Особенности расчета центрально сжатых трубобетонных колонн, в которых нагрузку воспринимает только бетонное ядро

функционирующей в условиях воздействия различных факторов: временного, внешнего, интеллектуального и их комплекса.

Список литературы:

1. Павленок, А.М. Безопасность технических систем и методы оценки риска / А.М. Павленок, М.А. Монахов // Сборник трудов докторантов и адъюнктов. Выпуск 5- СПб., ВИТУ, 2000 - С. 103-106.

2. Блауберг, И.В. Системный подход: предпосылки, проблемы, трудности / И.В. Блауберг, В.И. Садовский, З.Г. Юдин. - М.: Знание, 1969.

3. Вентцель, Е.С. Теория случайных процессов и её инженерные приложения / Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров. - М.: Наука, 1991. - 384 с.

4. Калитин, Н.Н. Численные методы / Н.Н. Калитин. - М.: Наука, 1978.

5. Кормен, Т.Х. Алгоритмы: построение и анализ / Т.Х. Кормен, Ч.И. Лейзерсон, Р.Л. Ривест. -М.: Вильямс, 2006. - 1296 с.

6. Кристофидес, Н. Теория графов. Алгоритмический подход / Н. Кристофидес. - М.: Мир., 1978. - 369 с.

7. Рябинин, И.А. Логико-вероятностные методы исследования надёжности структурно-сложных систем / И.А. Рябинин, Г.Н.Черкесов. - М.: Радио и связь, 1981. - 263с.

8. Рябинин, И.А. Надёжность и эффективность структурно-сложных технических систем / И.А. Рябинин, Ю.М. Парфенов // Сборник «Основные вопросы теории и практики надежности». -Минск: Наука и техника, 1982. - С 25-40.

Проектирование, строительство и реконструкция объектов военного назначения

УДК:355.7: 69.07:624.012.4:624.016

Бакевич А.М., Ваучский М.Н. Bakevich A. M., Vaychskii M.N.

Особенности расчета центрально сжатых трубобетонных колонн, в которых нагрузку

воспринимает только бетонное ядро

Features of the calculation of centrally compressed tube-reinforced concrete columns,

where only concrete core carries the load

Аннотация:

В статье приведена классификация трубобетонных колонн по способу передачи нагрузки: нагрузка передаётся на всё сечение колонны, нагрузка передаётся только на бетонное ядро, а металлическая оболочка не нагружена. Рассмотрены особенности расчета трубобетонных колонн второго вида под действием осевой сжимающей нагрузки. Приведены основные допущения и предпосылки для расчета несущей способности колонны второго вида. Определены условия для наступления предельного состояния таких колонн. Установлены зависимости напряжений, развивающихся в бетонном ядре и стальной оболочке. Определен порядок расчета трубобетонных колонн второго вида по предельным состояниям первой группы и выделены основные

20

отличительные особенности таких колонн от колонн первого вида. Сделан вывод о более высокой эффективности колонн второго вида, как с точки зрения несущей способности, так и при действии запредельных нагрузок.

Abstract:

The article presents the classification of composite columns according to the method of load transfer: the load is transferred to the entire cross section of the column, the load is transferred only to the concrete core when the metal shell is not loaded. The features of the calculation of tube-reinforced concrete columns of the second type under axial compressive loads are considered. The main allowances and prerequisites for the calculation of the bearing capacity of columns of the second type are given. The conditions for the onset of the limiting state of such columns are considered as well as the dependences of stresses developing in the concrete core and steel shell. The procedure of the calculation of tube-reinforced concrete columns of the second type on the limited states of the first group are given. The conclusion is drawn that the second kind of columns are more effective both from the point of view of bearing capacity, and under the action of structural overloads

Ключевые слова: трубобетон, колонна, эффект обоймы, расчет несущей способности

Keywords: tube-reinforced concrete, column, casing effect, the calculation of bearing capacity

Одним из решений, способствующих повышению надежности, уменьшению продолжительности работ и сокращению материальных затрат в процессе строительства объектов военной инфраструктуры является использование эффекта обоймы при конструировании железобетонных колонн зданий и сооружений. В последнее время все большее распространение получают колонны, выполненные из стальных труб заполненных бетоном - в них эффект обоймы проявляется наиболее полно. Такие колонны называются трубобетонными (далее - ТБК). ТБК являются удачным примером того как сталь и бетон заметно повышают несущую способность друг друга и всего элемента в целом.

В отличие от монолитных, сборных железобетонных или кирпичных конструкций, ТБК имеют пластический характер работы в предельном состоянии, что исключает опасность внезапного разрушения конструкции в целом или отдельной ее части под действием критических нагрузок (взрывная волна, попытка прорыва через ограждающую конструкцию). Следовательно, ТБК более эффективно для применения на объектах военной инфраструктуры.

