constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2024-116-6-48-59construction-823Research ArticleТЕОРИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИTHEORY OF ENGINEERING STRUCTURES. BUILDING UNITSНелинейная деформационная модель в расчете внецентренно сжатых трубобетонных элементовNonlinear deformation model in the analysis of eccentri-cally compressed concrete-filled steel tube elementsЛазовскийД. Н.LazovskyD. N.Лазовский Дмитрий Николаевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры строительных конструкций 

г. Полоцк

Lazovsky Dmitry N., Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Building Structures 

Polotsk

d.lazovski@psu.byХаткевичА. М.KhatkevichA. M.Хаткевич Александр Михайлович, кандидат технических наук, старший преподаватель, заведующий кафедрой строительных конструкций 

г. Полоцк

 

Alexander Mikhailovich Khatkevich, Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, Head of the Department of Building Structures 

Polotsk

haalex83@yandex.ruГлуховД. О.GlukhovD. O.Глухов Дмитрий Олегович, кандидат технических наук, доцент кафедры вычислительных систем и сетей 

г. Полоцк

Glukhov Dmitry O., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Computing Systems and Networks

Polotsk

d.gluhov@psu.byПолоцкий государственный университет (ПГУ) имени Евфросинии ПолоцкойPolotsk State University (PSU) named after Euphrosyne Polotskaya202411122024064859Copyright © Лазовский Д.Н., Хаткевич А.М., Глухов Д.О., 20242024Лазовский Д.Н., Хаткевич А.М., Глухов Д.О.Lazovsky D.N., Khatkevich A.M., Glukhov D.O.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/823

Рассмотрен вопрос применимости нелинейной деформационной модели для определения параметров напряженного-деформированного состояния внецентренно сжатых трубобетонных элементов. Для учета сложного напряженного состояния материалов бетона внутреннего сердечника и стали трубы введены корректировки их диаграмм деформирования. Поперечное сечение трубобетонного элемента рассматривается как совокупность элементарных площадок. В качестве критерия расчета сопротивления сжатию в предельной стадии по прочности предложено принимать максимальное усилие, вычисляемое из условия совместности деформаций стали и бетона. Преимуществом данного критерия является отсутствие необходимости нормирования предельной сжимаемости бетона и учет высокой степени перераспределения усилий в поперечных сечениях. На выборке экспериментальных данных выполнена верификация методики сопоставлением результатов расчетного и экспериментально полученного предельного усилия. Подтверждена применимость нелинейной деформационной модели на основе диаграмм деформирования с учетом многоосного напряженного состояния бетона и стали трубы для расчета внецентренно сжатых трубобетонных элементов. 

This paper discusses the applicability of a nonlinear deformation model for determining the parameters of the stress-strain state of eccentrically compressed concrete-filled steel tube elements. Adjustments to the deformation diagrams of the concrete core and the steel tube were introduced to account for the complex stress state of the materials. The cross-section of the concretefilled steel tube element is considered as a collection of elementary areas. As the criterion for calculating compressive resistance at the ultimate strength stage, it is proposed to use the maximum force calculated based on the compatibility condition of steel and concrete deformations. The advantage of this criterion is that it eliminates the need to normalize the ultimate compressibility of concrete and accounts for the high degree of force redistribution in cross-sections. The method was verified by comparing the calculated and experimentally obtained ultimate forces on a sample of experimental data. The applicability of the nonlinear deformation model based on deformation diagrams, considering the multiaxial stress state of concrete and the steel tube, was confirmed for the analysis of eccentrically compressed concrete-filled steel tube elements.

