы, Китая и Японии, свидетельствуют о том, что изучению прочности и деформативности ТБК уделено довольно
много внимания. Однако, несмотря на весьма обстоятельные исследования в этой области, надо признать, что до сих пор нет надежной и приемлемой для практического использования расчетной модели трубобетонного сечения в предельном состоянии, адекватно отражающей его специфические особенности. До настоящего времени актуален вопрос об установлении четкого критерия, соответствующего наступлению первого предельного состояния трубобетонной конструкции.
Одним из наиболее перспективных направлений является разработка методов расчета трубобетонных конструкций с использованием нелинейной деформационной модели, позволяющей оценивать их действительное напряженно-деформированное состояние.
На основании проведенного анализа обосновано направление диссертационной работы и сформулированы цель, а в ее рамках - задачи исследования:
1. Разработать конструкцию и способ изготовления ТБК с предварительно
обжатым бетонным ядром.
2. Исследовать особенности НДС и прочность трубобетонных элементов с предварительно обжатым бетонным ядром круглого и кольцевого сечения при кратковременно действующей центральной и внецентренной сжимающей нагрузке.
3. Изучить НДС и прочность предварительно обжатых трубобетонных элементов при длительно действующей сжимающей нагрузке, исследовать реологические свойства предварительно обжатого бетона.
4. Разработать итерационный метод расчета прочности и оценки напряженно-деформированного состояния предварительно обжатых трубобетонных элементов при кратковременном и длительном действии центральной и внецентренной нагрузки, позволяющий наиболее полно учитывать физическую нелинейность бетонного ядра и стальной оболочки и неоднородность НДС.
5. Предложить инженерные методы расчета прочности предварительно обжатых трубобетонных элементов для использования в практике проектирования.
6. Разработать рекомендации для нормирования, расчета и проектирования предварительно обжатых и обычных трубобетонных колонн.
7. Осуществить экспериментальное внедрение предварительно обжатых трубобетонных колонн и доказать их технико-экономическую эффективность.
Во второй главе разработаны новая конструкция, технология, оснастка и способы изготовления ТБК. Основной особенностью является применение в процессе изготовления длительного прессования бетонной смеси давлением 1,5 + ЗМПа.
Бетон, твердеющий под таким давлением, имеет на 40 ^ 60 % более высокую прочность, а также существенно меньшие величины деформаций усадки и ползучести. В процессе прессования из бетонной смеси отжимается «свободная» вода. Прессующее давление через бетонную смесь передается на внутреннюю поверхность стальной трубы-оболочки. Благодаря этому создается предварительное растяжение стальной оболочки и последующее обжатие бетонного ядра. Та-
ким образом, использование длительного прессования позволяет изготавливать предварительно обжатые трубобетонные колонны (ПО ТБК). Эффект предварительного обжатия также может быть достигнут за счет использования бетонной смеси на расширяющемся цементе с достаточной величиной самонапряжения (1,5-2 МПа и более).
В ПО ТБК существенно увеличивается сцепление стальной трубы с бетоном, а также обеспечивается эффект обоймы для бетонного ядра при любых уровнях нафужения конструкций.
Предварительное обжатие ТБК в процессе их изготовления осуществляли одним из трех способов:
- посредством длительного прессования бетонной смеси с помощью пус-тотообразователя специальной конструкции;
- прессованием бетонной смеси, производимым путем последовательного вдавливания в нее вдоль направляющего стержня, расположенного коаксиально внешней обойме, трех стальных трубок, имеющих разные диаметры (рис. 1);
- посредством использования энергии расширяющегося цемента.
В работе приведена оснастка, используемая для изготовления ТБК усовершенствованной конструкции, а также описана технология работ по предварительному обжатию бетонного ядра. Данная технология позволила обеспечить эффективный отвод отжимаемой из бетонной смеси воды, что положительно сказалось на физико-механических свойствах прессованного бетона. Новые конструкции трубобетонных элементов кольцевого и круглого поперечных сечений и способы их изготовления защищены группой патентов и авторских свидетельств.
Выполненные экспериментальные исследования в дальнейшем подтвердили высокую эффективность предложенных предварительно обжатых ТБК.
В главе 3 приведены результаты экспериментальных исследований ТБК при действии кратковременной сжимающей нагрузки. Опытные образцы трубобетонных колонн имели круглую или кольцевую форму поперечного сечения с отношением диаметра элементов к их длине 1/4 -4/5, что примерно соответствует параметрам натурных колонн высотных зданий. Примеры конструктивного решения лабораторных образцов ТБК с диаметром поперечного сечения 219 мм даны на рис. 2.
Образцы ПО ТБК изготавливались из бетона, твердеющего под давлением. Для выявления влияния предварительного обжатия бетонного ядра на работу сжатых элементов часть образцов формовалась без длительного прессования бетонной смеси. В опытных трубобетонных элементах использовались бетоны среднего В25~:~В30, повышенного В40 и высокого В70 класса. Для изготовления применялись: для бетона средней прочности - шлакопортландцемент М400, кварцевый песок с модулем крупности 1,9+2 мм, гранитный щебень фракции 5-20 мм; для бетона повышенной прочности - портландцемент М500, микрокремнезем, пластификатор С-3, песок и щебень.
а) б)
нсрхняя наборная крышка перфорированная тр>бка
направляющим стержень
Оетонная смесь
внешняя стальная оболочка
стальные тяжи
нижняя наоориая крышка
Рис. 1 - Схема длительного прессования бетонной смеси ТБК: отформо ванный элемент; 6 - промежуточный этап прессования
Рис. 2 - Варианты исполнения лабораторных образцов ТБК
Часть образцов изготавливалась из бетона на расширяющемся цементе -реопластичном марки «Макфлоу» класса 62,5 производства компании "BASF".
Для изготовления опытных образцов использовались прямошовные и бесшовные стальные трубы диаметрами 108, 115, 159, 219 мм и толщиной стенки S = 1,5 4-8 мм. Предел текучести стальной оболочки составлял от 265 МПа до 440 МПа. Внутренние стальные сердечники (при их наличии) выполнялись из стальных труб 022x2,032x2,5 и 042x3 мм.
Всего было исследовано 25 серий образцов на центральное и 24 серии образцов - на внецентренное сжатие (по 3 образца-близнеца плюс 1 образец-близнец для экспериментального определения степени предварительного напряжения
внешней стальной оболочки).
Эксперименты подтвердили, что в лабораторных образцах ТБК удалось создать предварительное обжатие бетонного ядра величиной 1-3 МПа. Результаты свидетельствуют о том, что практически для всех предварительно напряженных образцов наблюдалось значительное повышение предела упругой работы и уровня разрушающей нагрузки по сравнению с ТБК классической конструкции. Степень увеличения несущей способности зависела от относительного эксцентриситета ejd. Наибольший ее рост наблюдался в центрально сжатых образцах с уровнем предварительного обжатия порядка 3 МПа. По сравнению с традиционными железобетонными элементами, имеющими аналогичные параметры бетона и арматуры, их несущая способность увеличилась в 1,5-2,1 раза. Так, несущая способность лабораторного образца из высокопрочного бетона и трубы 0159x6 с пределом текучести стали 440 МПа при осевом сжатии достигла 3800 кН.
Для количественной оценки эффективности работы трубобетона был подсчитан коэффициент, характеризующий превышение несущей способности тру-бобетонного элемента по сравнению с несущей способностью бетона и стальной трубы, испытанных по отдельности. Значения коэффициентов эффективности трубобетона ттЛ для образцов ПО ТБК оказались в среднем на 20-25 % выше по сравнению с аналогичными коэффициентами для ТБК без предварительного напряжения.
Полученные результаты в основном объясняются значительным ростом прочности бетонного ядра в образцах ПО ТБК вследствие одновременного проявления трех известных эффектов - длительного прессования бетонной смеси, предварительного бокового обжатия бетонного ядра и его работы в условиях объемного сжатия. Прочность бетонного ядра в трубобетонных элементах усовершенствованной конструкции составила:
- при прочности исходного бетона 25 МПа и отношении толщины внешней обоймы к диаметру поперечного сечения элемента 8¡d = 0,01 -г 0,04 - от 60 до 110
МПа;
- при прочности исходного бетона 50 МПа и 8/d = 0,038 - около 160 МПа;
- при прочности исходного бетона 72 МПа и S/d = 0,03 8 - до 210 МПа.
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3
С увеличением относительного эксцентриситета e0jd эффективность трубо-
бетонных конструкций снижается (рис. 3). При этом степень снижения <PC = NJNU0 (NuHNua - несущая спо-Фе= i-Q.95(e0/d)" собность внецентренно и центрально
сжатого образца) примерно одинакова для образцов ТБК и ПО ТБК и зависит от величины e(Jd • Выявлено, что рациональной областью применения ТБК являются случаи сжатия с эксцентриси-
-тетами внешней продольной силы, не
015 0 35 e°/d выходящими за пределы ядра сечения.
Рис. 3 - Зависимость относительного Характер поведения под нагрузкой ла-уровня несущей способности от e0/d бораторных образцов ТБК и ПО ТБК и
результаты испытаний в целом соответствовали данным экспериментов, проведенных ранее другими исследователями. После достижения интенсивности напряжений в стальной оболочке предела текучести наблюдалось перераспределение усилий с внешней стальной оболочки на бетонное ядро. При этом осевые напряжения в стальной оболочке уменьшались, а тангенциальные увеличивались. Предварительное обжатие, прежде всего, заметно сдерживало образование и развитие микротрещин в бетоне.
Для испытанных образцов приведены характерные графики зависимостей: продольных и тангенциальных деформаций стальной оболочки от уровня нагру-жения; « ab_ - sh,» для бетонного ядра; изменения относительного объема бетона
и коэффициентов поперечных деформаций бетона и стали от уровня напряжений, а также прогиба внецентренно сжатых образцов от уровня нагружения. Анализ этих зависимостей подтвердил благоприятное влияние предварительного обжатия бетонного ядра на работу образцов ТБК.
Величины продольных относительных деформаций бетона и стальной трубы в момент достижения осевыми напряжениями в бетоне сх^, прочности при
трехосном сжатии Rh существенно зависели от отношения толщины внешней
обоймы к диаметру поперечного сечения элемента. При изменении 6/doi 0,01 до 0,04 эти деформации составляли 0,0035+0,008.
Проведенные опыты подтвердили факт, что короткий центрально сжатый трубобетонный элемент с достаточно толстой оболочкой практически невозможно разрушить в полном смысле этого слова. Бетонное ядро в центрально и внецентренно сжатых образцах ТБК и ПО ТБК при сжатии деформировалось как пластичный материал (рис. 4). На поверхности стальной оболочки образовывались гофры и складки, также ориентированные преимущественно перпендикулярно
Рис. 4 - Виды разрушений, характерные: а - для осевого сжатия; б - для внецентренного сжатия
продольной оси образца. Следует подчеркнуть, что пластическое разрушение наблюдалось и в образцах, изготовленных из высокопрочного бетона.
В целом, экспериментальные исследования подтвердили большую общую эффективность сжатых трубобетонных элементов с предварительно обжатым ядром по сравнению с элементами без обжатия. __ ,
В главе 4 представлены результаты экспериментальных исследований реологических свойств бетонного ядра и длительной прочности центрально сжатых ПО ТБК. Исследования проводились на образцах, имеющих призмен-ную прочность бетонного ядра от 25 МПа до 40 МПа. В качестве стальной обо- ( л очки использовались сварные прямошовные трубы с наружным диаметром 115 мм и 159 мм.
Для определения деформаций усадки было изготовлено 2 серии образцов -трубобетонные элементы «классической конструкции» (с необжатым ядром сплошного сечения) и ПО ТБК с внутренним стальным сердечником. Определе- | ние деформаций линейной ползучести проводилось по результатам испытаний двух серий образцов ТБК и ПО ТБК (уровень длительного загружения ц = ЛИУ„ = 0,4). Для исследования работы образцов в области нелинейной ползучести были изготовлены 1 серия образцов ТБК и 3 серии образцов ПО ТБК (?р 0,6,0,81 и 0,9). Методика испытаний по определению усадки и ползучести бетона соответствовала ГОСТ 24544-81*.
Анализ показал, что усадочные деформации бетонного ядра трубобетон-ных элементов на порядок меньше аналогичных деформаций обычного бетона или железобетона. Характер развития усадочных деформаций примерно одинаков для предварительно обжатых и необжатых трубобетонных элементов. Во всех образцах на начальном этапе измерений наблюдалась отрицательная усадка (набухание) бетона по всем направлениям. Впоследствии в продольном направлении фиксировались деформации укорочения. На интенсивность усадочных деформаций образцов ПО ТБК оказала влияние предварительно напряженная стальная оболочка, которая в большей степени препятствовала набуханию. Однако, в конечном итоге предельные деформации усадки в продольном направлении для обжатых образцов оказались меньше, чем для не обжатых, а стабилизация усадочных процессов наступила быстрее. Это объясняется тем, что в процессе длительного прессования бетонной смеси происходило отжатие части воды и уменьшение водоцементного отношения. В определенной степени сказалась и мелкозернистая структура цементного камня, характерная для бетонов, твердеющих под давлением.
Из сопоставления усадочных деформаций изолированных бетонных призм (неопрессованных и опрессованных при различных давлениях) и трубобетонных элементов можно сделать вывод, что трубы оказывают существенное сдерживающее влияние на развитие усадочных деформаций бетона при всех прочих равных условиях. Несмотря на исключение влагообмена с окружающей средой, деформации усадки изолированного бетона в призмах все таки примерно в 2-КЗ раза больше, чем у бетонного ядра трубобетонного элемента.
Кроме того, проведенные опыты с изолированными бетонными призмами подтвердили тот факт, что длительное прессование бетонной смеси существенно влияет на величину усадки затвердевшего бетона. Значения усадочных деформаций призм из опрессованного бетона в возрасте 95 суток на 25+40 % меньше, чем контрольных призм из обычного бетона. Это в свою очередь подтверждает целесообразность использования ПО ТБК.
С целью оценки влияния прессования бетонной смеси на реологические свойства бетона в условиях исключения свободного влагообмена с внешней средой проведены испытания по определению ползучести изолированных бетонных призм. Результаты их показали, что деформации ползучести опрессованного бетона существенно меньше, чем обычного. Получено, что характеристика ползучести изолированных бетонных призм, твердевших при действии давления величиной КЗ МПа, меньше нормируемого для исходного бетона значения в 2 3 раза. Причем наибольший эффект был достигнут при максимальном давлении в 3 МПа. Характер развития деформаций ползучести трубобетонных элементов (рис. 5) соответствовал отмеченному ранее Л.И.Стороженко. Этап интенсивного развития деформаций после загружения продолжается для различных уровней ?/ от 10 до 60 суток. При низких уровнях загружения (т) =0,4-М),6) ползучесть трубобетонных элементов относительно невелика. Заметное увеличение деформаций ползучести происходит при более высоких уровнях загружения (^=0,81) вследствие того, что
Ь 250,00
jj 150,00 а.
100,00
х w
200.00
50.00
0,00
40
60
Длительность, су г
Рис. 5 - Сравнительный график деформаций ползучести в осевом направлении образцов ПО ТБК для разных уровней длительного загружения 1+4
здесь стальная оболочка переходит в пластическое состояние, а напряжения в бетонном ядре в продольном направлении достигают верхней границы микротре-щинообразования.
