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. <i>ACI Structural Journal</i>. 1995, vol. 92, pp. 311–318.

2. Баклыков И.В. Результаты расчетных исследований железобетонных конструкций с использованием системы внешнего усиления на основе композитных материалов // <i>Бетон и железобетон</i>. 2024. № 5 (624). С. 22–32. DOI: 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) // <i>Природообустройство</i>. 2021. № 4. С. 58–66. DOI: 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 // <i>Природообустройство</i>. 2022. № 4. С. 84–89. DOI: 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. <i>Buildings</i>. 2024, vol. 14, issue 7, 1971. DOI: https://doi.org/10.3390/buildings14071971.

6. Ляпкало А.С. Сравнение несущей способности трубобетонных колонн круглого и квадратного сечения // <i>Молодой ученый</i>. 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 // <i>Обработка сплошных и слоистых материалов</i>. 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 <i>Journal of Concrete Structures and Materials</i>. 2023, vol. 17, issue 1, pp. 1–22. DOI: https://doi.org/10.1186/s40069-022-00556-2.

10. Dundu M. Compressive strength of circular concrete filled steel tube columns. <i>Thin-Walled Structures.</i> 2012, vol. 56, pp. 62–70. DOI: 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 // <i>Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений</i>. 2023. № 6. С. 53–63. DOI: https://doi.org/10.37153/2618-9283-2023-5-53-63.