трубобетонный элементнелинейная деформационная моделькорректировка диаграмм деформированиякритерий разрушенияconcrete-filled steel tube elementnonlinear deformation modeldeformation diagram adjustmentfailure criterionReferencesКришан, А. Л. Трубобетонные колонны для многоэтажных зданий // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2009 № 4. С. 75-80.Krishan, A. L. Trubobetonnye kolonny dlya mnogoetazhnykh zdanii [The concrete-filled steel tube columns for high-rise bildings]. Stroitel'naya mekhanika inzhe-nernykh konstruktsii i sooruzhenii. 2009 No 4.Pp. 75-80. (rus)Дуванова, И. А., Сальманов И. Д. Трубобетонные колонны в строительстве высотных зданий и сооружений // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014 № 6(21). С. 89-103.Duvanova, I. A., Sal'manov I. D. Trubobetonnye kolonny v stroitel'stve vysotnykh zdanii i so-oruzhenii [Concrete-filed steel tube columns in construction high-rise building and structures]. Stroitel'stvo unikal'nykh zdanii i sooruzhenii. 2014 No 6(21). Pp. 89-103. (rus)Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Михалдыкин Е.С. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Часть 1. Опыт применения трубобетона с металлической оболочкой // Интернет-журнал Науковедение. 2015 Т.7 № 4(29). С. 90. DOI: 10.15862/95TVN415.Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Chesnokov G.V., Mikhaldykin E.S. O probleme rascheta trubobetonnykh konstruktsii s obolochkoi iz raznykh materialov. Chast' 1. Opyt primeneniya trubobetona s metallicheskoi obolochkoi. Internet-zhurnal Naukovedenie. 2015 T.7 No 4(29). Pp. 90. DOI: 10.15862/95TVN415. (rus)Пенкина, Е. В. Плотников А. И. К вопросу о применении трубобетонных колонн в многоэтажных и высотных зданиях // Научному прогрессу - творчество молодых: Международная молодежная научная конференция по естественнонаучным и техническим дисциплинам: материалы и доклады: в 3 частях, ЙошкарОла, 19–20 апреля 2013 года / Поволжский государственный технологический университет. Том Часть 3. ЙошкарОла: Поволжский государственный технологический университет, 2013. С. 121-123.Penkina, E. V. Plotnikov A. I. K voprosu o primenenii trubobetonnykh kolonn v mnogoetazhnykh i vysotnykh zdaniyakh. Nauchnomu progressu - tvorchestvo molodykh : Mezhdunarodnaya molodezhnaya nauchnaya konferen-tsiya po estestvennonauchnym i tekhnicheskim distsiplinam: materialy i doklady: v 3 chastyakh, Ioshkar-Ola, 19–20 aprelya 2013 goda. Povolzhskii gosudarstvennyi tekhnologicheskii universitet. Tom Chast' 3. Yoshkar-Ola: Povolzhskii gosudarstvennyi tekhnologicheskii universitet, 2013. Pp. 121-123. (rus)Овчинников И.И., Овчинников И.Г., Чесноков Г.В., Михалдыкин Е.С. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Часть 2. Расчет трубобетонных конструкций с металлической оболочкой // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». 2015 Т.7, №4 (29) DOI: 10.15862/112TVN415. 6. Несветаев, Г. В., Резван И. В. Оценка прочности трубобетона // Фундаментальные исследования. 2011 № 12-3. С. 580-583.Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Chesnokov G.V., Mikhaldykin E.S. O probleme rascheta trubobetonnykh konstruktsii s obolochkoi iz raznykh materialov. Chast' 2. Raschet trubobetonnykh konstruktsii s metalli-cheskoi obolochkoi. Internet-zhurnal «NAUKOVEDENIE». 2015 T.7, No 4 (29) DOI: 10.15862/112TVN415. (rus)Кикин А. И., Санжароиский Р. С., Трулль В. А. Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном. М.: Стройиздат, 1974, 144 с.Nesvetaev, G. V., Rezvan I. V. Otsenka prochnosti trubobetona [RESISTIBILITY EVALUATION OF THE COMPOSITE COLUMNS]. Fundamental'nye issledovaniya. 