vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2023-25-2-141-153vestniktgasu-1467Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING AND CONSTRUCTIONПрочность и устойчивость композитных железобетонных и трубобетонных образцов при статическом нагруженииStrength and stability of composite concrete and pipe-concrete structures under static loadЕрофеевВ. И.ErofeevV. I.

Ерофеев Владимир Иванович, докт. физ.-мат. наук, директор

603024, г. Нижний Новгород, ул. Белинского, 85  

Vladimir I. Erofeev, DSc, Director

85, Belinsky Str., 603024, Nizhny Novgorod, Russia 

erof.vi@yandex.ruХазовП. А.KhazovP. A.

Хазов Павел Алексеевич, канд. техн. наук, доцент

603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65  

Pavel A. Khazov, PhD, A/Professor

65, Il'inskaya Str., 603950, Nizhny Novgorod, Russia 

khazov.nngasu@mail.ruСитниковаА. К.SitnikovaA. K.

Ситникова Анна Константиновна, студентка

603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65

 Anna K. Sitnikova, Student 

65, Il'inskaya Str., 603950, Nizhny Novgorod, Russia 

sitanngd@gmail.comИнститут проблем машиностроения РАН – филиал Института прикладной физики РАНРоссияMechanical Engineering Research Institute RAS, Branch of the Institute of Applied Physics RASRussian FederationНижегородский государственный архитектурно-строительный университетРоссияNizhny Novgorod State University of Architecture and Civil EngineeringRussian Federation202326042023252141153Copyright © Ерофеев В.И., Хазов П.А., Ситникова А.К., 20232023Ерофеев В.И., Хазов П.А., Ситникова А.К.Erofeev V.I., Khazov P.A., Sitnikova A.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1467

Существующая нормативная база и несовершенство методик расчета препятствуют широкому распространению трубобетонных конструкций, имеющих большой потенциал для промышленных и гражданских объектов, требующих малогабаритных сечений несущих элементов. С целью решения этой проблемы авторами проведена серия экспериментов, направленных на изучение поведения образцов различных сочетаний стальных и бетонных материалов при статическом нагружении. В статье рассматривается напряженно-деформированное состояние железобетонных и трубобетонных элементов. Представлены материалы испытаний образцов, выполнен анализ показателей несущей способности испытуемых образцов.Экспериментальные исследования образцов проводились с использованием гидравлического пресса в 2 этапа.В ходе испытаний получены критические нагрузки разрушения образцов, для каждого образца выявлен характер потери несущей способности и разрушения, построены диаграммы деформирования. Выполнен сравнительный анализ показателей несущей способности исследуемых образцов.Анализ экспериментальных исследований показал нелинейное увеличение несущей способности при обеспечении совместности работы стальной оболочки и железобетонного ядра трубобетонного образца, а также подтвердил существенные преимущества трубобетонных конструкций перед «классическими» типами конструкций.

The existing regulatory framework and imperfect calculation methods hinder the widespread use of pipe-concrete structures, which have great potential for industrial and civil facilities requiring small cross-sections of load-bearing elements. In order to solve this problem, a series of experiments is conducted to study the behavior of various combinations of steel and concrete materials under static load. Stress-strain state of composite and pipeconcrete structures is investigated. The analysis is given to the bearing capacity of test specimens. The critical load of specimen fracture is calculated, the bearing capacity loss and fracture are determined, deformation diagrams are suggested herein. The comparative analysis of bearing capacity of test specimens is conducted.The analysis of experimental investigations shows the non-linear increase of bearing capacity during the joint operation of steel shell and reinforced concrete core of the pipe-concrete element, and advantages of pipe-concrete structures over conventional structures.