В проведенных экспериментах при относительном уровне загружения ц = 0,81 рост деформаций ползучести образцов ПО ТБК к возрасту 120 суток практически прекратился и разрушения конструкций не произошло. При ц = 0,90 наблюдалось интенсивное развитие ползучести, приведшее на пятые сутки к разрушению образцов, что согласуется с работами Р.С.Санжаровского и А.И.Кикина. Обобщение полученных нами и другими авторами данных показало, что уровень длительной прочности ТБК и ПО ТБК находится в интервале г) = 0,84-й),88.
В целом, проведенные эксперименты подтвердили тот факт, что ползучесть сжатых трубобетонных элементов в 2-3 раза меньше, чем у аналогичных бетонных и железобетонных конструкций. Ползучесть образцов ПО ТБК на 25 -40% ниже, чем ТБК. Нелинейная ползучесть бетона в предварительно обжатых образцах начинает проявляться при более высоких уровнях напряжений по сравнению с необжатыми.
Это объясняется двумя причинами. Во-первых, опрессованное бетонное ядро образцов ПО ТБК имеет более плотную структуру с меньшим количеством собственных пор в кристаллическом сростке цементного камня. Во-вторых, начальное предварительное обжатие бетона эффективнее сдерживает образование и развитие микротрещин. Выполненный анализ показал, что если в образцах ТБК проявление нелинейной ползучести следует учитывать при уровне осевых напряжений в бетоне (JhjRhi > 0,5, то в образцах ПО ТБК - при уровне abjRn > 0,55.
Таким образом, экспериментально доказано, что применение бетона, твердеющего под давлением, и создание предварительного напряжения в стальной оболочке ТБК позволяют значительно улучшить их реологические характеристи-
ки.
В главе 5 предлагается итерационный метод расчета прочности и оценки НДС ТБК при кратковременном и длительном сжатии, который является общим для предварительно обжатых и необжатых элементов.
Анализ существующих подходов и экспериментальных исследований позволил рекомендовать следующий критерий предельного состояния сжатого трубобетонного элемента, наступающий при следующих условиях:
-в бетоном ядре- достижение нормальными напряжениями осевого направления значения прочности бетона при трехосном сжатии аЬ: = -в стальной оболочке:
- достижение интенсивности напряжений в наиболее сжатом волокне физического или условного предела текучести сгр1 = ар у;
-достижение нормальными напряжениями осевого направления в наиболее растянутом волокне предела текучести сгр:= ару Учитывая внутреннюю статическую неопределимость трубобетонной конструкции первое условие наступления предельного состояния должно выполняться совместно со вторым (для сжатия со случайными и малыми эксцентриситетами) или третьим (для сжатия с большими эксцентриситетами).
В трубобетонных колоннах еще до наступления полной потери несущей способности продольные деформации могут достигать чрезмерно больших величин, при которых эксплуатация реальных конструкций становится невозможной. В этих случаях предельная деформация может стать главенствующей, определяющей первое предельное состояние. С целью обеспечения эксплуатационной пригодности ТБК при действии на них расчетных нагрузок величины деформаций стальной оболочки (в наиболее сжатом волокне - интенсивность деформаций г^, в наиболее растянутом волокне - осевая деформация кр:), а также осевые деформации бетонного ядра гь должны ограничиваться соответствующими значениями.
В соответствии с принятым критерием расчет прочности нормальных сечений ТБК предлагается производить на основе нелинейной деформационной модели железобетона с учетом особенностей деформирования бетона и стали в условиях объемного напряженного состояния. Учет упруговязкопластических свойств материалов производится за счет изменения величин коэффициентов упругости и поперечных деформаций бетонного ядра и стальной оболочки по мере роста уровня напряжений.
Исходной базой д ля расчетов по нелинейной деформационной модели являются диаграммы деформирования (рис. 6, 7) и аналитические связи между напряжениями и деформациями для бетона и стали. Связи «а-е» представляются математическими моделями вида^^ = [сД, {<т}„, в которых {г},, и [а}п - вектор-
столбцы главных относительных деформаций и главных напряжений, а [сД-
матрица податливости материала. Используемые модели являются частными случаями ортотропной модели, основы которой представлены в работах П.П.Баландина, А.С.Городецкого, В.С.Здоренко, Т.Седолина, П.Робинса и Ф.Конга и др., а детальная проработка выполнена в исследованиях Н.И.Карпенко.
£ ЬО £ Ь2 £ ьоз
Рис.6 - Принятые диаграммы «оуг-еы» для бетона, работающего в условиях объемного (1) и одноосного (2) сжатия
0.00?
бри бри
Рис. 7 - Диаграммы состояния стальной оболочки и продольной стержневой арматуры: 1-е физической, 2- с условной площадкой текучести (для продольной стержневой арматуры индекс «рп> меняется на индекс «я»)
а)
б)
УI V
НЕ
ЯрШ
ш
Рис. 8 - Напряженное состояние бетонного ядра (а) и стальной оболочки (б)
В наших исследованиях сталь рассматривается как изотропный материал, а бетон - как трансверсально-изотропный.
Приведены основные допущения, принятые при описании аналитических связей между напряжениями и деформациями в бетонном ядре и стальной оболочке. Проведенные экспериментальные исследования показали, что в сжатых трубобетонных элементах направления геометрических осей симметрии совпадают с направлениями нормалей главных площадок напряжений (рис. 8), поэтому в матрицах податливости бетона и стали отсутствуют касательные напряжения и сдвиговые деформации.
Система уравнений, устанавливающих связь между напряжениями и деформациями для любой точки трансверсально-изотропного бетонного ядра, имеет вид:
< -2 м^ы ■М^Ы (У^-МггУы).
(О
Учет неупругих свойств объемно сжатого бетонного ядра производится путем использования в расчете переменных коэффициентов упругости уь\ (У = г, 0 и поперечной деформации ¡л:г,
Для вычисления коэффициентов упругости бетона уь/ можно принимать
любые известные зависимости, обеспечивающие достаточную точность оценки НДС конструкции, например, предложенную Н.И.Карпенко:
где пм - уровень напряжений в бетонном ядре по направлению у; уо/'уь/а ~ значения коэффициента упругости в базовых точках диаграммы; о)щ,со2Ь/ - коэффициенты, характеризующие кривизну соответствующей диаграммы.
Параметры в зависимости (2) для ТБК определяют с учетом неоднородного напряженного состояния бетона и сложного режима загружения по известным формулам. При этом коэффициенты упругости предлагается находить в
зависимости от соответствующего уровня напряжений в бетонном ядре:
Зв тЯ з ^-т)
где аы - величина интенсивности напряжений, определяемая для рассматриваемого случая как разность иы = ак, - <гЬг ■
Для осевого и трансверсального направлений величины коэффициентов упругости гл_и уЬг определяют значения соответствующих диагональных
деформаций (деформации главной диагонали еььг и е6ьг, вычисленные без учета влияния коэффициентов поперечной деформации). Значения коэффициентов упругости уы и поперечных деформаций цгг, /лгг в матрице податливости
системы (1) определяют величины деформаций вдоль одного (осевого или трансверсального) направления, обусловленные напряжениями другого направления (соответственно трансверсального или осевого). Так как эти значения зависят от всех компонентов сложного напряженно-деформированного состояния бетонного ядра, то для их определения предлагается использовать величины интенсивности напряжений аы и интенсивности деформаций еы.
По формуле (2) определяются коэффициенты упругости для восходящих ветвей диаграмм. В опытах, после достижения напряжениями в бетоне его прочности сть;=Яьз, на диаграмме « аЬ: - еЬ: » наблюдается весьма протяженный ниспадающий участок. При этом относительная деформация еш в вершине диаграммы (см. рис. 6) в зависимости от конструктивных и геометрических параметров ТБК может составлять 0,0025-Ю,01, тогда как деформация ¿^„обычно существенно
больше и достигает величины 0,1-И),15, не приемлемой с точки зрения обеспечения эксплуатационной пригодности ТБК. В этом контексте можно заменить ниспадающий участок диаграммы на горизонтальный и при еы > еш считать аЬ:=КЬз, что не приведет к заметному снижению точности расчета прочности нормальных сечений. Вид диаграмм « аЬ: - едЬ:» и « аЬг - £°Ьг» принимается аналогично. Тогда значения соответствующих коэффициентов упругости за вершинами диаграмм определяются по формуле
Выполненный анализ показал, что при определении прочности объемно сжатого бетона лучшую сходимость теоретических и опытных данных дают условия прочности Н.И.Карпенко и А.В.Яшина. При этом только критерий Н.И.Карпенко позволяет учитывать такие факторы, как структура и вид бетона, а также вид напряженного состояния. Поэтому в оснрву расчета прочности бетонного ядра и был принят данный критерий в виде, предлагаемом ранее многими исследователями по результатам экспериментов
= (5)
в котором пш - нормативное сопротивление объемно-сжатого бетона; аЬп - боковое давление стальной обоймы на бетон в предельном состоянии; к - коэффи-
циент бокового давления; КЬп~ нормативное сопротивление сжатию исходного бетона.
Величина бокового давления на бетон в предельном состоянии<тА зависит
от геометрических и конструктивных параметров трубобетоннош элемента, т.е. в начальной стадии расчета она не известна. Значение коэффициента бокового давления к определяется уровнем бокового обжатия т = сг^/Я^ и также не известно. Принимать его постоянным, как это делалось ранее многими исследователями, для ТБК не рекомендуется, так как это приводит к большим погрешностям в расчетах. Таким образом, определить прочность бетонного ядра при трехосном сжатии по формуле (5) затруднительно. Этой формулой можно пользоваться лишь в процессе итерационного расчета прочности ТБК на ЭВМ. На первом этапе расчета рекомендуется определять приближенное значение , формула для которого получена на основании следующих соображений.
Первоначально связь между Кш и ЯЬп была представлена в виде
(6)
В результате анализа влияния различных факторов на величину упрочнения бетонного ядра ТБК для коэффициента кьъ получена зависимость
в которой р - величина нормативного сопротивления стали растяжению; А и Ар - площади поперечного сечения бетонного ядра и стальной оболочка
После подстановки зависимости (7) в уравнение (6) получается приемлемая для практического использования формула
(В)
в которой /л5 - коэффициент армирования поперечного сечения ТБК.
При известной величине коэффициент бокового давления к можно определить по следующей формуле
к =1 + 9^-. (9)
Кш
Тогда величина бокового давления на бетон в предельном состоянии определяется по формуле
и Я
00)
к
Для трубобетонного элемента кольцевого сечения среднее нормативное сопротивление сжатию бетонного ядра КЬпт предлагается находить по формуле:
К„т = К+каЬт
0,5(/?2+/Г2)-11П/*
(П)
где Р - отношение внешнего радиуса поперечного сечения кольцевого бетонного
ядра к внутреннему.
Наличие предварительного обжатия в ПО ТБК учитывают введением в
расчет начального бокового давления стальной оболочки на бетонное ядро аш и
увеличением прочности бетона Нормативное сопротивление осевому сжатию опрессованного предварительно обжатого бетонного ядра определяется по зависимости (8) с подстановкой вместо КЬп прочности бетона ЯЬрп, твердеющего
под давлением, вычисляемой по формуле:
= 02)
где а ~ 1 - коэффициент, зависящий от состава бетонной смеси (значение а рекомендуется уточнять по результатам испытаний стандартных образцов исходного и опрессованного бетона с использованием формулы (12)); Д/ - поправочный коэффициент для тяжелых бетонов без пластифицирующих добавок:
Д/ = 0,44/Д;- <13)
В формулах (12), (13) ам и Яь„ принимаются в МПа. Эти формулы
получены с учетом результатов опытов Г.В.Мурашкина и собственных исследований. Введением поправки д/ учитывается то обстоятельство, что с
увеличением прочности исходного бетона ЯЬп эффект прессования снижается.
Расчетную величину начального бокового давления сгм назначают в зависимости от принятого метода длительного прессования бетона. Для элементов, изготовленных с использованием пустотообразователей, прессующее давление в бетонной смеси определяется по формуле
^Ш^У- _ (14)
где Р„ - прессующее давление в пустотообразователе; ф, - наружный диаметр пустотообразователя при достижении в заполняющем его рабочем агенте давления Р„ (при отсутствии экспериментальных данных принимается на 20% больше диаметра пустотообразователя при атмосферном давлении в его рабочем агенте); с1-габаритный размер поперечного сечения колонны (для ТБК с круглым поперечным сечением - наружный диаметр стальной оболочки); д - толщина стенки внешней стальной оболочки; С,- коэффициент бокового давления бетонной смеси (при отсутствии точных данных его значение может быть принято равным 0,3).
Коэффициент 0,7 учитывает снижение уровня прессования со временем вследствие проявления таких процессов, как распрессовка бетона, его возможная усадка и ползучесть.
Для элементов, опреееованных вдавливанием в бетонную смесь стальных трубчатых сердечников, величину прессующего давления Л/ рекомендуется определять в зависимости от степени уплотнения цементного теста ЛУЦ. Перед изготовлением ТБК по данной технологии для бетонной смеси следует установить экспериментальную зависимость вида Р/ =/(ЛУц).
В работе приводятся таблицы для определения ориентировочных значений прессующего давления Р1 в зависимости от степени уплотнения бетонной смеси для ряда составов. Эти значения получены расчетом по методике Н.П.Блещика с учетом релаксации напряжений по результатам исследований И.Н.Ахвердова. С учетом возможных потерь предварительного напряжения в стальной оболочке расчетную величину начального бокового давления рекомендуется принимать равной аМ) =0,85 Рг
Для ПО ТБК, изготовленных с использованием расширяющегося цемента, увеличение прочности бетона за счет его твердения в условиях стесненных деформаций можно не учитывать в запас прочности.
Связь между деформациями и напряжениями для любой точки внешней стальной оболочки в упругой и упруго-пластической стадиях
£р: 1 =-X 'А, 1 ~Рр
ЕРГ £рг ~Рр .~Рр 1 -Рр -Рр 1
х-
рi
(у „,
рг.
(15)
В системе (15) ар:, арп арг - нормальные (главные) напряжения в трубе в продольном, тангенциальном и радиальном направлениях; е^, ер„ ^-относительные деформации стальной оболочки по соответствующим направлениям; Ехр -начальный модуль упругости стали; ур - коэффициент упругости стали; - коэффициент поперечной деформации стали трубы.
Коэффициенты упругости для стальной оболочки ур и арматуры бетонного ядра (при ее наличии) определяются по формулам, аналогичным (2) с учетом предложений Т.А.Мухамедиева. Стальная оболочка в сжатой зоне работает в условиях объемного напряженного состояния (рис. 8,6). Для нее используется известная гипотеза единой кривой АА.Ильюшина. Согласно ей, зависимость между напряжениями и деформациями «ар-еру>, полученную при одноосном растяжении (сжатии) стальной трубы, можно считать действительной для всех напряженных состояний при замене текущих напряжений и текущих деформаций ер на интенсивность текущих напряжений стр, и текущих деформаций ер, соответственно.
При расчете прочности ТБК по нелинейной деформационной модели очень важно учитывать изменение коэффициентов поперечных деформаций бетона и стали с ростом уровня напряжений. Только точная оценка количественных соотношений между этими коэффициентами позволяет находить
реальную величину бокового давления стальной оболочки на бетон на любом
этапе работы конструкции. ^
Для определения текущих значений коэффициентов поперечной деформации бетона продольного и радиального направлений yjj = z,r) предлагается формула
( Л0'5
/.. и \ УЫ~УЫ., , (16)
Mjr = H in, - (ßjn, - Vb ) '
\ bi« )
в которой ¿Ih «0,2 -коэффициент Пуассона для бетона; ^-предельное значение коэффициента поперечной деформации /и/г для бетонного ядра, которое вычисляется по формуле, предложенной Н.И.Карпенко.