2011 No 12-3. Pp. 580-583. (rus)СП 266.1325800.2016 Конструкции сталежелезобетонные : Правила проектирования : свод правил :Kikin A. I., Sanzharoiskii R. S., Trull' V. A. Konstruktsii iz stal'nykh trub, zapolnennykh beto-nom. Moscow: Stroiizdat, 1974, 144 p. (rus)издание официальное : утвержден Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 30 декабря 2016 г. № 1030/пр : дата введения 01 июля 2017 г. – URL: http://www.consultant.ru.SP 266.1325800.2016 Konstruktsii stalezhelezobetonnye : Pravila proektirovaniya : svod pravil : izdanie ofitsial'noe : utverzhden Prikazom Ministerstva stroitel'stva i zhilishchno-kommunal'nogo khozyaistva Rossiiskoi Federatsii ot 30 dekabrya 2016 g. No 1030/pr : data vvedeniya 01 iyulya 2017 g. – URL: http://www.consultant.ru. (rus)Снигирева В.А., Горынин Г.Л. Нелинейное напряженно-деформированное состояние трубобетонных конструкций // Инженерно-строительный журнал. 2018 № 7(83). С. 73-82.Snigireva V.A., Gorynin G.L. Nelineinoe napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie trubobetonnykh konstruktsii [The nonlinear stress-strain state of the concrete-filled steel tube structures]. Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. 2018 No 7(83). Pp. 73-82. (rus)Хазов П.А., Ситникова А.К., Чибакова Е.А. Расчет трубобетонных конструкций: современное состояние вопроса и перспективы дальнейших исследований (обзор) // Приволжский научный журнал. 2023 № 4. С.57-76.Khazov P.A., Sitnikova A.K., Chibakova E.A. Raschet trubobetonnykh konstruktsii: sovremennoe sostoyanie voprosa i perspektivy dal'neishikh issledovanii (obzor). Privolzhskii nauchnyi zhurnal. 2023 No 4. Pp.57-76. (rus)Gardner N. J., Jacobson E. R. Structural Behavior of Concrete Filled Steel Tube // ACI Journal. 1967. P. 404-413.Gardner N. J., Jacobson E. R. Structural Behavior of Concrete Filled Steel Tube. ACI Journal. 1967. Pp. 404-413.Tomii M., Yoshimura K., Morishita Y. Experimental Studies on Concrete Filled Steel Tubular Columns under Concentric Loading // Proc. Int. Colloquium on Stability of Structures Under Static and Dynamic Loads. 1977. – P. 718-741Tomii M., Yoshimura K., Morishita Y. Experimental Studies on Concrete Filled Steel Tubular Columns under Concentric Loading. Proc. Int. Colloquium on Stability of Structures Under Static and Dynamic Loads. 1977. – Pp. 718-741.Schneider, S. P. Axially Loaded Concrete-Filled Steel Tubes // Journal of Structural Engineering. 1998 Vol. 124, Issue. 10. P. 1125-1138.Schneider, S. P. Axially Loaded Concrete-Filled Steel Tubes. Journal of Structural Engineering. 1998 Vol. 124, Issue. 10. Pp. 1125-1138.Kuranovas A., Goode D., Kvedaras A., Zhong S. Load-Bearing Capacity of Concrete-Filled Steel Columns // Journal of Civil Engineering and Management. 2009 №15(1). P. 21–33. DOI:10.3846/1392-3730.2009.15.21-33Kuranovas A., Goode D., Kvedaras A., Zhong S. Load-Bearing Capacity of Concrete-Filled Steel Columns. Journal of Civil Engineering and Management. 2009 No 15(1). Pp. 21-33. DOI:10.3846/1392-3730.2009.15.21-33Jayalekshmi1 S. A., Sankar Jegadesh J. S. Comparative Study on Design Principles of Circular Concrete Filled Steel Tubular Columns // Proceedings to the ICIDRET. 2014. P. 133-137.Jayalekshmi1 S. A., Sankar Jegadesh J. S. Comparative Study on Design Principles of Circular Concrete Filled Steel Tubular Columns. Proceedings to the ICIDRET. 2014. Pp. 133-137.Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона. М.: Стройиздат, 1996. 412 с.Karpenko N.I. Obshchie modeli mekhaniki zhelezobetona. Moscow: Stroiizdat,1996. 412 p. (rus)Маилян Д. Р., Несветаев Г. В., Халезин С. В., Горцевской А. А. Деформационные свойства и параметрические точки бетонов каркасной структуры // Инженерный вестник Дона. 2018 № 2(49). С. 177.Mailyan D. R., Nesvetaev G. V., Khalezin S. V., Gortsevskoi A. A. Deformatsionnye svoistva i parametricheskie tochki betonov karkasnoi struktury. Inzhenernyi vestnik Dona. 2018 No 2(49). P. 177. (rus)Горынин Г. Л., Снигирева В. А., Горынин А. Г., Иванов А. В. Учет изменения коэффициента Пуассона бетона при нелинейном деформировании трубобетонных стоек // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2022 № 11(767). С. 15-27. DOI: 10.32683/0536-1052-2022-767-11-15-27.Gorynin G. L., Snigireva V. A., Gorynin A. G., Ivanov A. V. Uchet izmeneniya koeffitsienta Puasso-na betona pri nelineinom deformirovanii trubobetonnykh stoek. