vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2022-49-4-182-193vdgtu-1193Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTUREОпределение несущей способности внецентренно сжатых трубобетонных колонн на основе деформационной теории пластичности бетонаDetermination of the bearing capacity of encentrally compressed concrete filled steel tubular columns on the basis of the deformation theory of concrete plasticityХашхожевК. Н.KhashkhozhevK. N.

Хашхожев Казбек Нарзанович,  аспирант кафедры «Сопротивление материалов»

344000, г. Ростов-на-Дону, площадь Гагарина 1

Kazbek N. Khashkhozhev, Postgraduate Student, Department "Strength of Materials"»

1 Gagarin Square, Rostov-on-Don 1344000

kazbek_hash@mail.ruЛеснякЛ. И.LesnyakL. I.

Лесняк Любовь Ивановна, начальник Управления научно-исследовательской работы обучающихся

344000, г. Ростов-на-Дону, площадь Гагарина 1

Lyubov I. Lesnyak, Head of the Department of Research Work of Students

1 Gagarin Square, Rostov-on-Don 1344000

li.lesnyak@sci.donstu.ruКурачевР. М.KurachevR. M.

Курачев Раджаб Магомедович, аспирант

367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70

Rajab M. Kurachev, Postgraduate Student

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

kurachev@mail.ruЧепурненкоА. С.ChepurnenkoA. S.

Чепурненко Антон Сергеевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Сопротивление материалов»; главный научный сотрудник Институт дизайна и пространственных искусств

344000, г. Ростов-на-Дону, площадь Гагарина 1

420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18

Anton S. Chepurnenko, Dr. Sci. (Eng.), Prof.; Department "Strength of Materials", Chief Researcher of the Institute of Design and Spatial Arts

1 Gagarin Square, Rostov-on-Don 1344000

18 Kremlevskaya Str.,  Kazan 420008

anton_chepurnenk@mail.ruДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian FederationДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian FederationДонской государственный технический университет; Казанский (Приволжский) федеральный университетРоссияDon State Technical University; Kazan (Volga Region) Federal UniversityRussian Federation202210022023494182193Copyright © Хашхожев К.Н., Лесняк Л.И., Курачев Р.М., Чепурненко А.С., 20232023Хашхожев К.Н., Лесняк Л.И., Курачев Р.М., Чепурненко А.С.Khashkhozhev K.N., Lesnyak L.I., Kurachev R.M., Chepurnenko A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1193Цель

Цель. В статье предлагается метод конечно-элементного анализа трубобетонных колонн в физически нелинейной постановке путем сведения трехмерной задачи к двумерной на основе гипотезы плоских сечений.

Метод

Метод. В качестве соотношений, устанавливающих связь между напряжениями и деформациями, используются уравнения теории пластичности бетона Г.А. Гениева. Методика апробирована путем сравнения решения с расчетом в трехмерной постановке в программном комплексе ЛИРА-САПР, а также с экспериментальными данными А.И. Сагадатова и расчетом по действующим отечественным нормам проектирования сталежелезобетонных конструкций.

Результат

Результат. Установлено, что эффективной областью работы колонн круглого поперечного сечения являются малые эксцентриситеты продольной силы.

Вывод

Вывод. Предложенный подход может быть применен к анализу напряженно-деформированного состояния и несущей способности трубобетонных колонн произвольного сечения. Ограничений по составу бетона нет, а материалом оболочки может быть не только сталь, но и стеклопластик.  

Objective

Objective. The article proposes a method for finite element analysis of pipe-concrete columns in a physically nonlinear setting by reducing a three-dimensional problem to a twodimensional one based on the hypothesis of plane sections.

Method

Method.The equations of the theory of plasticity of concrete by G.A. Geniev are used. The technique was tested by comparing the solution with a calculation in a three-dimensional setting in the LIRA-SAPR software package, as well as with the experimental data of A.I. Sagadatov and calculation according to the current Russian design codes for steel-pipe concrete structures.

Result

Result. It has been established that the effective area of operation of columns with a circular cross section is small eccentricities of the longitudinal force.

Conclusion

Conclusion. The proposed approach can be applied to the analysis of the stress-strain state and the bearing capacity of pipe-concrete columns of arbitrary section. There are no restrictions on the composition of concrete, and the shell material can be not only steel, but also fiberglass. 