Сходимость значений вычисленных с использованием зависимости (16), с опытными данными Г.Н.Ставрова и ВАКатаева, Л.Р.Маиляна и Е.И.Иващенко, вполне удовлетворительная. Известная формула Н.И.Карпенко позволяет находить величину ц]Г практически с такой же точностью. Однако в
предлагаемой методике удобнее использовать зависимость = JVbih
Текущее значение коэффициента поперечной деформации стальной оболочки определяется по формуле
в которой Мо - коэффициент Пуассона стали оболочки; 0,48 - приближенное значение коэффициента в конце площадки текучести.
Значения ^ по формуле (17) хорошо совпадают с коэффициентами
поперечных деформаций, определенными по формуле СНиП 2.05.06-85, и хорошо согласуются с опытными данными Л.Р.Маиляна и Е.И.Иващенко. При этом формула (17) более удобна для использования в предлагаемой методике расчета
Основной особенностью расчета сжатых трубобетонных элементов по нелинейной деформационной модели является отсутствие исходных диаграмм для бетона «аЬ:-£Ь:» и металла «ар:-£р_,», работающих в условиях неоднородного
напряженного состояния. В связи с этим, расчет нормальных сечений ТБК по прочности предлагается выполнять в два этапа.
На первом этапе итерационным расчетом строят зависимости между напряжениями и деформациями осевого направления в бетонном ядре и стальной оболочке при кратковременном действии на трубобетонный элемент центрально приложенной нагрузки. Основная сложность построения данных диаграмм связана с тем, что боковое давление бетона на стальную обойму аЬп в значительной степени определяющее их параметры, имеет переменную величину. Оно посте-
пенно возрастает от значений близких к нулю до некой предельной величины аЬт, зависящей от конструктивных и геометрических параметров ТБК.
В предлагаемой методике все необходимые параметры указанных диаграмм рассчитываются из совместного решения уравнений систем (1) и (15) оболочки, связывающих напряжения с деформациями бетона и стали для условий негибкого центрально сжатого трубобетонного элемента. Нагрузка считается приложенной кратковременно. Для расчета принимается ряд допущений, используются уравнения совместности работы бетона и стали, а также уравнение равновесия проекций внешних сил и внутренних усилий на продольную ось элемента. После достижения равновесия уточняют ранее вычисленные значения °аго ' И ПРИ необходимости все расчеты повторяют.
В результате расчетов первого этапа получаем массивы данных (е^, уы), (£р:к, урк) для второго этапа.
На втором этапе расчета производится проверка прочности внецентренно загруженного ТБК. Расчетная схема нормального сечения трубобетонного элемента изображена на рис. 9. Для кольцевой формы поперечного сечения разбивку на малые элементы удобнее выполнять в полярной системе координат.
Расчет ведется в соответствии с основными положениями СП 52-101-2003.
Для ТБК, на которые действуют изгибающий момент Мпи и
продольная сила N. с начальным
эксцентриситетом е0, условия
прочности записываются в следующем виде:
м„ <!>„-+Аэ*„; (18> г„
N. <£>13 — + йпеа, (19) г„
Рис. 9 - Расчетная схема нормального сечения ТБК
где е - относительная продольная деформация волокна, расположенного
„ 1 - -7
на пересечении координатных осей; — - кривизна продольной оси в
г„
плоскости действия изгибающего момента Мп - М^ + Ы,е0; Ц, -жесткостные характеристики, вычисляемые по формулам типа
А, =1 + 1 (20)
./ *
и т.д. согласно СП 52-101-2003.
Значения предельных относительных деформаций бетона гЬт при
однозначной равномерной эпюре деформаций принимают равными деформации бетонного ядра центрально сжатого трубобетонного элемента еш- Для ее
определения получена следующая формула
г л
1
о I 2ка"г„
£ьо +—р V ЕЬ )
(21)
в которой еьо - величина относительной деформации бетона в вершине
диаграммы «аь:-£ьг» при осевом сжатии, принимаемая согласно СП 52-101-2003; уы - коэффициент упругости бетона в вершине диаграммы « аЬг - еЬг» (в первой
итерации можно принимать = 0,5).
Предельные относительные деформации сжатого бетона при двузначной и однозначной неравномерной эпюрах деформаций в нормальном сечении принимаются в соответствии с методикой норм. Для исключения чрезмерных деформаций ТБК при назначении еЬги учитывается ограничение ет < 0,004.
Предельное значение интенсивности относительных деформаций наиболее сжатого участка ер, стальной оболочки и относительной деформации удлинения растянутого участка стальной оболочки ер. тах рекомендуется назначать:
- для сталей с физической площадкой текучести - гри = р +0,015 ;
- для сталей с условной площадкой текучести - е[ш =0,025.
Гибкость внецентренно сжатых трубобетонных элементов учитывается путем увеличения начального эксцентриситета е„ на величину продольного прогиба
При продолжительном действии нагрузки напряженно-деформированное состояние железобетонной конструкции со временем может существенно меняться вследствие проявления неравновесных процессов деформирования. В связи с этим значение относительных деформаций бетонного ядра и стальной оболочки ТБК предлагается определять с учетом реологических свойств бетона.
В процессе твердения бетона в раннем возрасте, когда в основном проявляется химическая усадка, в выполненных экспериментах не удалось зафиксиро-
вать сколь-нибудь заметную ее величину. Медленно развивающиеся деформации высыхания, вследствие изоляции бетонного ядра, также оказались очень малы. Поэтому влияние усадочных деформаций на изменение напряженно-деформированного состояния ТБК с течением времени несущественно и им можно пренебречь.
Несмотря на приоритетно высокий уровень разработок отечественных ученых в данной области (C.B. Александровского, НХАрутюняна, А.Д.Беглова,
B.М.Бондаренко, С.В.Бондаренко, П.И.Васильева, А.Б.Голышева, С.М.Крылова,
C.Б.Крылова, А.Ф.Милованова, Ю.Н.Малашкина, Е.И. Прокоповича, Р.С.Санжа-ровского, В.Д.Харлаба, Е.Н.Щербакова, А.В.Яшина и др.) для объемно сжатых конструкций исследований ползучести бетона проведено крайне мало. В связи с большими трудностями, возникающими при использовании нелинейных вариантов теории ползучести для расчета ТБК в общей постановке задачи, воспользуемся предложением В.М.Бондаренко по использованию меры простой ползучести.
Бетон в колоннах зданий работает в условиях мгновенного (в статическом смысле) загружения образца сжатием с поддержанием в дальнейшем напряжений на уровне, близком к постоянному при небольших колебаниях температуры и влажности окружающей среды. Для таких условий неравновесные процессы силового деформирования бетона могут быть описаны с помощью меры простой ползучести, которая является эмпирически подобранной функций лишь двух аргументов: времени момента загружения и времени момента наблюдения. В этой связи, для аналитического описания связи между деформациями и напряжениями, можно предложить достаточно простую методику, основанную на использовании диаграмм-изохрон (работы В.М.Бондаренко, П.И.Васильева, Н.И.Карпенко).
Этот подход и был использован при дальнейшем развитии предлагаемого метода расчета прочности и оценки НДС ТБК для условий длительного деформирования. В диссертации приведены допущения для принятой расчетной модели.
Преимущество данного способа заключается в возможности описывать диаграммы crh(t,t0)- eh(t,t0) при различных режимах кратковременного и длительного загружения на всех стадиях деформирования с помощью единообразных зависимостей. Аналитическая запись диаграмм-изохрон для любого времени t ( t0 - возраст бетона к началу загружения) в объемной постановке подобна аналогичной записи диаграмм кратковременного деформирования бетона в виде системы (1), где учитываются коэффициенты изменения секущего модуля деформаций бетона в рассматриваемый момент времени vhJ(t,t0). Значение коэффициентов vhj (t, tQ ) определяются с использованием формулы подобной (2), но с учетом характеристики линейной ползучести объемно сжатого бетона<p3(t,t0), которую для ТБК рекомендуется находить по формуле
1 + кт
где <Pi{t,t0) ~ линейная составляющая характеристики ползучести одноосно сжатого бетона.
Линейную составляющую характеристики ползучести (p¡(t,t0) для рассматриваемого момента времени t и простого режима нагружения предлагается находить по формуле И.Е.Прокоповича, в зависимости от предельной характеристики линейной ползучести одноосно сжатого бетона <р, определяемой по указаниям СНиП 52-01-03.
При расчете ПО ТБК предельную характеристику линейной ползучести <р находят с учетом длительного прессования бетонной смеси давлением Р=етм-
срр = {а + Ъ-е-ш«)ср, (23)
где а и Ъ - коэффициенты, подбираемые эмпирическим путем, причем а + Ь-\.
Значения коэффициентов а и b найдены нами статистической обработкой экспериментальных данных - наших и Г.В.Мурашкина. В результате, с небольшим округлением, принято а = Ь - 0,5.
Для учета нелинейной ползучести используется функция fcj, значение которой для каждого из направлений j вычисляется в зависимости от соответствующего уровня напряжений г\ы = ahJ<т по формуле
/?/ = ехр(1,5(^-г)), (24)
в которой для ТБК принимается ^. = 0,5 -1, ^ = 0,5; для ПО ТБК -
t]hJ =0,55-1, 7 = 0,55.При щ<г fcj= 1.
Более точное определение характеристики ползучести бетонного ядра ТБК рекомендуется выполнять с учетом изменения во времени модуля упругости бетона по формуле
¿АШ^+гМЩ^- (25)
Формула (25) получена на основании предложения С.В.Александровского по нахождению меры ползучести одноосно сжатого бетона.
Относительный предел длительной прочности бетона ТБК, определяемый отношением = может быть вычислен с помощью
зависимости, предложенной по аналогии с известной формулой Ю.В.Зайцева для случая одноосного сжатия без учета предшествующего нагружения
, = С } ', (26)
Ш:Л,о) RMV+vM)
в которой Rh3(t0) И RhJ(t) - прочности бетона при объемном сжатии соответственно к моменту загружения t0 и ко времени t.
Вследствие развития ползучести во времени происходит нарастание осевых деформаций бетонного ядра, что сопровождается дополнительными деформациями стальной оболочки. Следовательно, напряженно-деформированное состояние элемента изменяется. Все эти процессы учитываются в предлагаемой методике расчета длительной прочности ТБК.
В главе 6 изложены упрощенный и приближенный методы расчета прочности сжатых трубобетонных элементов для инженерных расчетов на практике проектирования.
Упрощенный метод основан на нелинейной деформационной модели железобетона с использованием кусочно-линейных диаграмм деформирования бетонного ядра и стальной оболочки. Он предложен на основании анализов результатов, полученных с использованием зависимостей главы 5.
В качестве расчетной диаграммы состояния бетона « оь„ - £ь„» используется трехлинейная диаграмма, принимаемая согласно указаниям СП 52-101-2003 (^заменяется на и £ш на £ш). В качестве диаграммы состояния стальной
оболочки «сг -е », определяющей связь между напряжениями и относительными деформациями осевого направления при центральном сжатии, можно принимать трехлинейную диаграмму по рис. 10 (правая часть диаграммы, включая пунктирную линию).
Для определения напряжения арЛ в вершине диаграммы получена корреляционная зависимость следующего вида:
где Ц =Лр1Л - коэффициент армирования.
Для определения напряжения в другой параметрической точке данной диаграммы (см. рис. 10) получена формула
(27)
При этом соответствующая деформация с= е)
Рис. 10 - Расчетная диаграмма состояния стальной оболочки ТБК
Для практических расчетов прочности внецентренно сжатых элементов диаграмму стальной оболочки и арматуры ядра рекомендуется принимать в еще более упрощенном виде. Участок в области растяжения соответствует диаграмме Прандтля. В области сжатия после завершения упругой работы (точка с координатами ар,3, е*'рг на рис. 10) принимается горизонтальный участок с схр. = сгр;3
вплоть до относительной деформации е рги = •
Приближенный метод основан на определении предельных усилий в бетонном ядре и стальной оболочке. По данному методу при гибкости 10/с1 < 20
и относительных эксцентриситетах приложения сжимающей силы в0/с1 < 0,5 проверка прочности ТБК круглого сечения производится из условия
N < те<р(р,, [Я,, А + ар:Ъ Ар + ), (29)
где А, ,„, - общее количество стержневой арматуры в поперечном сечении; те -
коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,95 при диаметре элемента £/<150 мм, в остальных случаях те = 1; (р ~ коэффициент продольного изгиба,
определяемый согласно рекомендациям Л.И.Стороженко; (ре - коэффициент, учитывающий влияние начального эксцентриситета приложения сжимающей силы на прочность ТБК
При расчете на длительные нагрузки расчетное сопротивление бетона следует умножать на коэффициент условий работы уы = 0,8 .
При определении р предлагается использовать гибкость композитного элемента • Формулы для расчета Д^ТБК круглого и кольцевого сечений
приведены в диссертации.
Для внецентренно сжатых ТБК назначение их геометрических параметров и приближенное определение несущей способности можно также выполнять с помощью приведенной в работе номограммы.
Реализация итерационного метода была произведена в виде алгоритма и программы для ЭВМ, по которой были определены теоретические разрушающие нагрузки А'„ для трубобетонных элементов малой гибкости (Ш < 5), испытанных на центральное и внецентренное сжатие как нами, так и другими учеными. Исходные данные для расчетов принимались по данным наиболее известных научных школ в области ТБК, возглавляемых Л.И.Стороженко и И.ГЛюдковским.
(30)
Для большей наглядности и объективности проводимого сопоставления трубобетонные элементы принимались с самыми различными геометрическими и конструктивными параметрами:
- наружным диаметром внешней стальной оболочки от 93 мм до 1020 мм;
- толщиной стенки внешней стальной оболочки от 0,8 мм до 13,3 мм;
- пределом текучести стали оболочки от 240 МПа до 440 МПа;
- призменной прочностью бетона от до 11,7 МПа до 104 МПа;
- относительными эксцентриситетами сжимающей нагрузки е0/й? = 0 * 1.
Сопоставление теоретических и опытных значений разрушающих нагрузок выполнено для 77 центрально сжатых и 46 внецентренно сжатых ТБК. Результаты свидетельствует об их удовлетворительном совпадении: для центрально сжатых образцов наибольшие расхождения составляют +19...-10 % при величине коэффициента вариации вектора ошибок Уб = 0,04; для внецентренно сжатых
образцов наибольшие расхождения составили+19...-16% при У6 =0,08-
Анализ свидетельствует о том, что итерационный метод дает заметно лучшую сходимость с опытами по сравнению с известными предложениями по расчету ТБК. Использование упрощенного метода приводит к росту погрешности на 3+9 % в сторону запаса прочности, что для целей проектирования вполне приемлемо. Приближенный метод дает расхождения с экспериментальными данными +22...-20% при уе - 0,12 • Таким образом, можно констатировать, что практическое использование всего комплекса разработанных методов дает достаточно достоверную и надежную оценку прочности и НДС как ТБК, так и ПО ТБК.
В главе 7 приведены сведения о внедрении предложенных трубобетонных колонн и методов их расчета в практику строительства и проектирования.
Внедрение ТБК новой конструкции произведено при реконструкции ресторана «Станица» в г. Магнитогорске, при строительстве уникального толстолистового стана 5000 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», трехэтажного офисного здания с производственными помещениями, подземной автостоянки и двухэтажного магазина строительных материалов в г.Магнитогорске, производственного здания («бомбоубежища») в г.Пдаст Челябинской области. Экономический эффект от внедрения составил 4,2 млн. руб.