трубобетоннапряженно-деформированное состояниемалогабаритные сеченияэффективность трубобетонанесущая способностьpipe concretestress-strain statesmall-sized sectionsefficiencybearing capacityРабота выполнена в рамках государственного задания ИПФ РАН на фундаментальные научные исследования на 2021‒2023 годы по теме № 0030-2021-0025 и при поддержке РФФИ (грант № 20-07-00914).This work was carried out within the government contract Nо. 0030- 2021-0025 of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation and financially supported by Grant N 20-07-00914 from the Russian Foundation for Basic Research.ReferencesКикин А.И., Санжаровский Р.С., Трулль В.А. Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном. Москва: Стройиздат, 1974. 144 с.Kikin A.I., Sanzharovskij R.S, Trull' V.A. Steel pipes filled with concrete. Мoscow: Stroiizdat, 1974. 144 p. (In Russian)Акаев А.И., Магомедов М.Г., Пайзулаев М.М. Перспективы возведения сейсмостойких зданий из трубобетонных конструкций // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2017. Т. 44. № 1. С. 138‒149. DOI: 10.21822/2073-6185-2017-44-1-138-149.Akaev A.I., Magomedov M.G., Pajzulaev М.М. Construction of earthquake-resistant buildings made of pipe concrete. Vestnik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2017; 44 (1): 138–149. DOI: 10.21822/2073-6185-2017-44-1-138-149. (In Russian)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 // Науковедение. 2015. Т. 7. № 4 (29). С. 91. URL: http://naukovedenie.ru/PDF/02TVN116.pdf. DOI: 10.15862/112TVN415.Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., CHesnokov G.V., Mihaldykin E.S. Calculation of pipeconcrete structures with a shell made of different materials. Part 2. Strength analysis of pipe concrete structures. Naukovedenie. 2015. 7 (4); 91. Available: http://naukovedenie.ru/PDF/02TVN116.pdf. DOI: 10.15862/112TVN415. (In Russian)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. Concrete filled steel tubes in the construction of high-rise buildings and structures. Stroitel'stvo unikal'nyh zdanij i sooruzheni. 2014; 6 (21): 89–103. (In Russian)Афанасьев А.А., Курочкин А.В. Трубобетонные конструкции для возведения каркасных зданий // Academia. Архитектура и строительство. 2016. № 2. С. 113‒118.Afanas'ev A.A., Kurochkin A.V. Concrete filled steel tubes for the construction of frame buildings. Academia. Arhitektura i stroitel'stvo. 2016; (2): 113–118. (In Russian)Morino S., Tsuba K. Design and Construction of Concrete-Filled Steel Tube Column System in Japan // Earthquake and Engineering Seismology. 2005. № 1. V. 4. P. 51‒73.Morino S., Tsuba K. Design and construction of concrete-filled steel tube column system in japan. Earthquake and Engineering Seismology. 2005; 1 (4): 51–73.Lehman D.E., Kuder K.G., Gunnarrson A.K., Roeder C.W., Berman J.W. Circular ConcreteFilled Tubes for Improved Sustainability and Seismic Resilience // Journal of Structural Engineering. 2015. № 141. DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001103.Lehman D.E., Kuder K.G., Gunnarrson A.K., Roeder C.W., Berman J.W. Circular concretefilled tubes for improved sustainability and seismic resilience. Journal of Structural Engineering. 2015; 141. DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001103.Li P., Zhang T., Wang C. Behavior of Concrete-Filled Steel Tube Columns Subjected to Axial Compression // Advances in Materials Science and Engineering. 2018. P. 1‒15. DOI: 10.1155/2018/4059675.Li P., Zhang T., Wang C. Behavior of concrete-filled steel tube columns subjected to axial compression. Advances in Materials Science and Engineering. 2018: 1–15. DOI: 10.1155/2018/4059675.Lu Y., Na Li, Li S., Liang H. Behavior of steel fiber reinforced concrete-filled steel tube columns under axial compression // Construction and Building Materials. 2015. № 95. P. 74‒85. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.07.114.Lu Y., Na Li, Li S., Liang H. Behavior of steel fiber reinforced concrete-filled steel tube columns under axial compression. Construction and Building Materials. 2015; (95): 74–85. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.07.114.Dai X.H., Lam D., Jamaluddin N. Numerical analysis of slender elliptical concrete filled columns under axial compression. // Thin-Walled Structures. 2014. № 77. P. 26–35. DOI: 10.1016/j.tws.2013.11.015.Dai X.H., Lam D., Jamaluddin N. Numerical analysis of slender elliptical concrete filled columns under axial compression. Thin-Walled Structures. 2014; (77): 26–35. DOI: 10.1016/j.tws.2013.11.015.Lazovic Radovanovic M.M., Nikolic J.Z., Radovanovic J.R., Kostic S.M. Structural Behaviour of Axially Loaded Concrete-Filled Steel Tube Columns during the Top-Down Construction Method // Applied Sciences. 2022. № 12 (8). 3771. DOI: https://doi.org/10.3390/app12083771.Lazovic Radovanovic M.M., Nikolic J.Z., Radovanovic J.R., Kostic S.M. Structural behaviour of axially loaded concrete-filled steel tube columns during the top-down construction method. Applied Sciences. 2022; 12 (8): 3771. DOI: https://doi.org/10.3390/app12083771.Dundu M. Compressive strength of circular concrete filled steel tube columns // Thin-Walled Structures. 2012. V. 56. P. 62–70. DOI: 10.1016/j.tws.2012.03.008.Dundu M. Compressive strength of circular pipe-concrete columns. Thin-Walled Structures. 2012; (56): 62–70. DOI: 10.1016/j.tws.2012.03.008.Manikandan K.B., Umarani C. Understandings on the Performance of Concrete-Filled Steel Tube with Different Kinds of Concrete Infill // Advances in Civil Engineering. 