Strength analysis of reinforced concrete in a closed space of a metal pipe = Аналіз міцності залізобетону в замкнутому просторі металевої труби

Abstract

The concrete strengthening coefficient calculating method of concrete-filled steel tubular members at axial compression based on the plasticity theories by Saint-Venant and Huber-Mises-Genk. This method is used for calculating values taking into account the concrete meridional pressure on the pipe and axial stresses in it. The following tubular concrete element strength equation is obtained, where the stresses in the pipe reach the limit values at the element destruction moment, that is the materials strength is used completely. An calculation example is given and the strengthening coefficient calculation results are compared according to both theories. For determining the proposed method accuracy it is planned to compare the results of the calculation with experimental data.

На сьогодні проєктування стиснутих трубобетонних елементів являє собою досить складний процес, причиною чого є відсутність розрахункових залежностей, які б враховували явище збільшення несучої здатності елемента за рахунок роботи бетону в умовах об’ємного напружено-деформованого стану, що обумовлює одержання розрахункових значень міцності нормального перерізу трубобетонного елемента, які будуть недовикористані. Можливість розв’язання існуючої проблеми полягає в подальшому дослідженні теорії розрахунків міцності трубобетонних елементів на основі впроваджуваних сучасних поглядів на роботу бетону в поєднанні з арматурою та сталевою оболонкою. Тож було розроблено методику аналізу міцності з використанням коефіцієнта зміцнення бетону трубобетонних елементів при осьовому стисненні для обчислення значень з урахуванням меридіонального тиску бетону на трубу й осьових напружень у ньому на основі теорій пластичності Сен-Венана та Губера – Мізеса – Генкі. Критерієм руйнування трубобетонного елемента обрано його граничний стан при досягненні в сталі труби напружень текучості, завдяки чому отримано таке рівняння міцності трубобетонного елемента, в якому напруження в стінці труби в момент руйнування елемента приймаються граничними, тобто міцність матеріалів використовується повністю. Наведено приклад виконання розрахунку та здійснено порівняння результатів розрахунку міцності з використанням коефіцієнта «зміцнення» за обома теоріями як у табличній формі, так і шляхом побудови графіків залежності значень міцності трубобетонного елемента й коефіцієнта зміцнення бетону від його класу. Відмічено суттєве зростання коефіцієнта зміцнення для низьких класів бетону при відповідному збільшенні товщини стінки труби за обома теоріями, що може свідчити про суттєві резерви міцності та потребує подальшого теоретичного й експериментального дослідження.