constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2024-116-6-37-47construction-822Research ArticleТЕОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИTHEORY OF ENGINEERING STRUCTURES. BUILDING UNITSПрочность изгибаемых трубобетонных элементов усовершенствованной конструкцииStrength of bending concrete filled steel elements of improved designКришанА. Л.KrishanA. L.

Кришан Анатолий Леонидович, доктор технических наук, профессор, советник РААСН, профессор кафедры проектирования и строительства зданий

г. Магнитогорск

Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Adviser of RAACS, Professor of the Department of Design and Construction of Buildings

Magnitogorsk

kris_al@mail.ruКолесниковВ. Д.KolesnikovV. D.

Колесников Владислав Дмитриевич,  аспирант кафедры проектирования и строительства зданий  

г. Магнитогорск

Postgraduate student of the Department of Design and Construction of Buildings

Magnitogorsk

vladislav-kolesnikov74@mail.ruРимшинВ. И.RimshinV. I.

Римшин Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РААСН 

г. Москва

Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Corresponding Member of RAACS

Moscow

v.rimshin@niisf.ruАстафьеваМ. А.AstafevaM. A.

Астафьева Мария Анатольевна,  кандидат технических наук, доцент кафедры проектирования и строительства зданий

г. Магнитогорск

Candidate of Sciences (Engineering), Docent of the Department of Design and Construction of Buildings

Magnitogorsk

skymanika@mail.ruЛихидькоМ. А.LikhidkoM. A.

Лихидько Михаил Алексеевич, аспирант кафедры проектирования и строительства зданий

  г. Магнитогорск

Postgraduate student of the Department of Design and Construction of Buildings

Magnitogorsk

likhidkom@yandex.ruФГБОУ ВО ««Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»Magnitogorsk State Technical University named after G.I. NosovНаучно-исследовательский институт строительной физики РААСНScientific-Research Institute of Building Physics of RAACS202411122024063747Copyright © Кришан А.Л., Колесников В.Д., Римшин В.И., Астафьева М.А., Лихидько М.А., 20242024Кришан А.Л., Колесников В.Д., Римшин В.И., Астафьева М.А., Лихидько М.А.Krishan A.L., Kolesnikov V.D., Rimshin V.I., Astafeva M.A., Likhidko M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://construction.elpub.ru/jour/article/view/822

Предложена усовершенствованная конструкция изгибаемого трубобетонного элемента прямоугольного сечения, имеющая большую прочность и требующая значительно больших затрат энергии на разрушение по сравнению с известными аналогами. Для проверки эффективности предложенной конструкции проведены экспериментальные исследования прочности нормальных сечений и жесткости трубобетонных балок при четырех точечном изгибе. Исследования показали, что за счет одновременного усиления сжатой и растянутой зон удалось повысить прочность нормальных сечений балок. Рост прочности балок усовершенствованной конструкции в среднем составил 42%. Жесткость не усиленных трубобетонных балок оказалась значительно выше по сравнению с балками без заполнения стальной трубы бетоном. В балках усовершенствованной конструкции жесткость была еще примерно на 20 % выше. Результаты сопоставления расчетной прочности трубобетонных балок по методу предельных усилий с опытными данными свидетельствует об их удовлетворительном соответствии.

An improved design of concrete filled steel tube element of rectangular cross-section subjected to bending has been proposed, which has greater strength and requires significantly greater energy consumption for destruction compared to known analogues. To test the effectiveness of the proposed design, experimental studies were carried out on the strength of normal sections and the beam rigidity of concrete filled steel tube beams under four-point bending. Research has shown that by simultaneously strengthening the compressed and tensile zones, it was possible to increase the strength of normal sections of beams. The increase in strength of beams of the improved design averaged 42%. The rigidity of non-reinforced concrete filled steel tube beams turned out to be significantly higher compared to beams without filling the steel pipe with concrete. In the improved beams, the stiffness was still approximately 20% higher. The results of comparing the calculated strength of concrete filled steel tube beams using the limit force method with experimental data indicate their satisfactory agreement.