Внедрение разработанных методов расчета произведено в нормативный документ по расчету и конструированию ТБК и ПО ТБК - СТО «Трубобетонные колонны», разработанного и изданного НИИЖБ с участием автора.
Внедрение в учебный процесс произведено в Ростовском государственном строительном, Воронежском государственном архитектурно-строительном, Магнитогорском государственном техническом и Кабардино-Балкарском государственном университетах.
Разработаны также новые конструктивные решения стыков ТБК с перекрытиями и предложения по их расчету, представленные в отдельном Приложении и имеющие существенные отличия от традиционных решений для железобетонных или стальных конструкций, что дало возможность реального
практического применения ТБК на указанных выше объектах при надежных узлах сопряжения ТБК с другими несущими элементами зданий - фундаментами, перекрытиями, колоннами выше расположенных этажей.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Разработана новая конструкция трубобетонной колонны с предварительно обжатым бетонным ядром, защищенная патентами и авторскими свидетельствами. Предложено три способа ее изготовления: длительным прессованием бетонной смеси с помощью пустотообразователя специальной конструкции; прессованием бетонной смеси последовательным вдавливанием в нее стальных трубок вдоль направляющего стержня, расположенного коаксиально внешней обойме; с использованием энергии расширяющегося цемента. Разработаны технология, установка и оснастка для изготовления сжатых трубобетонных элементов с предварительно обжатым ядром.
2. Проведенные оригинальные экспериментальные исследования трубобетонных элементов обычных и с предварительно обжатым ядром на центральное и внецентренное сжатие показали, что в последних за счет роста прочности бетонного ядра существенно возрастают предел упругой работы, разрушающая нагрузка и жесткость и снижаются прогибы по сравнению с элементами без обжатия, наблюдается значительно большая общая эффективность трубобетонных элементов с предварительно обжатым ядром при неизменном пластичном характере разрушения.
3. Экспериментально доказано, что деформации усадки и ползучести бетона в трубобетонных колоннах с предварительно обжатым ядром существенно меньше, чем в обычных трубобетонных и значительно меньше, чем в традиционных железобетонных колоннах.
4. Выявлено, что предел длительной прочности трубобетонных элементов с предварительно обжатым ядром при сжатии со случайными эксцентриситетами примерно соответствует уровню нагружения г| = 0,85.
5. Разработан итерационный метод расчета прочности и оценки НДС трубобетонных сжатых элементов с предварительно обжатым ядром и обычных при кратковременном действии нагрузки на основе нелинейной деформационной модели, учитывающий неоднородность напряженного состояния и физическую нелинейность бетонного ядра и стальной оболочки, произведено распространение его на длительное действие нагрузки с позиций единого подхода.
6. Разработаны инженерные методы расчета прочности трубобетонных сжатых элементов с предварительно обжатым ядром и обычных: упрощенный метод расчета - с использованием нелинейной деформационной модели и приближенный метод расчета - по предельным усилиям. Оба метода могут быть реализованы в практических расчетах без ЭВМ при сжатии с любыми
эксцентриситетами.
7. Получены зависимости для определения координат вершины диаграммы «<7^ - £ь,» бетона центрально сжатого ядра трубобетонного элемента в
условиях объемного напряженно-деформированного состояния при кратковременном и длительном сжатии. Предложены зависимости для учета влияния предварительного обжатия бетонного ядра на прочностные и деформационные характеристики бетона. Получены зависимости для расчета параметров НДС бетонного ядра и стальной оболочки - коэффициентов упругости и поперечных деформаций, бокового давления бетона в упруго-пластической и пластической стадиях работы.
8. На основании применения диаграмм-изохрон получено аналитическое описание связи между напряжениями и деформациями бетонного ядра и стальной оболочки трубобетонной колонны при длительной нагрузке, предложены формулы для определения характеристики линейной ползучести обьем-но-напряженного бетона, предела длительной прочности бетонного ядра.
9. Широкомасштабная проверка применимости разработанных рекомендаций и методов расчета, выполненная на большом количестве опытных образцов автора и других исследователей с широким диапазоном варьирования различных факторов и параметров, подтвердила их достоверность и надежность, а также возможность широкого применения в практическом проектировании и строительстве.
10. Осуществлено опытное внедрение трубобетонных колонн с предварительно обжатым ядром на шести объектах в г. Магнитогорске и Челябинской области с суммарным экономическим эффектом 4,2 млн. руб. При этом разработаны новые конструктивные решения стыков трубобетонных колонн, предложения по их конструированию и расчету.
11. Разработан и издан утвержденный нормативный документ СТО «Трубобетонные колонны», содержащий предложенные методы их расчета и открывший путь к расширенному проектированию и внедрению трубобетонных колонн в практику проектирования и строительства.
Основное содержание диссертации опубликовано в 65 работах:
- в 14 рекомендованных ВАК изданиях:
1. Матвеев В.Г. Пустотные брусковые элементы из опрессованного бетона/ В.Г.Матвеев, А.Л.Кришан // Бетон и железобетон -И« 7,1989. - С. 24-25. (лично автором выполнено 1 е.).
2. Матвеев В.Г. Напряженно-деформированное состояние сжатых брусковых емен-тов пустотного сечения из опрессованного бетона / В.Г.Матвеев, АЛ.Кришан, В.П.Максименко // Известия вузов. Строительство и архитектура - № 8, 1990. - С. 132-135. (лично автором выполнено 1 е.).
3. Матвеев В.Г. Стержневые элементы пустотного сечения / В.Г.Матвеев, АЛ.Кришан, А.А.Варламов // Бетон и железобетон - № 1, 1993. - С. 2-4. (лично автором выполнено 1 е.).
4. Кришан АЛ. Сталетрубобетонные колонны с предварительно обжатым ядром / АЛ.Кришан, М.Ш.Гареев, АИ.Сагадатов // Бетон и железобетон - № 6, 2004. - С. 11-14. (лично автором выполнено 1,3 е.).
5. Кришан АЛ. Новый подход к оценке прочности сжатых трубобетонных элементов / АЛ.Кришан // Бетон и железобетон - № 3,2008. - С. 2-5.
6. Кришан АЛ. Предварительно обжатые трубобетонные элементы кольцевого сечения / АЛ.Кришан, М.Ш.Гареев, А.И.Сагадатов // Бетон и железобетон - № 4, 2008. - С. 7-11. (лично автором выполнено 2 е.).
7. Кришан АЛ. Определение несущей способности сжатых трубобетонных элементов / АЛ.Кришан, А.И.Заикин, М.С.Купфер // Бетон и железобетон - № 2, 2008. - С. 22-25. (лично автором выполнено 1,3 е.).
8. Кришан АЛ. Определение разрушающей нагрузки сжатых трубобетонных элементов / АЛ.Кришан, А.И.Заикин, М.С.Купфер // Бетон и железобетон - № 9,2009. - С. 1316. (лично автором выполнено 1,3 е.).
9. Кришан АЛ. Трубобетонные колонны для многоэтажных зданий / АЛ.Кришан // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений -№ 4,2009. - С. 75-80.
10. Кришан АЛ. Трубобетонные колонны для высотных зданий // АЛ. Кришан, В.В.Ремнев // Промышленное и гражданское строительство - № 10,2009. - С. 22-24. (лично автором выполнено 1,3 е.).
11. Кришан АЛ. Расчет прочности трубобетонных колонн / АЛ.Кришан, А.И.Заикин, А.С.Мельничук // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений -№ 1,2010. - С. 20-25. (лично автором выполнено 2 е.).
12. Кришан АЛ. Об эффективности использования высокопрочного бетона в трубобетонных колоннах / АЛ.Кришан, В.В.Ремнев // Бетон и железобетон - № 2, 2011. - С. 2-4. (лично автором выполнено 1,5 е.).
13. Кришан АЛ. Расчет прочности трубобетонных колонн / АЛ.Кришан, А.И.Заикин //Бетон и железобетон -№ 3, 2011. - С.17-19. (лично автором выполнено 2 е.).
14. Кришан АЛ. Предложения по расчету прочности трубобетонных колонн / АЛ.Кришан, Е.А.Трошкина, А.В.Кузьмин // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2011. № 1. С. 66-69. (лично автором выполнено 1,4 е.).
- в 2 монографиях:
15. Кришан АЛ. Трубобетонные колонны высотных зданий / АЛ.Кришан, А.И.Заикин, А.И.Сагадатов // Монография. - Магнитогорск: ООО «МиниТип», 2010. - 195 с. (лично автором выполнено 155 е.).
16. Кришан АЛ. Трубобетонные колонны с предварительно обжатым ядром / АЛ.Кришан // Монография. - Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2011. - 372 с.
- в 34 других изданиях:
17. Кришан АЛ. Опрессованные бетонные элементы в стальной обойме / АЛ.Кришан // Строительство и образование. Межвуз. сб. науч. тр. Выпуск 3. -Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000 - С. 91 -94.
18. Кришан A.JI. Расчет прочности нормальных сечений внецентренно сжатых оп-рессованных элементов в стальной обойме / АЛ.Кришан // Предотвращение аварий зданий и сооружений: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 1. - Магнитогорск: МГТУ, 2001. С. 136-149.
19. Кришан АЛ. Новая технология формования железобетонных конструкций / АЛ.Кришан // Градостроительство, современные строительные конструкции, технологии, инженерные системы. Межвуз. сб. науч. тр. -Магнитогорск: МГТУ, 2001 - С 91-94.
20. Кришан АЛ. Опрессованный трубобегон / АЛ.Кришан, М.Ш.Гареев, А.И.Сагадатов // Надежность и долговечность строительных материалов. Материалы III Междунар. науч.-техн. конф. Часть II. - Волгоград: ВолгГАСА, 2003 - С. 40-43. (лично автором выполнено 1,3 е.).
21. Кришан АЛ. Сталетрубобегонные элементы с предварительно обжатым ядром / АЛ.Кришан, М.Ш.Гареев // Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья: Сб. докладов Всероссийской научно-практической конференции. - Тольятти: ТГУ, 2004. С. 105-108. (лично автором выполнено 2 с.).
22. Кришан АЛ. Прочность обжатого бетона в стальной обойме / АЛ.Кришан // Архитектура. Строительство. Инженерные системы: Вестник МГТУ. - № 2. - 2003. - С. 1417.
23. Кришан АЛ. Расчет прочности сжатых сталетрубобетонных колонн / АЛ.Кришан, М.Ш.Гареев, А.И.Сагадатов // Эффективные строительные конструкции: теория и практика. Сб. статей III Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза, 2004. С. 42-44. (лично автором выполнено 1 е.).
24. Кришан АЛ. Исследование НДС сжатых трубобетонных элементов / АЛ. Кришан, И.В.Аткишкин, К.С.Кузнецов // Строительство и образование: Межвуз. сб науч тр. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2004. -№11.-С. 105-107. (лично автором выполнено 1 е.).
25. Кришан АЛ. Методика расчета сталетрубобетонных колонн / АЛ.Кришан, М.Ш.Гареев, И.В.Аткишкин // Эффективные строительные конструкции: теория и практика.' Сб. статей III Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза, 2004. - С. 4-6. (лично автором выполнено 1 е.).
26. Кришан АЛ. О предельном состоянии сталетрубобетона / АЛ.Кришан, А.И.Заикин, А.И.Сагадатов // Вестник Уральского государственного технического университета - Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2005. - С. 55-57. (лично автором выполнено 1 е.).
27. Кришан АЛ. Трубобетонные элементы с предварительно обжатым ядром / АЛ.Кришан, А.И.Сагадатов // Бетон и железобетон - пути развития. Научные труды 2-й Всероссийской (Международной) конф. по бетону и железобетону. Т. 2. М.: Дипак, 2005. С. 150-158. (лично автором выполнено 5 е.).
28. Krishan A.L. Steel pipe-concrete columns with preliminary pressed core / A.L. Krishan // Application of Codes, Design and Regulations Opportunities: Proceedings of the International Conference held at the University of Dundee, Scotland, UK, 2005- P. 725-733.
29. Кришан АЛ, Экономическая эффективность применения трубобетонных конструкций / АЛ.Кришан, И.В.Аткишкин, К.С.Кузнецов // Предотвращение аварий зданий и сооружений: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2005. - Вып. 4. - С. 152-157. (лично автором выполнено 2 е.).
30. Кришан АЛ. Определение разрушающей нагрузки центрально сжатых трубобетонных элементов / АЛ.Кришан, А.И.Сагадатов, А.Ю.Кульевич // Развитие вуза через развитие науки. Сб. докладов 4-й Межвуз. науч.-практ. конф. - 4.1 - Тольятти: Современник, ТВТИ, 2006. - С. 30-35. (лично автором выполнено 2 е.).
31. Кришан АЛ. К расчету прочности сжатых трубобетонных элементов / АЛ. Кришан, И.В.Аткишкин, К.С.Кузнецов // Тез. докл. 63-й науч.-техн. конф. - Новосибирск: НГАСУ, 2006. - С. 76. (лично автором выполнено 0,3 е.).
32. Кришан АЛ. Подбор состава бетонной смеси для изготовления высокопрочного бетона / АЛ.Кришан, И.В.Аткишкин, К.С.Кузнецов // Предотвращение аварий зданий и сооружений: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: ООО «МиниТип», 2006. - Вып. 5. - С. 153-155. (лично автором выполнено 1 е.).
33. Кришан АЛ. Сжатые сталетрубобетонные элементы из высокопрочного предварительно обжатого бетона / АЛ. Кришан, И.В.Аткишкин, КС.Кузнецов // Бетон и железобетон в третьем тысячелетии: Мат.-лы IV Междунар. науч.-практич. конф. - Ростов н/Д: РГСУ, 2006. - С. 257-265. (лично автором выполнено 3 е.).
34. Кришан A.J1. Новое конструктивное решение трубобетонных колонн / АЛ.Кришан // III тысячилетие - новый мир: Труды международного форума по проблемам науки, техники и образования. - Т.2. - 2006. - С. 81 -84.
35. Кришан АЛ. Предложения по расчету прочности сжатых трубобетонных элементов / АЛ.Кришан, М.Ш.Гареев, М.С.Купфер // Актуальные проблемы в строительстве и архитетуре. Образование. Наука. Практика: Мат-лы 63-й Всероссийской науч.техн.конф.-Самара: СГАСУ, 2006. - С.356-357. (лично автором выполнено 0,7 е.).
36. Кришан АЛ. Предожения по расчету прочности сжатых трубобетонных элементов / АЛ.Кришан. М.Ш.Гареев, Е.С.Смоленцева // Состояние современной строительной науки: Сб. науч. тр. - Полтава: ЦНТЭИ, 2006. - С. 269-272. (лично автором выполнено 1 е.).
37 Кришан А.Л. Трубобегонные конструкции из высокопрочного бетона / АЛ Кришан И.В.Аткишкин, К.С.Кузнецов // Актуальные проблемы в строительстве и архитетуре. Образование. Наука. Практика: Мат-лы 64-й Всероссийской пауч.техн.конф,-Самара- СГАСУ, 2007. - С.466-467. (лично автором выполнено 0,7 е.).
38 Кришан АЛ. Сжатые трубобегонные элементы с ядром из специального, расширяющегося, безусадочного реопластичного цемента / А Л.Кришан, АС.Мелышчук// Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской обл.. СО. рефе^тов науч.-исследов. работ. - Челябинск: ЮУрГУ, 2007. - С. 208. (лично автором вы-
ПОЛНеН°395Кришан АЛ. Эффективные быстровозводимые каркасные здания / АЛ Кришан И Челябинск. Архитектура. Строительство. № 5. - 2007. - С. 12-13.
