Прочность коротких трубобетонных колонн квадратного поперечного сечения

• Автор: Мельничук, Александр Станиславович
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 191 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования

1.1 Основные сведения о трубобетонных колоннах

1.1.1 Конструктивные решения трубобетонных колонн

1.1.2 Особенности характера работы трубобетонных конструкций

1.2 Расчет прочности трубобетонных колонн

1.2.1 Критерии прочности ТЕК

1.2.2 Методики расчета прочности ТЕК круглого поперечного сечения

1.3 Сведения о трубобетонных конструкциях квадратного поперечного сечения

1.3.1 Исследования ТЕК квадратного сечения

1.3.2 Методики расчета прочности ТЕК квадратного поперечного сечения
1.4 Основные положения нелинейной деформационной модели
1.5 Основные выводы по результатам проведенного анализа
1.6 Цель и задачи работы
Глава 2. Методики экспериментального исследования трубобобетонных колонн квадратного поперечного сечения при осевом и внецентренном сжатии
2.1 Обоснование выбора параметров экспериментальных образцов
2.2 Исходные материалы
2.3 Опытные образцы для экспериментальных исследований
2.4 Методика изготовления образцов ТЕК с предварительно обжатым ядром и внутренним стальным сердечником
2.5 Приборы и оборудование
2.6 Методика проведения испытаний
2.7 Исследование напряженно-деформированного состояния стенки оболочки ТЕК квадратного поперечного сечения
2.8 Методика определения расширения напрягающего бетона
2.9 Основные выводы по главе
Глава 3. Экспериментальные исследования образцов трубобетонных колонн квадратного поперечного сечения
3.1 Центрально сжатые образцы

3.1.1 Результаты испытаний
3.1.2 Анализ результатов испытаний образцов
3.2 Внецентренно сжатые образцы
3.2.1 Результаты испытаний
3.2.2 Анализ результатов испытаний образцов
3.3 Результаты исследования напряженно-деформированного состояния стенки оболочки ТБК квадратного поперечного сечения
3.4 Основные выводы по главе
Глава 4. Расчет прочности сжатых трубобетонных колонн квадратного поперечного сечения
4.1 Постановка задачи
4.2 Предельное состояние короткого сжатого трубобетонного элемента квадратного поперечного сечения
4.3 Особенности распределения трансверсальных напряжений по сечению бетонного ядра
4.4 Прочность бетона, работающего в условиях объемного сжатия
4.5 Построение диаграмм работы материалов ядра и оболочки
4.6 Последовательность расчета прочности нормальных сечений
4.7 Инженерная методика расчета прочности ТБК квадратного поперечного сечения
4.8 Сопоставление опытных данных и результатов расчета
4.9 Внедрение результатов исследования трубобетонных колонн квадратного поперечного сечения
4.10 Узлы сопряжения трубобетонных колонн квадратного поперечного сечения
4.11 Основные выводы по главе
Основные выводы по работе
Библиографический список
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Современное строительство нуждается в высокопрочных, экономичных, безопасных в эксплуатации вертикальных несущих конструкциях. Перечисленными свойствами обладают трубобетонные колонны (ТБК).
Сжатые трубобетонные колонны малой гибкости и с малыми эксцентриситетами приложения сжимающей нагрузки обладают высокой несущей способностью при относительно небольших поперечных сечениях. Это способствует экономии материалов, уменьшению массы и стоимости строительных конструкций. Практическое использование ТБК обеспечивает высокую скорость возведения каркасов и их надежность в эксплуатации.
В настоящее время наиболее широко в строительстве распространены трубобетонные колонны круглого поперечного сечения. Отчасти это связано с большей доступностью таких труб. Другая причина - заметно меньший эффект обоймы в колоннах квадратного сечения, который в расчетах прочности обычно не учитывают.
Однако ТБК круглого сечения имеют ограниченную область рационального применения. Так, с увеличением эксцентриситета приложения сжимающей нагрузки их несущая способность резко падает, что обусловлено геометрическими характеристиками их поперечного сечения. Кроме того, круглая поверхность колонны усложняет их применение с конструктивной точки зрения. Возникают дополнительные сложности при устройстве стыков колонн с несущими элементами перекрытий.
ТБК квадратного поперечного сечения потенциально свободны от перечисленных выше недостатков. Но их применение сдерживается отсутствием в отечественных нормах методик расчета прочности, учитывающих основные особенности работы объемно-напряженного бетонного ядра и стальной оболочки.
Цель диссертационной работы - повышение несущей способности коротких трубобетонных колонн квадратного поперечного сечения, и разработка методики расчета прочности их нормальных сечений, учитывающей основные особен-

чением 100x100, 160x160, 180x180 мм. Толщина стенки в разных сериях варьировалась, и была равной 3, 4 и 6 мм. Трубчатые оболочки заполнялись бетоном с различными классами по прочности. Нагрузка прикладывалась как на все сечение образцов, так и на ядро и оболочку отдельно. Для оценки эффективности работы трубобетонных колонн были испытаны бетонные и железобетонные образцы, размеры сечения которых совпадали с размерами сечения ядер трубобетонных колонн, а также пустые трубы.
При проведении эксперимента в качестве критерия наступления разрушения принимались два состояния:
1) Достижение значений продольных деформаций, соответствующих пределу текучести стали (Л'})
2) Достижение образцом такого состояния, при котором практически по всему сечению образца сталь и бетон находятся в состоянии текучести, и элемент деформируется без прироста действующей на него нагрузки (N2). Коэффициент, характеризующий соотношения между усилиями N1 и N2, высчитывался при помощи формулы:

¥ = (1.08)
Коэффициент гр изменялся в пределах 0,69 ч- 0,92 при приложении нагрузки на всю площадь поперечного сечения. Для образцов с приложением внешней нагрузки только на обойму гр = 0,58, для образцов с приложением нагрузки только на бетонное ядро ф = 0,91.
Достаточно надежными и эффективными являлись трубобетонные образцы, в которых нагрузка передается только на бетон через штамп. Наименьшую нагрузку выдерживали образцы, нагружение которых происходило только на стальную обойму.
Во всех случаях значения коэффициента г] были больше единицы, и достигали величин 1,62 ч- 2,86. Это свидетельствует о том, что в предельном состоянии напряжения в бетоне значительно превышают призменную прочность.