ТБК возможно классифицировать по форме поперечного сечения, величине соотношения диаметра ядра к толщине оболочки, прочности бетонного ядра и степени предварительного напряжения бетонного ядра, однако, при различиях в указанных параметрах не изменяется принцип работы ТБК под действием сжимающей силы. Единственным фактором, принципиально влияющим на процессы взаимодействия ядра и оболочки является способ передачи нагрузки на колонну. По этому параметру ТБК можно разделить на два вида:

- ТБК 1 - нагрузку воспринимает все сечение колонны;

- ТБК 2 - нагрузку воспринимает только ядро, а роль оболочки сводится к созданию реактивного бокового давления на него.

В настоящее время работы многих исследователей [1,2,3,4,5,6] и нормативные документы посвящены вопросам расчета и конструирования ТБК 1. В частности, не так давно вступил в силу свод правил [7], в котором даны требования по расчету ТБК 1.

В указанном документе принят следующий подход к определению несущей способности трубобетонных элементов (ТБЭ): в соответствии с п. 4.4.5.3 [7] прочность сечения ТБК 1 определяется большим из двух значений - прочностью ядра или прочностью трубы.

В настоящей статье рассмотрены особенности расчета ТБК 2 под действием осевой сжимающей нагрузки.

Свод правил [7] является нормативным руководящим документом, соответственно исследование особенностей расчета ТБК 2 следует производить на его основе, при этом принимая во внимание результаты, полученные другими исследователями [1,2,3,4,5,6].

Учитывая изложенное, и, принимая во внимание особенности характера работы ТБК 2, расчет предельных усилий в таких колоннах нужно определять, исходя из следующих допущений:

- сопротивление бетона растяжению принимается равным нулю;

- при передаче осевого сжимающего усилия только на бетонное ядро предполагается раздельная работа оболочки и ядра в продольном направлении вплоть до наступления предельного состояния;

- на всех стадиях работы бетонное ядро находится в объемном напряженном состоянии;

- на всех стадиях работы в оболочке развиваются тангенциальные напряжения;

- распределение нормальных напряжений по высоте колонны в осевом направлении является равномерным;

- после вступления металла оболочки в пластическую стадию величины напряжений в ней считаются постоянными. Их направление совпадает с направлением в момент наступления текучести;

- случайный эксцентриситет еа не превышает значений указанных в п. 7.1.1.5 [7].

Приведенные допущения, в части, касающейся бетонного ядра, удовлетворительно согласуются с предпосылками для расчета, изложенными в [7]. Следовательно, при расчете несущей способности ядра ТБК следует руководствоваться именно этим нормативным документом.

В ТБК 2 несущая способность колонны ограничивается несущей способностью оболочки в следующем случае: если радиальные напряжения в бетоне аЬг, передающиеся на стальную оболочку превысят критическое значение, при котором в оболочке разовьются тангенциальные напряжения превышающие предел текучести стали. Схема распределения напряжений в оболочке и ядре представлена на рисунке 1. Соответственно, следует ввести еще одно допущение:

- деформации бетонного ядра в предельном состоянии не превышают величины зазора между плитой перекрытия и верхним торцом оболочки.

Рисунок 1. Схема распределения напряжений в элементах ТБК 2

Исходя из изложенного, для наступления предельного состояния ТБК 2, должны совместно выполняться два условия:

- достижение нормальными напряжениями в бетоне ядра, действующими в осевом направлении, значений прочности бетона при трехосном сжатии ИЬр;

- достижение тангенциальными напряжениями в стальной оболочке ар1 величины расчетного сопротивления стали растяжению Яу. Соответственно радиальные напряжения в бетоне оЪг должны создать усилия ар1 = Яу, при которых будет достигнут предел текучести стали. Для обозначения прочности бетона при которой достигается искомый уровень оЪг тах примем Щр.

Для определения зависимости между аЬг и ар1 в трубобетонном элементе профессор Кришан А.Л. [1] предложил методику, основанную на решении систем уравнений, описывающих связь между напряжениями и деформациями в бетонном ядре и стальной оболочке. При этом взаимосвязь напряжений в стальной оболочке была принята по условию Губера-Генки-Мозеса, а в бетонном ядре, работающем в состоянии объемного сжатия, взаимосвязь была принята на основе ортотропной модели, изложенной Карпенко Н.И. [8].

Для тонкостенных трубобетонных элементов (5/0 < 0,025) при равномерном распределении оР£ по нормальным сечениям оболочки формула взаимосвязи напряжений принимает вид [1]:

^ = ,

где:

ё - внутренний диаметр трубы;

5 - толщина стенки трубы.

Также Кришаном А.Л. была выведена формула для определения критического радиального напряжения в бетоне:

_ т-оЯупАр

иЪг,тах I- ,

1п0т0+п0

где:

п0 = 3А\ — ^А^Ар + ^Ар ,

где:

Аъ - площадь поперечного сечения бетонного ядра;

Ар - площадь поперечного сечения стали трубы.

л

т0=-^+

где:

к - коэффициент бокового обжатия, определяемый по формуле:

к=7-1,2^ ,

где:

Яъ - призменная прочность бетона;

ИуП - предел текучести стали.

При выводе данных формул коэффициент «к» был принят как постоянная величина. При этом в [1] отмечается, что в связи со сложным напряженным состоянием трубобетона «к» может варьироваться в достаточно узком диапазоне, но его величина зависит от многих факторов. В том числе от интенсивности напряжений и деформаций в оболочке и ядре.