РГ кН5Ьап A.L. New approach to estimating the durability of compressed pipe-concrete columns / A.L.Krishan, E.A.Troshkina// Concrete Durability: Achievement and ЕАкшей: Proceedings of the 7,h International Congress held at the University of Dundee, Scotland, UK,
7008 -P 143-151 (лично автором выполнено 4 c.).
41 Кришан АЛ. Трубобегонные колонны с ядром из бетона на расширяющемся цементе /АЛ.Кришан, М.Н.Кошелев, К.С.Кузнецов, А.С.Мельничук// Мат-лы 66-и науч тетконф СбР докл. - Т.2. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. - С. 6-7. (лично
автором выполнено(Х5с.).^ ^ ^^ сечемийтрубобегон,™^
рукций по нелинейной деформационной модели / АЛ Кришан М Ш.Гареев// Эффективные строительные конструкции: теория и практика. Сб. статей YIII Междунар. науч.-техн. кон(Ь - Пенза. 2008. - С. 40-43. Лично автором выполнено 2 с.
конф. Пенсии«. a i Прочность „ормальиых сечений трубобетонных колонн / АЛ.Кришан // Инженерные системы 2009: Мат-лы междунар. науч. пракгич. конф. -М.:
РУДН.2009.-СЛ2. ^ Трубобегонные колонны из высокопрочного бетона /
АЛ.Кришан // Технологии бетонов - № 4,2009. - С. 10-12. w
45 Кришан АЛ. Оценка напряженно-деформированного состояния сжатых труоо-бегонных элементов / АЛ.Кришан, А.И.Сагадатов // Предотвращение аварии здании и ^жен„йМежв".сб. „аД тр. -М., 2009. - Вып. 8. -С. 509-515. (лично автором выполнено^ о). ^ д т) -[-рубобетонные колонны для высотных зданий / АЛ.Кришан, В В Ремнев II Актуальные проблемы исследований по теории сооружении: Сб. науч. статей. - Ч,2/ ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. - М.: ОАО «ЦПП», 2009. - С. 122-129. (лично автором оценка напряженно-деформированного состояния бетонного ядра трубобетонных колонн / АЛ.Кришан // Инженерные системы 2010: Мат-лы междунар. науч. практик..конф. -М.: PW^b С. 75^ прочности трубобетонных колонн круглого поперечного сечения / АЛ.Кришан, Д.Р.Шагеев // Прочность и Разрушения материалов и конструкций: Мат-лы междунар. науч. практич. конф. - Оренбург. 01 У, лли. -
168-173. (лично автором выполнено 3 е.). , пКпишан
49 Кришан АЛ. Расчет прочности трубобетонных колонн / АЛ.Кришан,
А С.Мельничук, В.В.Ремнев // Теория и практика расчета зданий, сооружении и элементов конструкций.^ Аналитические и численные методы: Сб. трудов междунар. науч. практич.
конф-М МГСУ, 2010.-С. 187-198. (лично автором выполнено 4 е.).
50 Кришан АЛ. Реализация нелинейной деформационной модели при расчете прочной трубобетонных колонн / АЛ.Кришан, а.и.Сагадатов, а-СМельничук II Предотвращение аварий зданий и сооружений: Межвуз. сб. науч. тр. - М., 2010. - вып. у. и.
635-644. (лично автором выполнено 3,3 е.). __,
51 Кришан АЛ. Напряженно-деформированное состояние бетонного ядра трубсь бетонных колонн / АЛ. Кришан, Е.А.Трошкина // Строительство и образование: Межвуз.
сб. науч. тр. - Екатеринбург: ФГАОУ ВГТО УрФУ, 2010. - № 13. - С. 44-47. (лично автором выполнено 2 е.).
52. Кришан АЛ. Расчет прочности сжатых трубобегонных элементов при длительном нагружении / АЛ.Кришан // Актуальные проблемы бетона и железобетона: Маг-лы науч. практич. конф. -Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2010. - С. 102-107.
53. Кришан АЛ. Диаграммный расчет прочности трубобегонных колонн / АЛ.Кришан // Инженерные системы 2011: Мат-лы мевдунар. науч. практич. конф. - M • РУДН,2011.-С. 79.
54. Кришан АЛ. К расчету длительной прочности трубобегонных колонн / АЛ.Кришан, А.С.Мельничук // Инженерные системы 2011: Мат-лы мевдунар. науч. практич. конф. -М.: РУДН, 2011. - С. 78. (лично автором выполнено 0,5 е.).
- в 11 авторских свидетельствах и патентах на полезные модели:
55. Сжатый железобетонный призматический элемент, способ и устройство для его изготовления. Амелькин Г.И., Матвеев В.Г., Варламов A.A., Кришан АЛ. A.c. 981536 СССР, МКИ3 Е 04 G 21/12. 1982. Бюл. № 46.
56. Способ изготовления сжатого железобетонного призматического элемента и устройство для его изготовления. Амелькин Г.И., Матвеев В.Г., Варламов A.A., Кришан АЛ. A.c. 1021749 СССР, МКИ3 Е 04 G 21/12.1983. Бюл. №21.
57. Пустотообразователь. Кришан АЛ., Гареев М.Ш. Свидетельство № 21373 на полезную модель: БИПМ, 2002. - № 2.
58. Строительный элемент в виде стойки. Кришан АЛ., Матвеев В.Г., Гареев М.Ш., Матвеев И.В. Свидетельство № 26575 на полезную модель: БИПМ, 2002. - № 34.
59. Установка для формования объемно напряженных стержневых пустотных элементов. Матвеев В.Г., Кришан АЛ.„ Мартынова C.B. Патент на полезную модель: БИПМ. 2004.-№33.
60. Строительный элемент в виде стойки. Кришан АЛ., Аткишкин И.В., Кузнецов К.С., Сагадатов А.И. Патент № 49861 на полезную модель: БИПМ, 2005. - № 34.
61. Стыковое соединение безбалочного железобетонного перекрытия с колонной Кришан АЛ., Купфер М.С., Мельничук A.C. Патент № 71999 на полезную модель: БИПМ, 2008.-№9.
62. Стыковое соединение перекрытия с колонной. Антонюк В.В., Васев А.И., Бур-луцкий Д.В., Купфер М.С., Кришан АЛ. Патент № 73682 на полезную модель: БИПМ, 2008,-№9.
63. Строительный элемент в виде стойки. Кришан АЛ., Антонюк В.В., Сабиров Р.Р., Суровцев М.М. Патент № 95347 на полезную модель: БИПМ, 2010. - № 17.
64. Узел сопряжения трубобегонных колонн с балками перекрытий. Кришан АЛ., Мельничук A.C. Патент№ 95691 на полезную модель: БИПМ, 2010. - № 19.
65. Строительный элемент в виде стойки. Кришан АЛ., Сабиров Р.Р., Суровцов М.М., Кришан М.А., Кошелев М.Н. Патент № 104213 на полезную модель: БИПМ, 2011. -№ 13.
Подписано в печать 06.10.2011. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.
Плоская печать. Усл.печ.л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 689.
455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ФГБОУ ВПО «МГТУ»
Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Кришан, Анатолий Леонидович
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1.1 Основные сведения о трубобетонных колоннах.
1.1.1 Конструктивные решения .трубобетонных колонн 11.
1.1.2 Особенности работы трубобетонных конструкций
1.2 Расчет прочности трубобетонных колонн круглого сечения.
1.2.1 Критерии прочности ТБК
1.2.2 Центрально сжатые элементы
1.2.3 Внецентренно сжатые элементы,
1.3 Цель и задачи исследования.
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ.
КОНСТРУКЦИИ ТРУБОБЕТОННОЙ КОЛОННЫ.:.
2.1 Сущность предлагаемых конструктивных решений
2.2 Конструкция опытных образцов для экспериментальных исследований.
2.3 Методика изготовления образцов ПО ТБК.
2.4 Выводы по главе.2.
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОС ТИ ТБК
ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОМ ДЕЙСТВИИ.
СЖИМАЮЩИХ НАГРУЗОК.
3.1 Методика проведения эксперимента.
3.2 Центрально сжатые образцы.
3.2.1 Результаты испытаний •
3.2.2 Анализ результатов испытаний образцов
3.3.1 Результаты испытаний
3.3.2 Анализ полученных результатов
3.3. Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЧНОСТИ ТБК
ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ ЗАГРУЖЕНИИ.
4.1 Методика проведения экспериментов.•.
4.1.1 Исходные материалы
4.1.2 Конструкции опытных образцов
4.1.3 Методика изготовления опытных; образцов
4.1.4 Используемые приборы и оборудование
4.1.5 Методика проведения' испытаний
4.2 Результаты определения усадочных деформаций.
4.3 Результаты определения деформаций ползучести.
4.4 Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА.
ПРОЧНОСТИ СЖАТЫХ ТРУБОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
5:1с Общие положения по расчету прочности трубобетонного элемента.
5.1.1 Предельное состояние сжатого трубобетонного элемента
5.1.2 Выбор моделей деформирования бетона и стали
5.1.3 Основы расчета по нелинейной деформационной модели
5.2 Напряженно-деформиованное состояние стальной оболочки.
5.3 Напряженно-деформированное состояние бетонного ядра.
5.3.1 Критерий прочности бетона
5.3.2. Построение диаграммы сжатия бетона
5.4 Последовательность расчета прочности нормальных сечений.
5.5 Учет длительности действия.нагрузки.
5.6 Особенности расчета предварительно обжатых колонн.-.
5.7 Выводы по главе 5.'.'.
ГЛАВА 6 ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ.
ТРУБОБЕТОННЫХ КОЛОНН.
6.1 Расчет по линейной деформационной модели.
6.2 Расчет, по предельным усилиям.
6.2.1 Сжатие со случайными эксцентриситетами
6.2.2 Внецентренное сжатие
6.3 Сопоставление данных опытов и расчетов.
6.4 Выводы по главе 6.
ГЛАВА 7 ВНЕДРЕНИЕ ТРУБОБЕТОННЫХ КОЛОНН.
В ПРАКТИКУ СТРОИТЕЛЬСТВА.
7.1 Объекты практического применения трубобетона.
7.2 Разработка нормативного документа по проектированию трубобетонных колонн.
7.3 Разработка конструктивных решений стыков трубобетонных колонн.
7.4 Использование результатов диссертации в учебном процессе.
7.5 Выводы по главе 7.
Введение 2011 год, диссертация по строительству, Кришан, Анатолий Леонидович
Современное строительство характеризуется увеличением высот и пролетов зданий и сооружений, ростом технологических нагрузок, настоятельно требуя применения стержневых вертикальных несущих элементов, обладающих высокой несущей способностью, надежностью и долговечностью при малых поперечных сечениях.
Программой развития Москвы предусмотрено высотное строительство в объеме 60.200 объектов (2015.2020гг.), для которого наиболее подходящей является каркасно-ствольная несущая система.
При выборе материала несущих каркасов современного строительства предпочтение отдают железобетону как более огнестойкому и дешевому материалу, чем металл. В последнее время созданы и применяются высокопрочные бетоны классов В60.В100-И выше.
Однако их применение сдерживается по многим причинам - во-первых, с ростом^ класса бетона выше В70 резко увеличивается его стоимость, во-вторых, традиционные железобетонные конструкции из такого бетона из-за его хрупкости могут в экстремальных условиях мгновенно терять несущую способность - в частности, разрушение сжатых конструкций из таких бетонов,- как и разрушение при высокотемпературном нагреве, будет иметь взрывной характер,.
Одним из путей эффективного использования высокопрочных бетонов является применение трубобетонных колонн (ТБК). Имеющие небольшую гибкость и малые эксцентриситеты приложения продольной силы (характерные для вертикальных несущих элементов каркасов высотных зданий), они обладают исключительно высокой несущей способностью при относительно малых поперечных сечениях, являясь примером удачного сочетания наиболее ценных свойств металла и бетона. Это дает существенную экономию стали и бетона, приводит к уменьшению размеров сечений элементов, их массы и транспортных затрат, а также сохранение всех достоинств металлических конструкций в плане монтажа.
Широкому применению трубобетонных колонн в России препятствуют два обстоятельства. Первое - отсутствие отечественных норм по их проектиро ванию и расчету. Существующие методики расчета существенно отличаются друг от друга, не учитывая или учитывая не в комплексе свойства материалов и особенности сопротивления трубобетонных элементов деформированию как при кратковременной, так и при длительной нагрузке.
Второе - обусловлено наличием существенного конструктивного недостатка сжатых трубобетонных элементов, состоящего в сложности обеспечения совместной работы бетонного ядра и внешней стальной оболочки при эксплуатационных нагрузках. Ввиду разности начальных коэффициентов поперечной деформации бетона и стали, ядро и обойма работают совместно только в начальный период загружения. Затем- стальная оболочка стремится оторваться от поверхности бетона, способствуя возникновению в нем радиальных растягивающих напряжений. Это может привести к нарушению сцепления* между бетонным-ядром и стальной оболочкой. Факторами, усугубляющим этот процесс, может стать усадка бетона и низкая прочность сцепления бетона с трубой.
Работа выполнялась с 1989 по 2011 гг. в соответствии с:
- Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (государственный контракт № П-1454 от 03.09.2009г.);
- договором с ОАО'НИЦ «Строительство» от 22.04.2010г.;
- договорами с ОАО* «Магнитогорский металлургический комбинат» № 2007-11 от 22.03.2007г. и № 2010-27 от 26.04.2010г.
По итогам, выполнения исследований под руководством автора успешно защищено 6 кандидатских диссертаций (Гареевым М.Ш., Ереминым А.К., Матвеевым И.В., Сагадатовым А.И., Аткишкиным И.В., Кузнецовым К.С.), а само научное направление зарегистрировано в ФГНУ ЦИТИС Министерства образования и науки РФ (рег.№ 01201156400).
Цель диссертационной, работы - решение проблемы повышения эффективности трубобетонных колонн путем усовершенствования их конструкции и разработки комплекса методов расчета прочности, наиболее полно учитывающих особенности напряженно-деформированного состояния бетонного ядра и стальной оболочки при действии как кратковременной, так и длительной нагрузки с позиций единого комплексного подхода.
Для достижения цели сформулированы задачи исследования:
1. Разработать конструкцию и способ изготовления ТБК с предварительно обжатым бетонным ядром.
2. Исследовать особенности НДС и прочность трубобетонных элементов с предварительно обжатым бетонным ядром круглого и кольцевого сечения при кратковременно «действующей центральной и внецентренной сжимающей нагрузке.
3. Изучить НДС и прочность предварительно обжатых трубобетонных элементов при длительно действующей сжимающей нагрузке, исследовать реологические свойства предварительно обжатого бетона.
4. Разработать итерационный метод расчета прочности и оценки напряженно-деформированного состояния предварительно обжатых трубобетонных элементов при кратковременном и длительном действии центральной и внецентренной нагрузки, позволяющий наиболее полно учитывать физическую нелинейность бетонного ядра и стальной оболочки и неоднородность НДС.
5. Предложить инженерные методы расчета прочности предварительно обжатых трубобетонных элементов дляиспользования в практике проектирования.
6. Разработать рекомендации для нормирования, расчета и проектирования предварительно обжатых и обычных трубобетонных колонн.
7. Осуществить экспериментальное внедрение предварительно обжатых трубобетонных колонн и доказать их технико-экономическую эффективность.