2021. V. 2021. Article ID 6645757. 12 p. DOI: https://doi.org/10.1155/2021/6645757.Manikandan K.B., Umarani C. Understandings on the performance of concrete-filled steel tube with different kinds of concrete infill. Advances in Civil Engineering. 2021; (2021): 12. DOI: https://doi.org/10.1155/2021/6645757.Римшин В.И., Семенова М.Н., Шубин И.Л. и др. Исследования несущей способности внецентренно сжатых сталетрубобетонных колонн // Строительные материалы. 2022. № 6. С. 8‒14. DOI 10.31659/0585-430X-2022-803-6-8-14.Rimshin V.I., Semenova M.N., Shubin I.L., et al. Studies of the bearing capacity of noncentrally compressed concrete filled steel tubes. Stroitel'nye materialy. 2022; (6): 8–14. DOI 10.31659/0585-430X-2022-803-6-8-14. (In Russian)Римшин В.И., Кришан А.Л., Астафьева М.А. и др. Исследования несущей способности центрально-сжатых сталетрубобетонных колонн // Жилищное строительство. 2022. № 6. С. 33–38. DOI 10.31659/0044-4472-2022-6-33-38.Rimshin V.I., Krishan A.L., Astaf'eva M.A., et al. Bearing capacity of centrally compressed pipe concrete structures. Zhilishchnoe stroitel'stvo. 2022; (6): 33–38. DOI 10.31659/0044-4472-2022-6-33-38. (In Russian)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., Surovcov M.M. Experimental studies of strength of flexible pipe concrete structures. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. 2013; 1 (41): 90–92. (In Russian)Кришан А.Л. Трубобетонные колонны для многоэтажных зданий // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2009. № 4. С. 75–80.Krishan A.L. Concrete filled steel tubes for multi-storey buildings. Stroitel'naya mekhanika inzhenernyh konstrukcij i sooruzhenij. 2009; (4): 75–80. (In Russian)Кришан А.Л., Римшин В.И., Рахманов В.А. и др. Несущая способность коротких трубобетонных колонн круглого сечения // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2017. № 4 (370). С. 220‒225.Krishan A.L., Rimshin V.I., Rahmanov V.A., et al. Bearing capacity of short round-section pipe concrete. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti. 2017; 4 (370): 220–225. (In Russian)Krishan A.L., Astafeva M.A., Rimshin V.I. et al. Compressed Reinforced Concrete Elements Bearing Capacity of Various Flexibility // Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. V. 182. P. 283‒291. – DOI: 10.1007/978-3-030-85236-8_26.Krishan A.L., Astafeva M.A., Rimshin V.I., et al. Compressed reinforced concrete elements bearing capacity of various flexibility. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022; (182): 283–291. DOI: 10.1007/978-3-030-85236-8_26.Тамразян А.Г., Манаенков И.К. Испытание трубобетонных образцов малого диаметра с высоким коэффициентом армирования // Строительство и реконструкция. 2017. № 4 (72). С. 57‒62.Tamrazyan A.G., Manaenkov I.K. Testing of small diameter pipe-concrete samples with high reinforcement coefficient. Stroitel'stvo i rekonstrukciya. 2017; 4 (72): 57–62. (In Russian)Хазов П.А., Ерофеев В.И., Лобов Д.М., Ситникова А.К., Помазов А.П. Экспериментальное исследование прочности композитных трубобетонных образцов малогабаритных сечений // Приволжский научный журнал. 2021. № 3. С. 36‒43.Khazov P.A., Erofeev V.I., Lobov D.M., Sitnikova A.K., Pomazov A.P. Experimental study of strength of pipe-concrete small-sized sections. Privolzhskij nauchnyj zhurnal. 2021; (3): 36–43. (In Russian)Wang J., Sun Q., Li J. Experimental study on seismic behavior of high-strength circular concrete-filled thin-walled steel tubular columns. // Engineering Structures. 2019. V. 182. P. 403‒415. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.12.098.Wang J., Sun Q., Li J. Experimental study on seismic behavior of high-strength circular pipeconcrete thin-walled columns. Engineering Structures. 2019; (182): 403–415. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.12.098.Канищев Р.А. Анализ местной устойчивости трубобетонных конструкций прямоугольного сечения // Инженерно-строительный журнал. 2016. № 4 (64). С. 59–68.Kanishchev R.A. Analysis of local stability of rectangular pipe-concrete structures. Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal. 2016; 4 (64): 59–68. (In Russian)Белый Г.И., Ведерникова А.А. Исследование прочности и устойчивости трубобетонных элементов конструкций обратным численно-аналитическим методом // Вестник гражданских инженеров. 2021. № 2 (85). С. 26‒35. DOI 10.23968/1999-5571-2021-18-2-26-35.Belyj G.I., Vedernikova A.A. Strength and stability of pipe-concrete structures using inverse numerical-analytical method. Vestnik grazhdanskih inzhenerov. 2021; 2 (85): 26–35. DOI 10.23968/1999-5571-2021-18-2-26-35. (In Russian)Лапшин А.А., Хазов П.А., Кожанов Д.А., Лихачева С.Ю. Оценка прочности и устойчивости композитных сталежелезобетонных элементов с совместным применением стержневых и твердотельных расчетных моделей // Приволжский научный журнал. 2021. № 3. С. 9‒16.Lapshin A.A., Khazov P.A., Kozhanov D.A., Lihacheva S.Yu. Strength and stability of composite steel-reinforced concrete elements. Privolzhskij nauchnyj zhurnal. 2021; (3): 9–16. (In Russian)Несветаев Г.В., Резван И.В. Оценка прочности трубобетона // Фундаментальные исследования. 2011. № 12-3. С. 580‒583.Nesvetaev G.V., Rezvan I.V. Strength of pipe-concrete structures. Fundamental'nye issledovaniya. 2011; (12-3): 580–583. (In Russian)

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