Сравнительный анализ применения трубобетонных конструкций в гидротехническом строительстве на основе анализа напряженно-деформированного состояния

Введение. В статье рассматривается использование трубобетона в гидротехническом строительстве, а также проводится сравнение различных конструктивных вариантов с точки зрения напряженно-деформированного состояния и несущей способности.

Цель. Анализ применения трубобетона и различных подходов к его проектированию, а также сравнение напряженно-деформированного состояния различных конструктивных решений.

Материалы и методы. Расчеты железобетонных конструкций были выполнены методом конечных элементов с применением нелинейных моделей в программном обеспечении ANSYS.

Результаты. Результаты расчетов показали, что для монолитного бетонного стержня (без арматуры) несущая способность составила 56,28 кНм, для железобетонного стержня с арматурой несущая способность составила 416,60 кНм, для металлической трубы – 639,07 кНм, для трубобетона (металлическая труба, заполненная бетоном) увеличение несущей способности составило до 768,76 кНм, армированный трубобетон показал наибольшую несущую способность – 1085,50 кНм.

Выводы. Результаты расчетов и сравнительного анализа показывают, что армированный трубобетон является наиболее эффективным с точки зрения несущей способности, хотя и имеет более высокую стоимость. В то же время железобетон и металлические трубы предлагают более экономичный вариант, но с меньшей несущей способностью. Выбор материала зависит от конкретных требований проекта, включая нагрузки, стоимость и условия эксплуатации.

1. Menetrey P.H., Willam K.J. A triaxial failure criterion for concrete and its generalization. ACI Structural Journal. 1995, vol. 92, pp. 311-318.

2. Баклыков И.В. Результаты расчетных исследований железобетонных конструкций с использованием системы внешнего усиления на основе композитных материалов // Бетон и железобетон. 2024. № 5 (624). С. 22-32. https://doi.org/10.37538/0005-9889-2024-5(624)-22-32. EDN: QQKAJH.

3. Рубин О.Д., Лисичкин С.Е., Кузнецов С.Ю., Балагуров В.Б., Баклыков И.В. Экспериментальные исследования железобетонных конструкций из легкого высокопрочного бетона (применительно к конструкции батопорта сухого дока) // Природообустройство. 2021. № 4. С. 58-66. https://doi.org/10.26897/1997-6011-2021-58-66. EDN: EFOLES.

4. Баклыков И.В. Численный анализ поведения изгибаемых железобетонных балок, изготовленных из легкого высокопрочного бетона, с разным коэффициентом армирования // Природообустройство. 2022. № 4. С. 84-89. https://doi.org/10.26897/1997-6011-2022-4-84-89. EDN: PZPVAI.

5. Rubin O., Bellendir E., Antonov A., Baklykov I. Computational and experimental substantiation of strengthening reinforced concrete structures with composite materials of power plants under seismic action. Buildings. 2024, vol. 14, issue 7, 1971. https://doi.org/10.3390/buildings14071971.

6. Ляпкало А.С. Сравнение несущей способности трубобетонных колонн круглого и квадратного сечения // Молодой ученый. 2024. № 48 (547). С. 17-22. URL: https://moluch.ru/archive/547/119756.

7. СП 266.1325800.2016. Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования. Москва, 2016.

8. Колмогоров Г.Л., Акулова А.А. Прочность и предельная несущая способность трубобетонных колонн // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2016. № 2 (45). С. 29-33.

9. Shi You Zhang, Kun-Peng Miao, Yang Wei, Xiaoming Xu, Bing Luo, Weizhou Shi. Experimental and Theoretical Study of Concrete-Filled Steel Tube Columns Strengthened by FRP/Steel Strips Under Axial Compression. International Journal of Concrete Structures and Materials. 2023, vol. 17, issue 1, pp. 1-22. https://doi.org/10.1186/s40069-022-00556-2.

10. Dundu M. Compressive strength of circular concrete filled steel tube columns. Thin-Walled Structures. 2012, vol. 56, pp. 62-70. https://doi.org/10.1016/j.tws.2012.03.008.

11. SANS 10162-1:2011. The structural use of steel. Part 1: Limit-states design of hot-rolled steelwork. SABS Standards Division.

12. EN 1994-1-1:2004 (English). Eurocode 4: Design of composite steel and concrete. European Committee for Standardization.

13. Крылов С.Б., Корнюшина М.П. Численно-экспериментальные исследования прочности сжатых сталежелезобетонных элементов, выполненных с использованием высокопрочного бетона и труб квадратного сечения из стали класса C345 // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2023. № 6. С. 53-63. https://doi.org/10.37153/2618-9283-2023-5-53-63.