Автор защищает:
• новое конструктивное решение трубобетонных элементов, имеющих предварительно обжатое бетонное ядро;
• результаты экспериментальных исследований прочности и деформатив-ности трубобетонных элементов с предварительно обжатым бетонным ядром при центральном и внецентренном действии кратковременной сжимающей нагрузки;
• результаты экспериментальных исследований реологических свойств и длительной прочности сжатых ТБК с предварительно обжатым бетонным ядром;
• итерационный метод расчета прочности ТБК, включая:
- построение; расчетной модели деформирования внецентренно сжатого трубобетонного элемента с учетом физической нелинейности железобетона и приобретаемой в процессе нагружения неоднородности и анизотропии;
- построение диаграмм деформирования- бетонного; ядра, и стальной; оболочки при осевом сжатии;
- зависимости для* основных параметров НДС бетонного ядра и стальной оболочки-; в упруго-пластической- и; пластической стадиях работы конструкции; учитывающие, в том числе; предварительное обжатие ТБК;
• упрощенный метод расчета прочности ТБК на основе нелинейной деформационной модели;
• приближенный метод оценки-прочности ТБК по ^предельным усилиям;
• новые конструктивные решения узлов сопряжения трубобетонных колонн с междуэтажными перекрытиями.
Научная новизна работы:
- усовершенствованная; конструкция сжатого трубобетонного - элемента с предварительно обжатым бетонным ядром;
- результаты экспериментальных и теоретических исследований напряженно-деформированного состояния трубобетонных элементов' обычных и с предварительно обжатым^ бетонным ядром при кратковременном и длительном осевом, и внецентренном сжатии;
- итерационный метод расчета прочности и оценки НДС ТБК при кратковременном и длительном сжатии,, учитывающий физическую нелинейность компонентов (бетонного ядра и стальной? оболочки); неоднородность их напряженного состояния; наличие предварительного обжатия бетона;
- упрощенный метод расчета прочности ТБК с: использованием нелинейной деформационной модели железобетона;
- приближенный метод расчета прочности ТБК по предельным усилиям;
- зависимости для основных параметров, отражающих особенности НДС ядра и оболочки в упруго-пластической и пластической стадиях работы (прочность бетона, коэффициент бокового давления, коэффициенты поперечных деформаций, величина относительной деформации бетона ядра для вершины диаграммы состояния "<т6, — " и др.); выражение для характеристики линейной ползучести объемно-напряженного бетона.
Практическая значимость работы:
- разработаны,новая конструкция, технология, оснастка и способ изготовления ТБК с предварительно обжатым ядром;
- разработан комплекс из итерационного, упрощенного и приближенного методов для расчета прочности ТБК как на ЭВМ, так и вручную;
- разработана нормативно-техническая документация с рекомендациями по расчету и' конструированию колонн со стальной обоймой (трубобетонных колонн) для многоэтажных промышленных и гражданских зданий, в том числе узлов сопряжения колонн с перекрытиями.
Достоверность и обоснованность положений и выводов диссертации обеспечивается методически обоснованным комплексом исследований с использованием современного оборудования и приборов, поверенных и метрологически аттестованных; применением вероятностно-статистических методов обработки опытных данных; общепринятых допущений теорий сопротивления материалов, упругости, пластичности и современной нелинейной теории железобетона; подтверждается соответствием результатов расчета по разработанным методикам с экспериментальными данными, полученными другими исследователями.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на 33 научно-технических конференциях. Основные положения диссертации изложены в 66 печатных трудах, в том числе 11 изданиях, рекомендованных ВАК и 2 монографиях.
Внедрение результатов. Разработанные предложения по расчету и конструированию трубобетонных колонн включены нормативный документ СТО «Трубобетонные колонны» (ФГУП «НИЦ «Строительство», 2011) для проектирования трубобетонных колонн многоэтажных зданий и сооружений из тяжелого бетона классов В15. .В 100, при статическом действии нагрузки.
Практическое внедрение ТБК предложенной конструкции осуществлено на шести объектах в г. Магнитогорске и Челябинской области, в том числе при строительстве уникального комплекса толстолистового стана 5000 ОАО «ММК». Экономическая эффективность от внедрения новых конструкций составила 4,2 млн. руб.
Результаты диссертационной работы широко внедрены и используются в учебном процессе специальности «Промышленное и гражданское строительство» ряда вузов страны - Ростовском государственном строительном университете, Магнитогорском государственном техническом университете, Кабардино-Балкарском государственном университете и др.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, семи глав, основных выводов работы, списка использованных источников из 236 наименований и 3 приложений. Она изложена на 380 страницах компьютерного текста, включая 166 рисунков, 31 таблицу.
Заключение диссертация на тему "Прочность трубобетонных колонн с предварительно обжатым ядром"
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
1. Разработана новая конструкция трубобетонной колонны с предварительно обжатым бетонным ядром, защищенная патентами и авторскими свидетельствами. Предложено три способа< ее изготовления: длительным У прессованием бетонной смеси с помощью пустотообразователя специальной конструкции; прессованием бетонной смеси последовательным вдавливанием в нее стальных трубок вдоль направляющего стержня, расположенного коакси-ально внешней обойме; с использованием энергии расширяющегося цемента.
Разработаны технология, установка-и оснастка для изготовления сжатых трубобетонных элементов с предварительно обжатым ядром.
2. Проведенные оригинальные экспериментальные исследования трубобетонных элементов обычных и с предварительно обжатым ядром на центральное и внецентренное сжатие показали, что в последних за счет роста прочности бетонного ядра существенно возрастают предел упругой работы, разрушающая- нагрузка и жесткость и уменьшаются, прогибы по сравнению с элементами без обжатия, наблюдается значительно большая общая эффективность трубобетонных элементов с предварительно обжатым ядром при неизменном пластичном характере разрушения.
3. Экспериментально доказано, что деформации усадкш и. ползучести бетона в трубобетонных колоннах с предварительно обжатым ядром существенно меньше, чем в обычных трубобетонных колоннах и значительно меньше, чем в традиционных железобетонных конструкциях.
4. Выявлено, что предел длительной прочности трубобетонных элементов с предварительно обжатым ядром при сжатии со случайными эксцентриситетами соответствует уровню нагружения г) = 0,85.
5. Разработан итерационный метод расчета прочности и оценки НДС трубобетонных сжатых элементов с предварительно обжатым ядром и обычных при кратковременном действии нагрузки на основе нелинейной деформационной модели, учитывающий неоднородность напряженного состояния и физическую нелинейность бетонного ядра и стальной оболочки, произведено распространение его на длительное действие нагрузки с позиций единого подхода.
6. Разработаны инженерные методы расчета прочности трубобетон-ных сжатых элементов с предварительно обжатым ядром и обычных: упрощенный метод расчета - с использованием нелинейной деформационной модели и приближенный метод расчета - по предельным усилиям. Оба метода могут быть реализованы в практических расчетах без ЭВМ при сжатии с любыми эксцентриситетами.
7. Получены зависимости для определения координат вершины диаграммы "сгь„ — £ь," бетона центрально сжатого ядра трубобетонного элемента в условиях объемного напряженно-деформированного- состояния? при кратко-' временном и длительном сжатии. Предложены зависимости для учета влияния предварительного обжатия бетонного ядра на прочностные и деформационные характеристики бетона. Получены зависимости для расчета параметров НДС бетонного ядра и стальной оболочки*- коэффициентов упругости и поперечных деформаций, бокового давления бетона в упруго-пластической и пластической стадиях работы.
8. На основании применения-диаграмм-изохрон получено аналитическое У описание - связи между напряжениями и* деформациями бетонного ядра и
I стальной оболочки трубобетонной колонны при длительной нагрузке; предложены формулы для определения характеристики линейной ползучести объемно-напряженного бетона, предела длительной прочности бетонного ядра.
9. Широкомасштабная проверка применимости разработанных рекомендаций и методов расчета, выполненная на большом количестве опытных образцов автора и других исследователей с широким диапазоном варьирования различных факторов и параметров, подтвердила их достоверность и надежность, а также возможность применения в практическом проектировании и строительстве.
Ю.Осуществлено опытное внедрение трубобетонных колонн с предварительно обжатым ядром на шести объектах в г. Магнитогорске и Челябинской области с суммарным экономическим эффектом 4,2 млн. руб. При этом разработаны новые конструктивные решения стыков трубобетонных колонн, предложения по их конструированию и расчету.
11. Разработан и издан утвержденный нормативный документ СТО «Трубобетонные колонны», содержащий предложенные методы их расчета и открывший путь к расширенному проектированию и внедрению трубобетонных колонн в практику проектирования и строительства.
Библиография Кришан, Анатолий Леонидович, диссертация по теме Строительные конструкции, здания и сооружения
1. Александровский C.B. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на изменение температуры и влажности с учетом ползучести. — М.: Стройиздат, 1973.- 432 с.
2. Алмазов В.О. Проектирование железобетонных конструкций по Евронор-мам. Научное издание. — М.: Ассоциация строительных вузов. 2007. 216 с.
3. Алперина О.И. Исследование сжатых железобетонных элементов с поперечным армированием: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. — М., 1960. 24 с.
4. Арутюнян Н.Х. Некоторые вопросы теории ползучести. — М. Л.: Гостехиз-дат, 1952.-323 с.
5. Аткишкин И.В. Длительная прочность сжатых трубобетонных элементов с внутренним стальным сердечником. Дисс. . канд. техн. наук Магнитогорск, 2006. - 154 с.
6. Ахвердов И.Н. Основы физики бетона. — М.: Стройиздат, 1981. 464 с.
7. Байков В.Н. Особенности разрушения бетона, обусловленные его ортотроп-ным деформированием // Бетон и железобетон, 1988, № 12. — С.13-1'4.
8. Бамбура А.Н: Диаграмма напряжение-деформация для бетона при центральном сжатии // Вопросы прочности, деформативности и трещиностойкости железобетона: Сб. науч. тр. Ростов-на-Дону: РИСИ- 1980;- С. 19-22.
9. Берг. О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. -М.: Стройиздат, 1962. 96 с.
10. Берг О.Я., Рожков А.И. Исследование неупругих деформаций и структурных изменений высокопрочного бетона при длительном действии сжимающих напряжений. Тр. ЦНИИС, вып.70, М., 1969. С. 11-18.
11. Блещик Н.П. Структурно-механические свойства и реология бетонной смеси и пресс-вакуум-бетона. Минск: Наука и техника, 1977. -232 с.
12. Бондаренко В.М. Сопротивление осевому сжатию сталетрубобетонных элементов круглого сечения с ядром из напрягающего бетона // Автореф. дис. . канд. техн. наук Минск, 2010. - 20 с.
13. Бондаренко В.М. Теория силового сопротивления железобетона. — Барнаул, 1996.-240 с.
14. Бондаренко В.М., Бондаренко C.B. Инженерные методы нелинейной теории железобетона. — М.: Стройиздат, 1982.-287 с.
15. Бондаренко C.B. Теория сопротивления строительных конструкций режимным нагружениям.- М.: Стройиздат, 1984.-392 с.
16. Васильев А.П!, Матков Н.Г., Филлипов Б.П. Прочность и деформатив-ность сжатых элементов с косвенным армированием // Бетон и железобетон, 1973, №4. С.17-19.
17. Васильев П.И. Нелинейные деформации ползучести бетона // Известия ВНИИГ, т. 95, 1971. С. 59-69.
18. Васильков А.Н. Предельные кривые для расчетов прочности материалов в условиях сложного напряженного состояния // Тр. Казанского ин-та инженеров-строителей нефтяной пром-ти. Казань, 1956, вып. IY. - С. 101-111.
19. Гамбаров Г.А. Исследование работы спирально армированных и трубобетонных элементов под воздействием центрального сжатия: Дисс. . канд. техн. наук. — М., 1961. — 166 с.
20. Гареев М.Ш. Прочность сжатых сталетрубобетонных элементов с предварительно обжатым ядром. Дисс. . канд. техн. наук Магнитогорск, 2004.- 161 с.
21. Гвоздев A.A. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия. — М.: Госстройиздат, 1949. -280 с.
22. Гвоздев A.A. Определение величины разрушающей нагрузки для статически неопределимых систем // Проект и стандарт. 1934. - №8. - С. 10-16.
23. Гвоздев A.A. Задачи и перспективы развития теории железобетона // Строительная механика и расчет сооружений, 1981, № 6. — С.14-17.
24. Гениев Г.А., Киссюк В.Н., Тюпин Г.А. Теория пластичности бетона и железобетона. -М.:Стройиздат, 1974. — 316 с.
25. Гнедовский В.И. Косвенное армирование железобетонных конструкций. — JL: Стройиздат, Ленингр. отделение, 1981. 128 с.
26. Горин С.С. Жилые небоскребы в Москве: прошлое настоящее будущее. Проблемы, задачи, решения // Уникальные и специальные технологии в строительстве, № 1, 2004.
27. ГОСТ 10178-85. Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия. — М.: Изд-во стандартов, 1999—11 с.
28. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. М.: Изд-во стандартов, 1991. - 46 с.
29. ГОСТ 12004-81'. Сталь арматурная. Методы испытания на растяжение. М.: Изд-во стандартов, 1995. - 27 с.
30. ГОСТ 14637-89. Прокат толстолистовой из*углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1990. — 25 с.
31. ГОСТ 17624-87. Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности. М.: Изд-во стандартов, 1988. - 27 с.
32. ГОСТ 18105-86. Бетоны. Правила контроля прочности. — М.: Изд-во стандартов, 1987.-21 с.
33. ГОСТ 24452-80. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона. М.: Изд-во стандартов, 1982. -18 с.
34. ГОСТ 24544-81*. Бетоны. Методы определения деформаций усадки и ползучести М.: Изд-во стандартов, 1981. - 31 с.
35. ГОСТ 10704-91. Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент. М.: Госстрой СССР, 1992. - 12 с.
36. ГОСТ 10705-80. Трубы стальные электросварные. Технические условия. — М.: Изд-во стандартов, 1981. 24 с.
37. Гуща Ю.П. Влияние диаграммы растяжения и механических характеристик высокопрочных арматурных сталей на несущую способность изгибаемых железобетонных элементов // Теория железобетона. — М., 1972. С. 102118.
38. Дегтерев В.В., Смирнов Н.В., Васькин В.М. Колонны высокой несущей способности из трубобетона с нагружениеи на бетонное ядро// Транспортное строительство. 1995. - № 4. - С. 40-45.
39. ГОСТ 8732-78. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент. — М.: Изд-во стандартов, 1978. — 9 с.
40. Долженко A.A. Усадка бетона в трубчатой обойме // Бетон w железобетон. 1960. - №8. - С. 353-358.
41. Долженко A.A. Трубобетонные конструкции на строительстве производственного здания // Промышленное строительство. 1965. -№6. - С. 23-26.
42. Долженко A.A. Трубчатая арматура в железобетоне: Дисс. . докт. техн. наук. М., 1963. - 413 с.
43. Еврокод 2. Проектирование'железобетонных конструкций. часть 1.1: Основные правила и правила для зданий /Пер. с англ. Под ред. А.С.Залесова. М., 2003 - 232с.
44. Зайцев Ю.В. Моделирование деформаций и прочности бетона методами механики разрушений. М.: Стройиздат, 1982.-196 с.
45. Зайцев Ю.В. Механика разрушения для строителей. М.: Высшая шк., 1991.-277 с.