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2022 No 11(767). P. 15-27. DOI: 10.32683/0536-1052-2022-767-11-15-27. (rus)Стороженко Л.И., Семко А.В. Сравнение методик расчета трубобетонных конструкций // Коммунальное хозяйство городов. Научно-технический сборник. 2005 №63. С. 59-67.Storozhenko L.I., Semko A.V. Sravnenie metodik rascheta trubobetonnykh konstruktsii. Kommunal'noe khozyaistvo gorodov. Nauchno-tekhnicheskii sbornik. 2005 No 63. Pp. 59-67. (rus)Кришан А. Л., Наркевич М. Ю. Анализ существующих методик расчета внецентренно сжатых трубобетонных колонн городских сооружений и зданий // Предотвращение аварий зданий и сооружений. 2012 № 1. С. 1-5.Krishan A. L., Narkevich M. Yu. Analiz sushchestvuyushchikh metodik rascheta vnetsentrenno szhatykh trubobetonnykh kolonn gorodskikh sooruzhenii i zdanii. Predotvrashchenie avarii zdanii i sooruzhenii. 2012 No 1. Pp. 1-5. (rus)Астанков К.Ю., Пермикин А.С., Овчинников И.Г. Анализ возможности применения российских норм проектирования сталетрубобетонных конструкций в малом мостостроении // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2022 № 2. С. 53-63. DOI: 10.15593/24111678/2022.02.07.Astankov K.Yu., Permikin A.S., Ovchinnikov I.G. Analiz vozmozhnosti primeneniya rossiiskikh norm proektirovaniya staletrubobetonnykh konstruktsii v malom mostostroenii. Transport. Transportnye so-oruzheniya. Ekologiya. 2022 No 2. Pp. 53-63. DOI: 10.15593/24111678/2022.02.07. (rus)Хашхожев К. Н. Аваков А. А. Расчет центрально сжатыхтрубобетоннх колонн кольцевого сечения с учетом физической нелинейности // Строительство и архитектура. 2021 Т. 9 № 3. С. 6-10. DOI: 10.29039/23080191-2021-9-3-6-10.Khashkhozhev K. N. Avakov A. A. Raschet tsentral'no szhatykhtrubobetonnkh kolonn kol'tsevogo secheniya s uchetom fizicheskoi nelineinosti [CALCULATION OF CENTRALLY COMPRESSED CONCRETE FILLED STEEL TUBULAR COLUMNS OF ANNULAR SECTION TAKING INTO ACCOUNT PHYSICAL NONLINEARITY]. Stroitel'stvo i arkhitektura. 2021 T. 9 No 3. Pp. 6-10. DOI: 10.29039/2308-0191-2021-9-3-6-10. (rus)Конин Д.В., Крылов А.С., Гаврилов Д.Н., Жданова А.А., Воропаева М.И. О работе сталежелезобетонных конструкций при внецентренном сжатии // Промышленное и гражданское строительство. 2023 № 12. С. 31-37. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.12.31-37.Konin D.V., Krylov A.S., Gavrilov D.N., Zhdanova A.A., Voropaeva M.I. O rabote stalezhelezobetonnykh konstruktsii pri vnetsentrennom szhatii. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2023 No 12. Pp. 31-37. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.12.31-37. (rus)Кришан А.Л., Сагадатов А. И., Мельничук А.С. Реализация нелинейной деформационной модели при расчете прочности трубобетонных колонн // Предотвращение аварий зданий и сооружений. 2010 №10. С. 635-643.Krishan A.L., Sagadatov A. I., Mel'nichuk A.S. Realizatsiya nelineinoi deformatsionnoi modeli pri raschete prochnosti trubobetonnykh kolonn. Predotvrashchenie avarii zdanii i sooruzhenii. 2010 No 10. Pp. 635-643. (rus)Чепурненко В.С., Языев Б.М., Урвачёв П.М., Аваков А.А. Определение напряжённодеформированного состояния коротких внецентренно-сжатых трубобетонных колонн методом конечных элементов путём сведения трёхмерной задачи к двумерной // Строительство и архитектура. 2020 Том 8. Выпуск 4 (29). С.87-94.Chepurnenko V.S., Yazyev B.M., Urvachev P.M., Avakov A.A. Opredelenie napryazhennodeformirovannogo sostoyaniya korotkikh vnetsentrenno-szhatykh trubobetonnykh kolonn metodom konechnykh elementov putem svedeniya trekhmernoi zadachi k dvumernoi [DETERMINATION OF STRESS-STRAIN STATE OF SHORT ECCENTRICALLY LOADED CONCRETE-FILLED STEEL TUBULAR (CFST) COLUMNS USING FINITE ELEMENT METHOD WITH REDUCING THE PROBLEM FROM THREE-DIMENSIONAL TO TWO- DIMENSIONAL]. Stroitel'stvo i arkhitektura. 