изгибаемый трубобетонный элементусовершенствованная конструкцияпрочность нормальных сеченийжесткостьconcrete filled steel tube subjected to bendingimproved designstrength of normal sectionsrigidityReferencesКришан А. Л., Римшин В. И., Астафева М.А. Сжатые трубобетонные элементы. Теория и практика. Москва, 2020. 375 с.Krishan A.L., Rimshin V.I., Astafieva M.A. Szhatyye trubobetonnyye elementy. Teoriya i praktika [Compressed pipe concrete elements. Theory and practice]. Moscow: ASV. 2020. 375 p.Кришан А. Л., Римшин В. И., Астафева М.А. Самозаклинивающиеся элементы в трубобетонных колоннах. Academia. Архитектура и строительство. 2023. № 3. С. 140-148. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.22337/2077-9038-2023-3-140-148 (дата обращения: 27.06.2024).Rimshin V.I., Krishan A.L., Astafieva M.A. Self-jamming elements in pipe-concrete columns. Academia. Arkhitektura i stroitel'stvo. 2023. No. 3. Pp. 140—148. (rus). [Online]. URL: https://doi.org/10.22337/20779038-2023-3-140-148 (date of application: 27.06.2024).Кришан А. Л., Римшин В.И., Анпилов С.М., Астафьева М.А., Ступак А.А. Прочность коротких трубобетонных колонн квадратного сечения // Русский инженер, 2023. № 2 . С.46-48.Rimshin V.I., Anpilov S.M., Krishan A.L., Astafieva M.A., Stupak A.A. Strength of short tube-concrete columns of square section. Russkii in zhener. 2023. No. 2 (79). Pp. 46—48. (rus).Кришан А.Л., Римшин В.И., Астафьева М.А., Сагадатов А.И., Семенова М.Н., Ступак А.А.Прочность и деформативность сжатых трубобетонных элементов квадратного сечения // БСТ: Бюллетень строительной техники, 2022. № 6(1054). С. 16-18.Krishan A.L., Rimshin V.I., Astafieva M.A., Sagadatov A.I., Semenova M.N., Stupak A.A. Strength and deformability of compressed tube-concrete elements of square section. BST. 2022. No. 6 (1054), pp. 16–18.(rus).Кришан А.Л., Суровцов М.М. Экспериментальные исследования прочности гибких трубобетонных колонн // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова, 2013. № 1(41). С. 90-92.Krishan A.L., Surovtsov M.M. Experimental reserches of strength of flexible concrete-filled tube (CFT) columns. Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2013. No. 1(41). Pp. 90-92. (rus).Ahmed M., Liang Q.Q., Patel V.I., Hadi M.N.S. Numerical analysis of axially loaded circular high strength concrete-filled double steel tubular short columns // Thin-Walled Structures, 2019. (138). С. 105–116. URL: https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.02.001. (дата обращения: 27.06.2024).Ahmed M., Liang Q.Q., Patel V.I., Hadi M.N.S. Numerical analysis of axially loaded circular high strength concrete-filled double steel tubular short columns. Thin-Walled Structures. 2019. (138). Pp. 105–116. URL: https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.02.001. (date of application: 27.06.2024).Du, G.; Andjelic, A.; Li, Z.; Lei, Z.; Bie, X. Residual Axial Bearing Capacity of Concrete-Filled Circular Steel Tubular Columns // Applied Sciences, 2018. № 8 (793). URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/8/5/793/htm (дата обращения: 27.06.2024).Du, G.; Andjelic, A.; Li, Z.; Lei, Z.; Bie, X. Residual Axial Bearing Capacity of Concrete-Filled Circular Steel Tubular Columns. Applied Sciences. 2018. No. 8 (793). URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/8/5/793/htm (date of application: 27.06.2024).Ge H.B., Usami T. Strength analysis of concrete-filledtin-walled steel box columns // Journal of Constructional Steel Research, 1994. С. 259-281.Ge H.B., Usami T. Strength analysis of concrete-filled tin-walled steel box columns. Journal of Constructional Steel Research. 