46. Звездов А.И., Залесов A.C., Мухамедиев Т.А., Чистяков Е.А. Расчет прочности железобетонных конструкций при действии изгибающих моментов и продольных сил по новым нормативным документам / / Бетон и железобетон, 2002, № 2. С. 21-25.
47. Здоренко B.C. Развитие численных методов исследования прочности и устойчивости стержневых и тонкостенных железобетонных конструкций во времени // Дисс. . докт. техн. наук. М. - Киев, 1977. - 302 с.
48. Ивашенко Ю.А., Лобанов А.Д. Исследование процесса разрушения бетона при различных скоростях деформирования // Бетон и железобетон. 1984. - № 11. - С.19-22.
49. Ильюшин A.A. Пластичность. -М.: Гостехиздат, 1948 -376 с.
50. Ильюшин A.A., Огибалов П.М. Упругопластические деформации полых цилиндров. -М.: МГУ, 1960. 224 с.
51. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиз-дат, 1996.-416 с.
52. Карпенко Н.И., Мухамедиев Т.А., Петров А.Н. Исходные и трансформированные диаграммы деформирования бетона и арматуры // Напряженно-деформированное состояние бетонных и железобетонных конструкций. М.:. НИИЖБ, 1986.-С. 7-25.
53. Карпенко Н.И. Об одной характерной функции прочности бетона при трехосном сжатии // Строительная механика и расчет сооружений, 1982, № 2. — С. 33-36.
54. Катаев В.А. Теоретическое исследование и расчет трубобетонных стержней // Бетон и железобетон 1993. - № 2. - С. 26-28.
55. Кикин А.И., Санжаровский P.C., Трулль В.А. Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном. -М.: Стройиздат, 1974. 144 с.
56. Кикин А.И., Трулль В.А., Санжаровский P.C. К проблеме прочности стальных труб, заполненных бетоном // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1977. -№ 6. - С. 3-7.
57. Клепель К., Годер В. Исследование несущей способности трубобетона и определение расчетной формулы: Пер. с нем. — М., 1965. — 82 с.
58. Коврыга С.В. Прочность и деформативность при осевом сжатии стальных труб, заполненных высокопрочным бетоном. Дисс. . канд. техн. наук. М.: НИИЖБ.-1992.-149 с.
59. Козачевский А.И. Модификация деформационной теории пластичеости бетона и плоское напряженное состояние железобетона с трещинами / / Строительная механика и расчет сооружений, 1983, № 4. С. 12-16.
60. Кричевский А.П. Прочность и деформации тяжелого бетона в условиях плоского напряженного состояния с учетом температурных воздействий / / Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1985, № 1. — Новосибирск. — С. 611.
61. Кришан А.Л., Сагадатов А.И., Аткишкин И.В. Распределение прессующего давления в толще бетонной смеси // Строительство и образование: сб. науч. тр. Вып. 7. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2004. - С. 108110.
62. Кришан А.Л. Сжатые железобетонные брусковые элементы пустотного сечения из опрессованного бетона. Дисс. . канд. техн. наук. Челябинск, 1986. -192 с.
63. Кришан А.Л. Свидетельство на полезную модель № 1Ш 21373 Ш, МКИ 7 В 28 В 7/32. Пустотообразователь. БИМП. 2002. № 2.
64. Кришан А.Л. Трубобетонные колонны с предварительно обжатым ядром: Монография Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2011. - 372 с.
65. Круглов В.М. Нелинейные соотношения и критерий прочности бетона в трехосном напряженном состоянии // Строительная механика и расчет сооружений, 1987, № 1. С. 40-48.
66. Крылов С.Б., Арленинов П.Д. Проверка совместности уравнений линейной теории ползучести и предложения ряда более точных зависимостей // Актуальные проблемы исследований по теории сооружений: Сб. науч. статей. Ч. 2 М.: ОАО «ЦПП», 2009: - С.245-252.
67. Кузнецов К.С. Прочность и деформативность колонн из стальных труб, заполненных высокопрочным предварительно обжатым бетоном . Дисс. . канд. техн. наук Магнитогорск, 2007. - 154 с.
68. Кульманов А.К. Прочность бетона при сложном нагружении в условиях трехосного сжатия // Новые исследования по технологии расчета и конструирования железобетонных конструкций:- М.: НИИЖБ, 1980.- С. 79-83.
69. Лейтес Е.С. Вариант теории пластического течения бетона / / Строительная механика и расчет сооружений.- 1978.- № 3. С.34-37.
70. Липатов А.Ф. Исследование прочности трубобетонных элементов / Сб. статей «Труды ЦНИИИС». Вып. 19: - М!: Трансжелдориздат, 1956. - С. 15-25.
71. Лукша Л.К. Расчет прочности! железобетонных конструкций с учетом сложного напряженного состояния бетона^// Автореф. дис. .докт. техн. наук. -М., 1980.-С. 31.
72. Лукша Л.К. К расчету прочности бетона в обойме // Бетон и железобетон. 1993. - №1. - С. 23-25.
73. Лукша Л.К. К теории предельных поверхностей изотропных строительных материалов. // Структура, прочность и деформативность бетона / Сб. науч. тр. НИИЖБ. 1972. - С. 55-72.
74. Лукша Л.К. Прочность трубобетона. Минск: Высш. шк., 1977. - 95 с.
75. Людковский И.Г., Кузьменко С.М., Самарин С.А. Сталебетонные фермы из гнутосварных профилей // Бетон и железобетон. 1982. - № 7. - С. 30-31.
76. Людковский И.Г., Фонов В.М., Макаричева Н.В. Исследование сжатых трубо бетонных элементов, армированных высокопрочной продольной арматурой // Бетон и железобетон. 1980. - № 7. - С. 17-19.
77. Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. — М.: Воентех-лит, 2000. 256 с.
78. Маилян Л.Р., Иващенко Е.И. Расчет железобетонных элементов на основе действительных диаграмм деформирования материалов. Ростов-на-Дону: РГСУ, 2006. 223 с.
79. Малашкин Ю.Н. Деформирование и разрушение бетона в условиях сложных напряженных состояний: Дис. . докт. техн. наук.- М., 1984.- 443 с.
80. Малашкин Ю.Н., Безгодов И.М. Оценки длительной прочности бетона применительно к многоосным напряженным состояниям // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1998. - № 9. - С. 121 - 125.
81. Маренин В.Ф. Исследование прочности стальных труб, заполненных бетоном, при осевом сжатии: Дисс. . канд. техн. наук. -М., 1959. 158 с.
82. Маренин В.Ф., Ренский А.Б. Вопросы прочности стальных труб, заполненных бетоном // Материалы по металлическим конструкциям. 1959. - Вып. 4.-С. 58-64.
83. Мартиросов Г.М. Шахворостов А.И. Трубобетонные элементы из бетона на напрягающем цементе // Бетон и железобетон 2001. — №4. - С. 12-13.
84. МГСН 4.19.2005. Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий комплексов в г. Москве. М., 2005. 126 с.
85. Милованов А.Ф., Передерий В .Д. Ползучесть бетона при повышенных температурах // Поведение бетонов и элементов железобетонных конструкций при нагреве. М.: НИИЖБ, 1982. - С. 3-14. ;
86. Миролюбов В.Н. К вопросу об обобщении теории октаэдрических касательных напряжений; на, хрупкие материалы. // Тр. Ленинградского технологического института.- Л.: 1953, № 25. — С. 22-28.
87. Митасов В.М., Федорова;Д.А. Аналитическое представление диаграмм арматуры и бетона при одноосном растяжении // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1987.- № 9. - С. 16-20.
88. Митрофанов В.П., Дергам Али Н. Пособие по расчету прочности тру-бобетонных элементов при осевом сжатии:,;Монография:! — Полтава: ПолтНТУ им. Юрия Кондратюка, 2008.-91 с.
89. Митрофанов В.И:, Довженко О:А. О критерии предельного состояния пошрочности центрально сжатых трубобетонных элементов/ Коммунальное хозяйство городов: Вып. 63; Сер. «Архитектура и техника науки». К.':. Техника; 2005. - С.73-86. . ' • ,
90. Мурашкин Г.В. К вопросу о роли длительности приложения давления н физико-химических процессах твердеющего, бетона // Железобетонные конструкции. Куйбышев: КГУ, 1984. -С. 5-20.
91. Мухамедиев Т.А. Методы, расчета статически неопределимых железобетонных стержневых и плоскостных конструкций с учетом нелинейных диаграмм деформирования материалов и режимов нагружения: : Дисс. . докт. техн. наук. М, 1990. - 227 с.
92. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел / Пер. с англ. М.: ИЛ, 1954.- 648 с.
93. Назаренко В.Г., Иванов A.A. Режимная прочность бетонов // Бетон и железобетон. 2008. - № 2. - С. 28-29.
94. Нестерович А.П. Прочность трубобетонных элементов диаметром- 500 мм и более при осевом сжатии: Дисс. . канд. техн. наук. М., 1987. - 236 с.
95. Ноткус А.И., Кудзис А.П. О применении теории малых пластических деформаций' В' теоретическом обосновании условия прочности. // Тр. Вильн. Инженерно-строит. ин-та. Вильнюс, 1977, № 8. С. 21-30*
96. Нурадинов Б.Н. Огнестойкость сталетрубобетонных колонн: Дисс. . канд. техн. наук. М., 1994. - 169 с.
97. Патент на полезную модель № RU 49861. «Строительный элемент в виде стойки». Кришан А.Л., Сагадатов А.И., Аткишкин И.В., Кузнецов К.С., Чернов A.B. БИПМ. 2005. № 34.
98. Передерий Г.П. Железобетонные мосты. Т. 3. М.: Трансжелдориз-дат, 1951.-268 с.
99. Передерий Г.П. Трубчатая арматура. М.: Трансжелдориздат, 1945. — 105 с.
100. Петров А.Н. Деформационная модель нелинейной ползучести железобетона и ее приложение к расчету плосконапряженных элементов и систем из них: Дисс. докт. техн. наук. — М., 2001.-321 с.
101. Пинский В.В. Несущая способность элементов и узлов из трубобетона: Дисс.канд. техн. наук-Кривой Рог,1988. 170 с.
102. Писаренко Г.С., Лебедев A.A. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. — Киев, Наукова думка, 1976. — 416 с.
103. Полезная модель № RU 21373 U1, МКИ3 7 В 28 В 7/32. Пустотообра-зователь / Кришан А. Л. 6 с.
104. Полезная модель № RU 26575 U1, МКИ3 7 Е 04 С 3/36. Строительный элемент в виде стойки / А.Л. Кришан, М.Ш. Гареев, В.Г. Матвеев, И.В. Матвеев4 е.: ил.
105. Полезная модель № RU 49861 U1, МПК7 7 Е 04 С 3/36. Строительный элемент в виде стойки / А.Л. Кришан, А.И. Сагадатов, И.В. Аткишкин, К.С. Кузнецов, A.B. Чернов 4 е.: ил.
106. Поляков A.B., Делос К.П., Яшин A.B., Султанов М.А. Сопротивление трехосному сжатию железобетона и тяжелого бетона при простом и сложном нагружении // Совершенствование методов расчета строительных конструкций.- М.: МАДИ, 1987. С. 67-72.
107. Поляков A.B. К оценке прочности бетонов на пористых заполнителях при неодноосных напряженных состояниях // Совершенствование методов расчета статически неопределимых железобетонных конструкций. М., 1987. - С. 94-102.
108. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций их тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры. -М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986, 194 с.
109. Пособие по проектированию самонапряженных железобетонных конструкций (к СНиП 2.03.01-84). М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 49 с.
110. Пособие по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций.- М.: Стройиздат, 1994.
111. Прокопович И.Е. Влияние длительных процессов на напряженное и деформированное состояния сооружений. — М.: Госстройиздат, 1963. —260 с.
112. Расторгуев Б.С., Ванус Д.С. Расчет железобетонных элементов с поперечным сетчатым армированием // Промышленной и гражданское строител-ство. -2009. № Ю. - С. 53-54.
113. Рейс Э. Учет упругой деформации в теории пластичности / / Теория пластичности. -М.: ИЛ, 1948. С. 206-222.
114. Римшин В.И., Кустикова Ю.О. Механика деформирования и разрушения усиленных железобетонных конструкций // Известия Орловского государственного техн. ун-та. Серия: Строительство и транспорт. Орел, 2007, № 3-15. -С. 53-56.
115. Росновский В.А. Трубобетон в мостостроении. М.: Трансжелдориз-дат, 1963.- 110 с.
116. Росновский В.А., Липатов А.Ф. Исследование труб, заполненных бетоном // Железнодорожное строительство. — 1952. № 11. - С. 27 — 30.
117. Рудаков В.Н. Механика и физика прочности сжатой сталетрубобетон-ной конструкции // Бетон и железобетон' пути развития. Научн. тр. 2-й Всероссийской конф. по бетону и железобетону. НИИЖБ. 2005. т. 2. -С. 555-569.
118. Сабиров Б. Прочность, деформации различных бетонов в условиях кратковременного и длительного трехосного сжатия. Дисс. . канд. техн. наук -Москва, 1989.- 170 с.
119. Сагадатов А.И. Напряженно-деформированное состояние сжатых-тру-бобетонных элементов с внутренним стальным сердечником. Дисс. . канд. техн. наук Магнитогорск, 2006. - 180 с.
120. Санжаровский P.C. Теория и расчет прочности и устойчивости элементов конструкций из стальных труб, заполненных бетоном: Дисс. . докт. техн. наук. М, 1977. - 453 с.
121. Санжаровский P.C. Несущая способность сжатых трубобетонных стержней // Бетон и железобетон. — 1971. — № 11. С. 27 - 29.
122. Санжаровский P.C. К теории расчета на нелинейную ползучесть с учетом длительной прочности / / Исследования по расчету строительных конструкций. Л., 1977. - С. 35-42.
123. Санжаровский P.C. Устойчивость элементов строительных конструкций при ползучести. — Л.: Ленинградский ун-т, 1984. 216 с.
124. Сахаров A.A. Несущая способность трубобетонных элементов с бетоном, твердеющим под давлением. Дисс. . канд. техн. наук Самара, 1991. -159 с.
125. Свидетельство на полезную► модель № RU 26575 U1, МКИ 7 Е 04 С 3/36. Строительный элемент в виде стойки. Кришан А. Л., Гареев М.Ш., Матвеев В. Г., Матвеев И. В. БИМП. 2002. № 34.
126. Семененко Я.П. Определение несущей способности бетонного ядра, заключенного в сплошную стальную обойму // Бетон и железобетон.-1960.-№3.-С.125-129.
127. Сильванович Т.Г., Беспалов И.В., Климашин А.Г. Трубобетонные колонны каркасов жилых зданий // Эффективные строительные конструкции: теория и практика / Сборник статей II международной научно-технической конференции. Пенза, 2003.
128. Скворцов Н.Ф. Прочность сталетрубобетона: Дисс. . докт. техн. наук.-М, 1953.-453 с.
129. Скворцов Н.Ф. Применение сталетрубобетона в мостостроении. М.: Автотрансиздат, 1955. - 88 с.
130. Скоробогатов С.М. Основы теории катастроф для расчета крупноразмерных конструкций // Бетон и железобетон. — 1993. № 10. - С. 26 - 29.
131. СНиП 2.05.06-85*. Магистральные трубопроводы. -М.: Госстрой России, 2000.-71 с.
132. СНиП 52-01-03. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. — М.: Госстрой России, 2003. 83 с.
133. Соломенцев Г.Г. О закономерностях продольной деформации бетона при трехосном пропорциональном сжатии // Известия вузов. Строительство и архитектура. 1975. - № 10. - С. 20 - 24.