трубобетонные колонныметод конечных элементовдилатациятеория пластичностифизическая нелинейностьconcrete filled steel tubular columnsfinite element methoddilatationtheory of plasticityphysical nonlinearityReferencesРезван, А.В. Рационализация технологических, конструктивных и архитектурных решений трубобетонных конструкций на примере колонн высотных зданий // Инженерный вестник Дона / А.В. Резван, М.А. Колотиенко. – 2020. – №5. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N5y2020/6475Rezvan A. V., Kolotienko M. A. Rationalization of technological, constructive and architectural solutions of pipe-concrete structures on the example of columns of high-rise buildings. Inzhenernyy vestnik Dona. 2020;(65). URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N5y2020/6475Аадсан, А. Технико-экономический расчет металлических, железобетонных и трубобетонных колонн с использованием вычислительных комплексов / А. Аадсан, Д.О. Тенемаза, А.Ю. Кубасов // Инженерный вестник Дона. – 2018. – №2. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/5015Aadsan A., Tenemaza D. O., Kubasov A. Yu. Technical and economic calculation of metal, reinforced concrete and pipe con- crete columns using computer systems. Inzhenernyy vestnik Dona. 2018;2(49). URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/5015Дуванова, И. А. Трубобетонные колонны в строительстве высотных зданий и сооружений / И. А. Дуванова, И. Д. Сальманов //Строительство уникальных зданий и сооружений. – 2014. – №. 6. – С. 89-103.Duvanova I. A., Salmanov I. D. Pipe concrete columns in the construction of high-rise buildings and structures. Construction of unique buildings and structures. 2014; 6: 89-103.Кришан, А. Л. Трубобетонные колонны для многоэтажных зданий / А.Л. Кришан //Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. – 2009. – №. 4. – С. 75-80.Krishan A.L. Pipe-concrete columns for multi-storey buildings. Construction mechanics of engineering structures and structures. 2009; 4: 75-80.Кришан, А. Л А. С. Мельничук. Трубобетонные колонны квадратного сечения.. Жилищное строительство. – 2012. – №. 5. – С. 19-20.Krishan A.L., Melnichuk A.S. Pipe-concrete columns of square section Housing construction. 2012; 5:19-20.Кришан, А. Л. Кришан А. Л., Мельничук А. С. .Прочность трубобетонных колонн квадратного сечения при осевом сжатии .Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. ГИ Носова. – 2012. – №. 3. – С. 51-54.Krishan A.L., Melnichuk A.S. Strength of square pipe-concrete columns under axial compression. Bulletin of the Magnitogorsk State Technical University. 2012; 3: 51-54.Кришан, А. Л. Прочность усовершенствованных трубобетонных элементов квадратного поперечного сечения / А. Л. Кришан, В. И. Римшин, М. А. Астафьева //Строительные материалы. – 2018. – №. 6. – С. 24-28.Krishan A. L., Rimshin V. I., Astafyeva M. A. Strength of improved square-section pipe-concrete elements. Building materials. 2018; 6.: 24-28.Кришан, А. Л. Несущая способность трубобетонных колонн квадратного поперечного сечения / А. Л. Кришан, А. С. Мельничук //Инновации в отраслях народного хозяйства, как фактор решения социально-экономических проблем современности. – 2011. – С. 57-59.Krishan A. L., Melnichuk A. S. Bearing capacity of pipe-concrete columns of square cross-section. Innovations in the branches of the national economy as a factor in solving social and economic problems of our time. 2011; 57-59.Ma, D. Y. Behaviour of hexagonal concrete-encased CFST columns subjected to cyclic bending / D.Y. Ma, L.H. Han, X. Ji, W.B. Yang // Journal of Constructional Steel Research. – 2018. – Т. 144. – С. 283-294.Ma D. Y. et al. Behaviour of hexagonal concrete-encased CFST columns subjected to cyclic bending. Journal of Constructional Steel Research. 2018; 144: 283-294.Xu, W. Performance of hexagonal CFST members under axial compression and bending / W. Xu, L.H. Han, W. Li //Journal of constructional steel research. – 2016. – Т. 123. – С. 162-175.Xu W., Han L. H., Li W. Performance of hexagonal CFST members under axial compression and bending. Journal of constructional steel research. 