1994. Pp. 259-281.Han, L.-H., Lam, D., & Nethercot, D. Design Guide for Concrete-filled Double Skin Steel Tubular Structures (1st ed.). CRC Press. URL: https://doi.org/10.1201/9780429440410.Han, L.-H., Lam, D., & Nethercot, D. Design Guide for Concrete-filled Double Skin Steel Tubular Structures (1st ed.). CRC Press. URL: https://doi.org/10.1201/9780429440410. (date of application: 27.06.2024).Hassanein M.F, Elchalakani M., Patel V.I. Overall buckling behaviour of circular concrete-filled dual steel tubular columns with stainless steel external tubes // Journal Thin-Walled Structures, 2017. №115. С. 336–348.Hassanein M.F, Elchalakani M., Patel V.I. Overall buckling behaviour of circular concrete-filled dual steel tubular columns with stainless steel external tubes. Journal Thin-Walled Structures. 2017. No. 115. Pp. 336–348.Kibriya T. Performance of Concrete Filled Steel Tubular Columns // Аmerican Journal of Civil Engineering and Architecture, 2017. № 5(2). С. 35–39.Kibriya T. Performance of Concrete Filled Steel Tubular Columns. Аmerican Journal of Civil Engineering and Architecture. 2017. No. 5(2). Pp. 35–39.O'Shea M.D., Bridge R.Q. Design of circular thin-walled concrete filled steel tubes // Journal of Structural Engineering, 2000. №126(11). С. 1295–1303.O'Shea M.D., Bridge R.Q. Design of circular thin-walled concrete filled steel tubes. Journal of Structural Engineering. 2000. No. 126(11). Pp. 1295–1303.Uy B., Tao Z., Han L.H. Behaviour of short and slender concrete-filled stainless steel tubular columns // Journal of Constructional Steel Research, 2011. №67. С. 360-378.Uy B., Tao Z., Han L.H. Behaviour of short and slender concrete-filled stainless steel tubular columns. Journal of Constructional Steel Research. 2011. No.67. Pp. 360-378.Abed F.H., Abdelmageed Y.I., Ilgun A.K. Flexural response of concrete-filled seamless steel tubes // Journal of Constructional Steel Research, 2018. №149. С. 53–63.Abed F.H., Abdelmageed Y.I., Ilgun A.K. Flexural response of concrete-filled seamless steel tubes. Journal of Constructional Steel Research. 2018. No.149. Pp. 53–63.Jiang A., Chen J., Jin W-L. Experimental investigation and design of thin-walled concrete-filled steel tubes subject to bending // Thin-Walled Structures, 2013. № 63. С. 44–50.Jiang A., Chen J., Jin W-L. Experimental investigation and design of thin-walled concrete-filled steel tubes subject to bending. Thin-Walled Structures. 2013. No. 63. Pp. 44–50.Gho W.M., Liu D. Flexural behavior of high-strength rectangular concrete- filled steel hollow sections // Journal of Constructional Steel Research, 2004. №60. С.1681–96.Gho W.M., Liu D. Flexural behavior of high-strength rectangular concrete- filled steel hollow sections. Journal of Constructional Steel Research. 2004. No.60. PP.1681–96.Guochang Li, Di Liu, Zhijian Yang, Chunyu Zhang. Flexural behavior of high strength concrete filled high strength square steel tube // Journal of Constructional Steel Research,2017. №128. С. 732–744.Guochang Li, Di Liu, Zhijian Yang, Chunyu Zhang. Flexural behavior of high strength concrete filled high strength square steel tube. Journal of Constructional Steel Research. 2017. No.128. Pp. 732–744.Han L.-H., Lu H., Yao G.-H., Liao F. Further Study on the Flexural Behavior of Concrete-filled Steel Tubes// Journal of Constructional Steel Research, 2006. №62(6). С. 554-565.Han L.-H., Lu H., Yao G.-H., Liao F. Further Study on the Flexural Behavior of Concrete-filled Steel Tubes. Journal of Constructional Steel Research. 