2020 Tom 8. Vypusk 4 (29). Pp.87-94. (rus)Кришан, А. Л. Диаграммный расчет прочности трубобетонных колонн // Международная научнопрактическая конференция "Инженерные системы - 2011": Тезисы докладов, Москва, 05–08 апреля 2011 года / Под общей редакцией С.Н. Кривошапко. Москва: Российский университет дружбы народов, 2011. С. 79.Krishan, A. L. Diagrammnyi raschet prochnosti trubobetonnykh kolonn // Mezhdunarodnaya nauchnoprakticheskaya konferentsiya "Inzhenernye sistemy - 2011": Tezisy dokladov, Moskva, 05–08 aprelya 2011 goda / Pod obshchei redaktsiei S.N. Krivoshapko. Moskva: Rossiiskii universitet druzhby narodov, 2011. P. 79. (rus)Кришан, А. Л., Трошкина Е. А., Кузьмин А. В. Предложения по расчету прочности трубобетонных колонн // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011 № 1(33). С. 66-69.Krishan, A. L., Troshkina E. A., Kuz'min A. V. Predlozheniya po raschetu prochnosti trubobetonnykh kolonn. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. 2011 No 1(33). Pp. 66-69. (rus)Ведерникова, А. А. Совершенствование методики расчета трубобетонных элементов обратным численно-аналитическим методом и ее применение // Инженерный вестник Дона. 2023 № 11(107). С. 437-449.Vedernikova, A. A. Sovershenstvovanie metodiki rascheta trubobetonnykh elementov obratnym chislenno-analiticheskim metodom i ee primenenie. Inzhenernyi vestnik Dona. 2023 No 11(107). Pp. 437-449. (rus)Snigireva, V.A., Gorynin, G.L. The nonlinear stress-strain state of the concrete-filled steel tube structures. Magazine of Civil Engineering. 2018 83(7). P. 73-82. DOI: 10.18720/MCE.83.7.Snigireva, V.A., Gorynin, G.L. The nonlinear stress-strain state of the concrete-filled steel tube structures. Magazine of Civil Engineering. 2018 83(7). P. 73–82. DOI: 10.18720/MCE.83.7. (rus)Сагадатов А.И. Напряженно-деформированное состояние сжатых трубобетонных элементов с внутренним стальным сердечником. Дисс. … канд. техн. наук. – Магнитогорск, 2006 – 180 с.Sagadatov A.I. Napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie szhatykh trubobetonnykh elementov s vnutrennim stal'nym serdechnikom. Diss. … kand. tekhn. nauk. – Magnitogorsk, 2006 – 180 p.Кузнецов К.С. Прочность и деформативность колонн из стальных труб, заполненных высокопрочным предварительно обжатым бетоном. Дисс. …канд. техн. наук. – Магнитогорск, 2007 – 154 с.Kuznetsov K.S. Prochnost' i deformativnost' kolonn iz stal'nykh trub, zapolnennykh vysokoprochnym predvaritel'no obzhatym betonom. Diss. …kand. tekhn. nauk. – Magnitogorsk, 2007 – 154 p. (rus)Стороженко Л.И. Объемное напряженно-деформированное состояние железобетона с косвенным армированием: Дисс. … докт. техн. наук. – Кривой Рог, 1984 – 587 с.Storozhenko L.I. Ob"emnoe napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie zhelezobetona s kosvennym armirovaniem: Diss. … dokt. tekhn. nauk. – Krivoi Rog, 1984 – 587 p. (rus)Шабров В.Л. Прочность трубобетонных элементов диаметром 500 мм и более при внецентренном сжатии: Дисс. канд. … техн. наук. – М.: НИИЖБ, 1988 – 253 с.Shabrov V.L. Prochnost' trubobetonnykh elementov diametrom 500 mm i bolee pri vnetsentrennom szhatii: Diss. kand. … tekhn. nauk. – Moscow: NIIZhB, 1988 – 253 p. (rus)CEB-FIB. Model Code for Concrete Structures. Ernst & Sohn, 2013. 402 p.CEB-FIB. Model Code for Concrete Structures. Ernst & Sohn, 2013. 402 p.СП 5.03.01-2020 «Бетонные и железобетонные конструкции»//РУП «Стройтехнорм» Министерства архитектуры и строительства Республики Беларусь, Минск, 2020 -236с.SP 5.03.01-2020 «Betonnye i zhelezobetonnye konstruktsii»//RUP «Stroitekhnorm» Ministerstva arkhitektury i stroitel'stva Respubliki Belarus', Minsk, 2020 -236 p.ТКП 45-5.03-16-2005 (02250) Конструкции сталежелезобетонные покрытий и перекрытий. Правила проектирования / Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь // Минск, 2006. – 71 с.TKP 45-5.03-16-2005 (02250) Konstruktsii stalezhelezobetonnye pokrytii i perekrytii. Pravila proektirovaniya. Ministerstvo arkhitektury i stroitel'stva Respubliki Belarus'. Minsk, 2006. – 71 p. (rus)

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