Определение несущей способности внецентренно сжатых трубобетонных колонн на основе деформационной теории пластичности бетона

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

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.  

1. Резван, 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/N5y2020/6475

2. Аадсан, 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/N2y2018/5015

3. Дуванова, 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.

4. Кришан, А. Л. Трубобетонные колонны для многоэтажных зданий / А.Л. Кришан //Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. – 2009. – №. 4. – С. 75-80.

5. Кришан, А. Л А. С. Мельничук. Трубобетонные колонны квадратного сечения.. Жилищное строительство. – 2012. – №. 5. – С. 19-20.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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/view

14. 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. – Т. 278. – С. 03002.

15. 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.

16. 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.

17. Гениев, Г. А. Теория пластичности бетона и железобетона / Г. А. Гениев, В. Н. Киссюк, Г. А. Тюпин. – М.:Стройиздат, 1974. – 316 с.

18. 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.

19. 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.

20. 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.