2006. No.62(6). PP. 554-565.Hemzah S.A., Al-Obaidi S., Salim T. Flexural behavior of concrete filled steel tube composite with different concrete compressive strength // International Journal of Civil Engineering and Technology, 2018. № 9(7). С. 824–832.Hemzah S.A., Al-Obaidi S., Salim T. Flexural behavior of concrete filled steel tube composite with different concrete compressive strength. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2018. No. 9(7). Pp. 824–832.Ming-Xiang Xiong, De-Xin Xiong, J.Y. Richard Liew. Flexural performance of concrete filled tubes with high tensile steel and ultra-high strength concrete // Journal of Constructional Steel Research, 2017. № 132. С. 191–202.Ming-Xiang Xiong, De-Xin Xiong, J.Y. Richard Liew. Flexural performance of concrete filled tubes with high tensile steel and ultra-high strength concrete. Journal of Constructional Steel Research. 2017. No. 132. Pp. 191– 202.Tomii, Masahide and Kenji Sakino. Elasto-plastic behavior of concrete filled square steel tubular beamcolumns // Transactions of the Architectural Institute of Japan, 1979. №280. С. 111–20.Tomii, Masahide and Kenji Sakino. Elasto-plastic behavior of concrete filled square steel tubular beamcolumns. Transactions of the Architectural Institute of Japan. 1979. No.280. Pp. 111–20.Uy B. Strength of short concrete filled high strength steel box columns // Journal of Constructional Steel Research, 2001. №57. С. 113–134.Uy B. Strength of short concrete filled high strength steel box columns. Journal of Constructional Steel Research. 2001. No.57. Pp. 113–34.Wang R., Han L-H., Nie J-G., Zhao X-L. Flexural performance of rectangular CFST members // ThinWalled Structures, 2014. №79. С.154–165.Wang R., Han L-H., Nie J-G., Zhao X-L. Flexural performance of rectangular CFST members. Thin-Walled Structures. 2014. No.79. Pp.154–165.Арленинов, П.Д., Крылов С.Б., Смирнов П.П. Расчетно-экспериментальные исследования изгибаемых трубобетонных конструкций // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений, 2017. № 4. С. 34-38.Arleninov, P.D., Krylov PP.B., Smirnov P.P. Calculation of the central and eccentrically compressed pipeconcrete structures strength. Sejsmostojkoe stroitel`stvo. Bezopasnost` sooruzhenij. 2017. No. 4. Pp. 34-38. (rus).Хазов П.А., Помазов А.П. Экспериментальное исследование продольного и поперечного изгиба трубобетонных стержней // Жилищное строительство, 2023. № 12. С. 66–71.Khazov P.A., Pomazov A.P. Experimental study of longitudinal and transverse bending of pipe concrete rods. Zhilishhnoe stroitel`stvo. 2023. No. 12. Pp. 66–71. (rus).Якупова, Л.З., Астанков К. Ю., Овчинников И. Г. О возможности применения свода правил СП 266.1325800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования» для проектирования трубобетонных конструкций в малом мостостроении // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология, 2023. № 2. С. 112-121.Yakupova L.Z., Astankov K.Yu., Ovchinnikov I.G. The code of norms SP 266.1325800.2016 "Composite steel and concrete structures. Design rules" applicability for the low-span bridges made of concrete-filled steel tubes design. Transport. Transportny`e sooruzheniya. E`kologiya. 2023. No. 2. Pp. 112-121. (rus).American Institute of Steel Construction. Specification for Structural Steel Buildings ANSI/AISC 360-10. American Institute of Steel Construction, 2010.American Institute of Steel Construction. Specification for Structural Steel Buildings ANSI/AISC 360-10. American Institute of Steel Construction. 2010.

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