2016; 123: 162-175.Hassanein, M. F. Behaviour and design of hexagonal concrete-filled steel tubular short columns under axial compression / M. F. Hassanein, V. I. Patel, M. Bock //Engineering Structures. – 2017. – Т. 153. – С. 732-748.Hassanein M. F., Patel V. I., Bock M. Behaviour and design of hexagonal concrete-filled steel tubular short columns under axial compression. Engineering Structures. 2017; 153: 732-748.Fang, H. Structural performance of concrete-filled cold-formed high-strength steel octagonal tubular stub columns / H. Fang, T. M. Chan, B. Young //Engineering Structures. – 2021. – Т. 239. – С. 112360.Fang H., Chan T. M., Young B. Structural performance of concrete-filled cold-formed high-strength steel octagonal tubular stub columns. Engineering Structures. 2021; 239: 112360.Хашхожев, К. Н. Расчет центрально сжатых трубобетонных колонн кольцевого сечения с учетом физической нелинейности / К. Н. Хашхожев, А. А. Аваков // Строительство и архитектура. – 2021. – Т. 9. – №3. – URL: https://riorpub.com/ru/nauka/article/45575/viewKhashkhozhev K. N., Avakov A. A. Calculation of centrally compressed pipe-concrete columns of an annular section taking nto account physical nonlinearity. Construction and architecture. 2021;9.(3). URL: https://riorpub.com/ru/nauka/article/45575/viewKrishan, A.,. Astafeva M. Strength and Deformability of the Concrete Core of Precompressed Concrete Filled Steel Tube Columns of Annular Cross-Section . MATEC Web of Conferences. EDP Sciences, 2019. – Т. 278. – С. 03002.Krishan A., Astafeva M. Strength and Deformability of the Concrete Core of Precompressed Concrete Filled Steel Tube Columns of Annular Cross-Section. MATEC Web of Conferences. EDP Sciences. 2019; 278: 03002.Krishan, A. L. The strength of short compressed concrete elements in a fiberglass shell / A. L. Krishan, M. Y. Narkevich, A. I. Sagadatov, V.I. Rimshin //Magazine of civil engineering. – 2020. – №. 2 (94). – С. 3-10.Krishan A. L., Narkevich M.Y., Sagadatov A.I., Rimshin, V.I. The strength of short compressed concrete elements in a fiberglass shell. Journal of civil engineering. 2020; 2 (94): 3-10.Ouyang, Y. Finite element analysis of square concrete-filled steel tube (CFST) columns under axial compressive load / Y. Ouyang, A.K.H. Kwan //Engineering Structures. – 2018. – Т. 156. – С. 443-459.Ouyang Y., Kwan A. K. H. Finite element analysis of square concrete-filled steel tube (CFST) columns under axial compressive load. Engineering Structures. 2018; 156: 443-459.Гениев, Г. А. Теория пластичности бетона и железобетона / Г. А. Гениев, В. Н. Киссюк, Г. А. Тюпин. – М.:Стройиздат, 1974. – 316 с.Geniev G.A., Kissyuk G.A., Tyupin V.N. Teoriya plastichnosti betona i zhelezobetona [The theory of plasticity of concrete and reinforced concrete]. Moscow: Stroyizdat, 1974: 316.Andreev, V. Calculation of Equal Strength Thick-Walled Concrete Cylinder with Free Ends / V. Andreev, I. Potekhin //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2019. – Т. 661. – №. 1. – С. 012023.Andreev V., Potekhin I. Calculation of Equal Strength Thick-Walled Concrete Cylinder with Free Ends. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2019; 661(1): 012023.Narkevich, M. Y.. Strength and deformation property enhancement of compressed steel tube-concrete elements using super concrete and thin-shell structure / M. Y. Narkevich, A. I. Sagadatov //IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2019. – Т. 687. – №. 3. – С. 033031.Narkevich M. Y., Sagadatov A. I. Strength and deformation property enhancement of compressed steel tube-concrete elements using super concrete and thin-shell structure. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2019; 687(3): 033031.Сагадатов, А. И. Напряженно-деформированное состояние сжатых трубобетонных элементов с внутренним стальным сердечником: дисс. ... канд. техн. наук : 05.23.01 /А.И. Сагадатов. - Магнитогорск, 2006. - 180 с.Sagadatov A. I. Stress-strain state of compressed concrete filled steel tubular elements with an internal steel core: PhD thesis; Magnitogorsk, 2006.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.