134. СП 52-101-03. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М.: Госстрой России, 2003. с. 131.
135. СТО 36554501-006-2006. Правила по. обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций. Стандарт оргаизации. М.: ФГУП «НИЦ «Строительство», 2006. - 63 с.
136. Ставров Г.Н., Катаев В.А. Определение коэффициента поперечных деформаций в бетоне при динамическом и статическом нагружении // Бетон и железобетон. 1989. - № 7. - С. 30- 31/
137. Стороженко Л.И. Железобетонные конструкции с косвенным армированием. Киев, 1989. — 99 с.
138. Стороженко Л.И. Объемное напряженно-деформированное состояние железобетона с косвенным армированием: Дисс. . докт. техн. наук. Кривой Рог, 1984.-587 с.
139. Стороженко Л.И., Плахотный П.И., Черный А.Я. Расчет трубобетон-ных конструкций. Киев: Будивельник, 1991 - 120 с.
140. Стороженко Л.И. Трубобетонные конструкции. Киев: Будивельник, 1978-81 с.
141. Стороженко Л.И. Прочность и деформативность трубобетонных элементов // Бетон и железобетон. — 1980. № 12.-С. 8-9.
142. Стороженко Л.И. Эффективность сжатых элементов с различными способами армирования // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1981.-№ 6. — С. 26-29.
143. Стороженко Л.И., Плахотный П.И. Центральное сжатие облегченного трубобетонного элемента // Строительная механика и расчет сооружений. -1986.-№6.-С. 45-48.
144. Стороженко Л.И., Плахотный П.И., Дядюра В.В. Центральное сжатие трубобетонного элемента прямоугольного поперечного сечения // Известия вузов. Строительство и архитектура. — 1986. — №9. С. 5-9.
145. Стороженко Л.И., Ермоленко Д.А., Лапенко О.И. Трубобетон.- Полтава: TOB АСМГ, 2010.-306 с.
146. Стрелецкий Н.С. Развитие методики расчета конструкций по предельным состояниям. -М.: МИСИ, 1966. 141 с.
147. Сурдин В.М1 Исследование напряженно-деформированного состояния трубобетонных элементов при осевом загружении с учетом реологических процессов. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Одесса, 1970. - 21 с.
148. Тамразян А.Г. Особенности работы высотных зданий // Жилищное строительство, № 3, 2004.
149. Трубобетонные колонны без сцепления бетона со стальной обоймой (Япония). Экспресс-информация, вып. 17. Серия «Строительные конструкции и материалы». -М.: ВНИИИС, 1986. С.2-3.
150. Трубобетонные колонны высотных зданий из высокопрочного бетона в США // Бетон и железобетон. 1992. - №1. - С. 29 - 30.
151. Трулль В.А., Санжаровский P.C. Экспериментальные исследования несущей способности трубы, заполненной бетоном // Известия вузов. Строительство и архитектура, 1968, №3. — С. 27-30.
152. Филоненко-Бородич М.М. Механические теории прочности.- М.: МГУ, 1961.-90 с.
153. Фонов В.М. Влияние технологических факторов на прочностные и деформационные характеристики трубобетонных элементов из гнутосварногопрофиля // Железобетон в конструкциях и фундаментах машин / Под ред. И. Г. Людковского. М.: 1984. - С. 24-29.
154. Фонов В.М., Людковский И.Г., Нестерович А.П. Прочность и дефор-мативность трубобетонных элементов при осевом сжатии // Бетон и железобетон. 1989. - №1. - С. 4 - 6.
155. Фонов В.М., Макаричева Н.В. Исследование сжатых трубобетонных элементов // Бетон и железобетон. — 1984. — №7. — С. 22-24.
156. Харлаб В.Д. К общей линейной теории ползучести // Известия ВНИ-ИГ, 1961, т. 68. С.217-240.
157. Хамид Аль-Саеди. Прочность трубобетона при внецентренном сжатии: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Минск, 1988. - 15 с.
158. Харченко С.А. Напряженно-деформированное состояние трубобетонных элементов с упрочненными ядрами: Автореф. дисс. канд. техн. наук. -Минск, 1987. 16 с.
159. Холмянский М.М., Шифрин Е.И. К прочности трещиноватых пород и бетона при трехоснов равномерном напряжении / / Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1981. - № 3. - С. 52-61.
160. Цай Шаохуай. Новейший опыт применения трубобетона в КНР // Бетон и железобетон 2001. - №3. - С. 20-24.
161. Чихладзе Э.Д., Арсланханов А.Д. Расчет сталебетонных элементов прямоугольного сечения на прочность при осевом сжатии // Бетон и железобетон. 1993. -№ 3. - С. 13-15.
162. Шабров В.Л. Прочность трубобетонных элементов диаметром 500 мм и более при внецентренном сжатии: Дисс. канд. . техн. наук. М.: НИИЖБ, 1988.-253 с.
163. Шахворостов А.И. Исследование напряженно-деформированного состояния трубобетона на напрягающем цементе: Дисс. . канд. техн. наук. М, 2000.- 158 с.
164. Щербаков Е.Н. Особенности быстронатекающей ползучести бетона и способ прогнозирования этих деформаций // ВНИИ транспортного строительства." М.: 1990. — С.44-56.
165. Яшин А.В. Рекомендации по определению прочностных и деформационных характеристик бетона при неодноосных напряженных состояниях. — М.: 1985.-72 с.181*. ACI318R-92: Building code requirements for reinforced concrete. Detroit: АСІ, 1992.
166. AISC LFRD: Load and resistance factor design. - Chicago: AISC, 1994.
167. AIJ. Standard for structural Calculation of Steel Reinforced Concreteth
168. Structures, 5 Ed. Architectural Institute of Japan, Tokyo. — 2001.
169. ANSI/AISC 360-05 Specification for Structural Steel Buildings, March 9; 2005.
170. Ansari F., Li.Q. High-Strength Concrete Subjected toTriaxial Compression. АСІ Materials Journal, Nov.-Dec., Title no. 95-M75, 1998. Pp. 747-755.
171. Attard M.M., Setung S. Stress-Strain Relationship of Confined and Uncon-fined Concrete. АСІ Materials Journal, Sep.-Oct., Title no: 93-M49, 1996. Pp. 432442.
172. Bertalan J., Kalman S. «MUylpitestud. szemle», т. 17, N 2, 1967.
173. Boyd P.F., Cofer W.F., McLean D.I. Seismic performance of steel-encased concrete columns under flexural loading // Journal of ACL 1995. - vol. 92. - № 3. Pp. 353-364.
174. BS5400, Part 5: Steel, Concrete, and Composite Bridges: Code of practice for design of composite bridges. London: BSI, 1979.
175. Cai S.-H., Jiao Z.-S. Ultimate strength of concrete-filled steel tube columns: experiment, analysis and design // Institute of structures China Academy of Building Research Beijing. 1983. - № 1. - Pp. 56 - 69.
176. CAN/CSA S 16.1 - M89: Limit states design of steel structures. - Toronto: CSA, 1989.-147 p.
177. CECS 28:90/ Specification for design and construction concrete-filled steel tubular structures. Beijing: China Planning Press, 1992'.
178. Cedolin T., Mulas M.G. Una legge contitutia secante ed esplicita per il caice-struzzo in statipiani di tensione // Studi E Ricerche. 1981. - Vol. 3. - Pp. 75-105.
179. Chen A.C.T., Chen W.F. Constitutive equation and punch-indentation of Concrete // Journal of the Engineering Mechanics Division, ASCE. V.101, NEMG, December, 1975. - Pp. 465-481.
180. Cheng Hongtao. Dissertation of the doctoral degree in engineering. — Harbin, 2001.-450 p.
181. Design Manual for Concrete-filled Hollow section steel Columns, Cidect Monograph no. 1, British Steel Corporation, 1970.
182. Eurocode 4: EN 1990:2002 Basis of structural design. Brussels. - 2004. -127 p.
183. Eurocode 4: EN 1994-1-1:2004 Design of composite steel and concrete structures Part 1.1. - Brussels. - 2004. - 127 p.
184. Furlong R.W. Strength of steel encased concrete beam-columns. Journal of the Structural Privision, ASCE, vol.93.st.s.Oct. 1967.
185. Furlong R.W. Design of steel-encased concrete beam-columns. Proc. ASCE, 94. STI.267-281. Jan., 1968.
186. Gardner N.J., Jacobson E.R. Structural behavior of concrete filled steel tubes // Journal of ACI. 1967. - vol. 64. - № 7. - Pp. 404-413.
187. Georgios G. and Lam D., Axial capacity of circular concrete-filled tube columns. Journal of Constructional Steel Research 60 (2004) 1049-1068.
188. Gerstle K.H. Simple formulaion of triaxial concrete behavior / / Journal of ACI. 1981, vol. 75, № 5. Pp. 382 - 387.
189. GJB 4142-2000. Technical specifications for early-strength model composite structure used for navy port emergency repair in wartime. General Logistics Department of People's Liberation'Army, 2001.
190. Gong C.- J. Lin X. Cai'S.- H. Application of concrete-filled steel tubular columns in tall buildings in earthguake area'// Structures Congress XII. Proceedings of the ASCE Structures Congress.94, Atlanta, GA, April 1994, Vol. 1, pp. 146-151.
191. Johanson1 M. Structural Behaviour of Circular Steel-Concrete Composite Columns // Licentiate* thesis, Chalmers University of Technology, Div. of Concrete Struct. Guoteborg, Sweden, 2000.
192. Johnson R.S. Concrete-Filled Steel Tubes // Composite Structures of steel and Concrete.Vol.1. Chapter 5, 1984, pp.171-177.
193. Kibriya. T., Performance of concrete filled steel tubes under uni-axial* compression, IV Regional Conference on Civil Engineering Technologi, Joint ASCE/ESIE Conference: Caipo, Egypt, 2005.
194. Klöppel K. Und Goder W. Tragtastversuche mit ausbetonierten Stahlvooh-rea and Aufchelling eisier Bemessungstormeir. Sfanlban. 1957. № 1,2.
195. Knowles R.B; and Park R. Strength of Concrete Filled Steel Tubular Columns. Journal of the Structural Division, ASCE, v. 95, N ST12, December, 1969.
196. Knowles R.B. and Park R. Axial Load Design for Concrete Filled Steel Tubes. Journal of the Structural Division, ASCE, v. 96, N ST10, October, 1970.
197. Kotsovos M.D. A mathematical model of the deformational behavior of concrete under generalized stresses based of fundamental material properties // Material of construction, 1980, 13, pp. 289-297.
198. Leon R.T., Kim D.K., Hajjar J.F. Limit State Response of Composite Columns and Beam-Columns Part 1: Formulation of Design Provisions for the 2005 AISC Specification//Eng. Journal, Fourth Quarter, 2007. 341 p.
199. Modern Street Tube Confined Concrete Structures / Cai Shao-Huai, China, Communication Press, 2003, 358 p.
200. Möhr О. Abrandlungen aus dem Gebiete der technischen mechanic // Berlin; W. Ennst C.U.Sohn, 1914-1925.
201. Möller M. Eisenbetonstützen mit grössten Tragvermögen // Beton und Eisen.-1930, №24, pp. 15-21.
202. Naka Takeo et. al. Experimental Study on Concrete Filled Steel Pipe under Eccentric Axial Load. Transactions of The Architectural Institute of Japan, Extra, Summaries of Technical Papers of Annual meeting of A.I.J. 1965.September, 333 p.
203. Nakahara H., Sacino K., Inai E. Analytical model for compressive behavior of concrete filled square steel'tubular columns // Transaction'of Japan Concrete Institute. 1998. Vol. 20, pp. 171-178.
204. Neogri P., Sen H., Chapmen T. Concrete-filled tubular Columns under eccentric loading. The Strinturale Eng. 1969. Vol.47, №5, May, pp.187-195.
205. Ottosen N.S. A failure criterion for concrete / / Journal Eng; Mech. Div., ASEE, 1977, 103, № 4, pp. 527-536.
206. Ramdane K.E., Watanabe F., Nishiyama M. and Assa B. Experimental and Analytical Work on Confined HSC / 5th Int. Symp. On Utilization of HS/HP Concrete, 20-24 June 1999, Sandefjord, Norway. Proc., Vol. 1. - pp. 566-577.
207. Robins P. L, Kong F. K. Modified finite element method applied to RG deep beams // Civil engineering and public works review. — 1973. № 11, pp.10611072.
208. Roik K., Bergman R., Bode H., Wagenknect C. Tragfähigkeit von aus Be-tonnierten Hohiprofil-stiitzen aus Bustahl. Tehn-wiss. 1975, Mon.4.
209. Salani H.J., Sims J.R. Behavior of Mortar Filled Steel Tubes in Compression. Journal АСІ, v. 61, N 10, 1964.
210. Schneider S.P. Axially Loaded Concrete-Filled Steel Tubes // Journal of Structural Engineering, 1998, Vol. 124, No 10, Octjber, pp. 1795-1805.
211. Sen H.K., Triaxial Effect in Concrete-filled Tubular steel columns, Ph. D. Thesis, University of London, July, 1969.
212. Sewell J.S. Columns for Buildings // Engineering News. 1902. - Vol. 48, №17, pp.10-13.
213. Tang C., Zhao B., Zhu H. and Shen X. Study on the Fundamental Structural Behavior of Concrete Filled Steel Tubular Columns. Journal of Building Structures. Vo.3.No.1.1982, pp.13-31.
214. Tsuda K., Matsui C., Fujinaga T. Simplified Design Formula of Slender Concrete-Filled Steel Tubular Beam-Columns // Proceedings, 6th ASCCS Conference on Composite and Hybrid Structures. Los Angeles, 2000, vol. 1, pp.457-464.
215. Vogeli R. Leresche R. La noovelle ligne transalpine da 1'Atel. Bulk De L'association Suisse des Electriciens, N 3, 1951.
216. William K.J., Warnke E.P. Constitutive model'for the triaxial behavior of concrete / / Mt. Assos. Brideg Struch. Eng. Poc., 1975, 19, pp. 1-30.
217. Zhong S. et. al. Concrete-filled steel Tubes under Excentric Loading: Experiments and Analysis, Dianti Jianshekeji Daobao. No.l, 1979.
218. Zhou C. Investigation on Load Carrying Capacity of Concrete-filled Steel Tubes under Eccentric Loading. Journal of Harbin Institute of Civil Engineering, No.4. 1982, pp.29-46.
-
Похожие работы
- Прочность трубобетонных колонн с предварительно обжатым ядром из высокопрочного бетона
- Технология возведения каркасных зданий с вертикальными несущими конструкциями из трубобетонных элементов
- Прочность сжатых сталетрубобетонных элементов с предварительно обжатым ядром
- Прочность коротких трубобетонных колонн квадратного поперечного сечения
- Трубобетонные колонны из высокопрочного самоуплотняющегося напрягающего бетона
-
- Строительные конструкции, здания и сооружения
- Основания и фундаменты, подземные сооружения
- Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
- Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов
- Строительные материалы и изделия
- Гидротехническое строительство
- Технология и организация строительства
- Здания и сооружения
- Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей
- Строительство железных дорог
- Строительство автомобильных дорог
- Мосты и транспортные тоннели
- Гидравлика и инженерная гидрология
- Строительная механика
- Сооружение подземного пространства городов
- Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства
- Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция историко-архитектурного наследия
- Архитектура зданий и сооружений. Творческие концепции архитектурной деятельности
- Градостроительство, планировка сельских населенных пунктов