Учитывая, что данная статья посвящена рассмотрению вопросов расчета только предельного состояния ТБК 2 принятие к=сош1 вполне допустимо (при максимуме радиальных напряжений). Однако, при проведении других видов расчетов, например по предельным состояниям второй группы, коэффициент бокового обжатия следует определять в соответствии с рекомендациями, изложенными в работах [1, 2].

Стоит отметить, что прослеживаемая зависимость напряжений в бетоне от параметров оболочки является отличительной особенностью этой методики. Так как в трубобетонном элементе бетон увеличивает свою несущую способность (относительно призменной или цилиндровой прочности) именно за счет эффекта обоймы, обусловленного действием стальной оболочки.

Из вышеизложенного видно то, что усилие = оЪгтах можно определить из исходных параметров колонны. При этом:

V = 0,5 -8Я1Р

Таким образом, расчет ТБК 2 по предельным состояниям первой группы следует осуществлять в следующем порядке:

1. Вычисление в соответствии с [7].

2. Определение величины по представленным формулам. При этом необходимо отметить, что й^р < ИЬр. В противном случае потеря несущей способности колонны наступит ранее, чем радиальные напряжения в ядре достигнут необходимого уровня.

3. Расчет по формуле 6. При этом полученные результаты подпадают под один из нижеприведенных случаев:

В случае если > Яу несущую способность всей колонны следует принимать на

основании п. 4.4.5.3 [7]. То есть прочность сечения элемента определяется большим из значений -прочностью или величиной расчетного сопротивления стали Яу.

В случае если < Яу несущую способность всей колонны следует оценивать как ИЬр. Таким же образом несущая способность колонны определяется при > ИЬр.

На основании изложенного, можно выделить следующие основные особенности ТБК 2:

- при определении несущей способности ТБК 2 снижение расчетного сопротивления оболочки не происходит, в то время как в существующей нормативной документации по расчету ТБЭ (ТБК 1 -в частности) [7] учитывается снижение расчетного сопротивления металла трубы за счет сжатия в продольном направлении;

- при наступлении продольных деформаций бетонного ядра, превышающих величину зазора между плитой перекрытия и верхним торцом оболочки, колонна начинает работать как ТБК 1, что повышает ее несущую способность при закритических воздействиях, что особенно актуально для объектов оборонной инфраструктуры.

Исходя из указанных особенностей, можно сделать вывод о более высокой эффективности ТБК 2, как с точки зрения несущей способности, так и при действии запредельных нагрузок.

Список литературы:

1. Кришан А.Л. Трубобетонные колонны с предварительно обжатым ядром : монография. Ростов-на-Дону: РГСУ. 2011. 372 с.

2. Кришан А.Л., Заикин А.И., Сагадатов А.И. Трубобетонные колонны высотных зданий: монография. Магнитогорск: ООО «МиниТип», 2010. 195 с.

3. Кришан А.Л., Сабиров Р.Р., Суровцев М.М. Трубобетонные колонны круглого, кольцевого и квадратного поперечного сечения: монография. Магнитогорск: МГТУ, 2014. 209 с.

4. Кузнецова Е.Е. Расчет и конструкция трубобетонных элементов в мостах: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1993. 16 с.

5. Стороженко Л.И., Плахотный П.И., Черный А.Я. Расчет трубобетонных конструкций: монография. Киев: изд-во «Будiвельник», 1991. 119 с.

6. Лукша Л.К.. Прочность трубобетона: монография. Минск: Вышейшая школа. 1977. 96 с.

7. СП 266.1325800.2016 Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования. М., 2016. 124 с.

8. Карпенко Н.И. Общие модели механики железобетона: монография. М.: Стройиздат, 1996. 416 с.

УДК 355.7:623.09:699.8

Панков А. С., Чернышов М.В.

Pankov A.S., Chernyshov M. V.

Актуальные проблемы защиты режимных объектов Actual problems of classified facilities protection

Аннотация:

В статье описаны принципы создания комплекса технических средств физической защиты объекта с учетом наиболее вероятных угроз криминального и террористического характера; указаны ключевые факторы, влияющие на безопасность. Приведено несколько примеров террористических атак на контрольно-пропускные пункты режимных объектов. На основе анализа этих инцидентов сделаны выводы об основных защитных характеристиках, которыми должны обладать физические барьеры.

Abstract:

The article describes the principles of design of complex technical means of object's physical protection taking into consideration most probable criminal and terroristic threats; key factors affecting safety are also shown. Several examples of terrorist attacks on the checkpoints of classifiedfacilities are given. Based on the analysis of these incidents, the authors give findings on the main protective parameters of physical barriers.

Ключевые слова: физическая безопасность, инженерно-технические средства защиты, контрольно-пропускной пункт, террористическая атака на режимный (охраняемый) объект.

Keywords: physical security, technical means of protection, checkpoint, terrorist attack on of classifiedfacilities

В России существует множество объектов, относящихся к категории режимных. Наиболее важные из них - государственные учреждения с ограничением доступа, объекты силовых структур,

25