Г. Н. Трусов, В. П. Рубан, И.В. Атаманенко

trysov54@gmail.com

ПолтНТУ, г. Полтава, Украина

исследованиЕ устойчивости внецентренно сжатых сталежелезобетонных элементов

Абстракт — предложена методика численного исследования несущей способности сталежелезобетонных внецентренно сжатых элементов. Приведены результаты апробации для стойки из обетонированного стального двутавра.

Ключевые слова: сталежелезобетонные элементы, внецентренное сжатие, несущая способность, устойчивость, численные методы.

Перспективным направлением применения сталежелезобетона являются обетонированные стальные двутавры. Наличие обоймы в сталебетонных колоннах способствует увеличению прочности бетона; в свою очередь бетон гарантирует обеспечение местной устойчивости стальной оболочки без дополнительных конструктивных мероприятий. Бетон и сталь при таком сочетании обеспечивают наиболее благоприятные условия совместной работы. Подобные конструкции хорошо себя зарекомендовали в практике зарубежного и отечественного строительства.

Вместе с тем, в нормах сталежелезобетонных конструкций отсутствуют четкие рекомендации по расчету устойчивости подобных колонн.

Для решения указанной задачи была использована методика численного исследования несущей способности внецентренно сжатых стальных стержней постоянного и переменного сечений, приведенная авторами в настоящем сборнике, а также в [2, 3], и дополненная алгоритмами расчета обетонированных стальных стержней постоянного сечения. Применение численных методов позволяет учесть действительную форму изгиба оси элемента, физическую нелинейность материала, разные условия опирания концов стержня.

Рис. 1. Испытание обетонированных двутавров в гидравлическом прессе

В рамках использования дискретных расчетных моделей и безразмерных параметров представления данных в алгоритм был введен дополнительный входной параметр — приведенная площадь бетона:

(1)

Диаграммы работы стали и бетона задаются в табличном виде. Исходя из равенства деформаций бетона и стали, для каждой точки дискретного сечения вычисляются касательные (мгновенные) модули упругости стали Е_ст и бетона Е_бет для заданного значения деформации.

Основная идея заключается в следующем. В каждой точке каждого сечения вычисляются жесткости стальной и бетонной составляющих. Из соотношения жесткостей определяется распределение долей внешних усилий, воспринимаемых сталью и бетоном.

Рис. 2. Дискретная модель сечения

Таким образом усилия в стальном элементе:

; ,

(2)

где — внешние усилия, действующие на сечение.

При этом

,

.

Дальнейшие расчеты ведутся для «разгруженного» бетоном стального элемента.

На рис. 3 приведены для примера результаты численного расчета —кривые критических напряжений для стального и обетонированного (бетон класса В20) двутавра № 30Ш1 при значении относительного эксцентриситета .

Заключение. Описанная методика позволяет проводить численные исследования несущей способности сжатых сталежелезобетонных элементов с учетом действительной работы конструкций. Результаты исследований могут быть представлены в виде таблиц φ_е для внецентренно сжатых обетонированных стальных двутавров.

Рис. 3. Кривые критических напряжений для стального и обетонированного двутавров № 30Ш1 ( бетон В20). Значения увеличены в 1000 раз.

Литература:

1. Бельский Г. Е. Основы унификации расчетов металлических конструкций за пределом упругости // Строительная механика и расчет сооружений. — 1985. — № 3. — С. 12–15.

2. Численное исследование несущей способности стоек рам переменного по длине сечения // Новые идеи нового века — 2013: материалы Тринадцатой Международной научной конференции: в 3 т. — Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2013. — т. 2, с. 457–462.

3. Трусов Г. М., Рубан В. П. Методика чисельного дослідження несучої здатності позацентрово стиснутих елементів металевих конструкцій змінного по довжині перерізу // Зб. наук. ст. Сталезалізобетонні конструкції: дослідження, проектування, будівництво, експлуатація. Вип. 9. — Кривий Ріг: КТУ, 2011. — С. 214–218.