Навигация

   




 

В книге содержатся данные о конструктивных формах сталетрубобетонных стержней, особенностях их работы под нагрузкой и способах изготовления. Приведены их технико-экономические характеристики. Описаны результаты теоретических и экспериментальных исследований работы трубобетонных стержней при центральном и внецентренном сжатии. Рассматривается влияние ползучести бетона на несущую способность стержней. Излагаются разработанные авторами практические методы расчета трубобетонных стержней на устойчивость. Даны примеры расчета.

Кикин А. И., Санжаровский Р. С., Трулль В. А.

Конструкции из стальных труб заполненных бетоном. М., Стройиздат, 1974, с. 144.

2. Особенности трубобетонных стержней и предпосылки к их применению

      Трубобетонный стержень является комплексной конструкцией, состоящей из стальной трубы и бетонного ядра, работающих совместно. Такая конструкция обладает многими положительными качествами. Прочность бетонного ядра, стесненного стальной оболочкой как обоймой, повышается примерно в 2 раза по сравнению с первоначальной. Исследованиями [30, 77, 95] установлено, что вместо ожидаемой усадки происходит набухание бетона в трубе и его расширение, сохраняющееся на протяжении многих лет, что создает благоприятные условия для его работы. Разбухание характерно для бетона, не только заключенного в стальную трубу, но и изолированного любым другим способом от окружающей среды, что подтверждается известными опытами О. Я- Берга с изолированными бетонными образцами [9]. Причиной разбухания является отсутствие влагообмена между бетоном и внешней средой. В упомянутых опытах через 135 дней на одном из образцов была снята изоляция, что вызвало быстрое развитие деформаций усадки, которые стали почти такими же, как и у аналогичных неизолированных образцов. Величины усадочных продольных деформаций изолированного образца весьма незначительны и составляют ε₂= (2-3)10^-5. Это является одним из преимуществ трубобетона в сравнении с железобетоном.
      Изоляция бетона от окружающей среды создает лучшие условия для работы бетона под нагрузкой. Эксперименты [9] показывают, что в неизолированном бетоне нагрузка вызывает более значительную деструкцию во времени, чем в изолированном. В неизолированном бетоне развитие микротрещин все время прогрессирует, У изолированного бетона при том же напряжении оно полностью прекращается в первые 2-3 дня. В неизолированных образцах нелинейность деформаций ползучести наблюдается в течение 20-30 суток, а в изолированных нелинейность исчезает при аналогичных напряжениях в первые 2-7 суток.
      Заполнение стальной трубы бетоном повышает ее противокоррозионную стойкость, защищая от коррозии ее внутреннюю поверхность, уменьшает гибкость элементов, увеличивает местную устойчивость стенок трубы, повышает сопротивление оболочки вмятию в узлах сопряжений и при ударных воздействиях во время транспортирования и монтажа.
      Наружная поверхность трубобетонных конструкций примерно в 2 раза меньше, чем конструкций из профильного проката, вследствие этого у них меньше расходы по окраске и эксплуатации. На цилиндрических поверхностях задерживается меньше пыли и грязи, являющихся активизаторами процессов атмосферной коррозии, поэтому трубобетонные конструкции имеют повышенную коррозионную стойкость.
      Использование цилиндрических стержней в сооружениях, подверженных ветровым нагрузкам, позволяет снизить эти нагрузки за счет улучшения аэродинамических свойств. Стержень круглого сечения является равноустойчивым при одинаковых расчетных длинах. Жесткость на кручение такого стержня значительно выше, чем у стержней открытого профиля. При применении трубобетонных конструкций не требуется окраски, металлизации или герметизации внутренних поверхностей труб, что необходимо для трубчатых конструкций, не заполненных бетоном.
      Трубобетонные конструкции имеют преимущества по сравнению с железобетонными. Известно, что применение железобетонных конструкций позволяет экономить сталь на фермы до 40%, на балки до 20%, на колонны 1 50—70%. Однако при этом стоимость возведения железобетонных конструкций выше, чем стальных: ферм до 40%, подкрановых балок до 55%, колонн до 35% [61]. Следовательно, замена стальных конструкций железобетонными, давая экономию стали, ведет в ряде случаев к удорожанию сооружений. Как видно из табл. 1 и примеров сооружений, приведенных в п. 1, замена стальных конструкций трубобетонными к такому результату не приводит.
      Применяя стальные конструкции вместо железобетонных, необходимо учитывать условия, в которых они будут находиться при эксплуатации. Обследованиями установлено, что при повышенных температурах конструкции из железобетона с бетонами обычных марок разрушаются через 5—10 лет вследствие пересушивания бетона и дегидратации цементного камня. В агрессивных средах агломерационных фабрик в условиях воздействия мышьяковистого ангидрита были случаи разрушения конструкций за 4 года. Значительна коррозия железобетона в цехах цветной металлургии [94]. В этих и других подобных неблагоприятных условиях с успехом можно применять трубобетон, в котором бетон защищен от агрессивных воздействий стальной оболочкой.
      Полная стоимость сооружений из трубобетона значительно ниже стоимости аналогичных железобетонных и стальных (табл. 1). Меньшая масса трубобетонных элементов в сравнении с железобетонными облегчает их транспортирование и монтаж. Трубобетон экономичнее железобетона из-за отсутствия опалубки, кружал, хомутов, отгибов, петель, закладных деталей; он более вынослив, менее подвержен механическим повреждениям. Отсутствие распределительной и рабочей арматуры позволяет получить более высококачественную укладку жестких бетонных смесей [100].
      Широкое внедрение трубчатых конструкций в строительство требует снижения стоимости самих труб, что может быть достигнуто при производстве труб из листового проката электросварным способом. Себестоимость электросварных труб оказывается выше себестоимости сортового проката всего на 2—6% [5]. Электросварные трубы отличаются повышенной точностью толщины стенки, диаметра, овальности и, следовательно, удовлетворяют условиям применения в строительстве. Наиболее экономичны спиральные сварные стальные трубы, метод изготовления которых заключается в изгибании узких стальных полос в спираль и сваривании трубы вдоль соединения спирали. По данным [128], стоимость спиральной сварной трубы составляет 40—50% стоимости такой же бесшовной трубы.
      Трубобетон и бетон в спиральной обойме дополняют друг друга; каждый из этих конструктивных элементов имеет свою рациональную область применения. Однако необходимо иметь в виду следующие недостатки бетона в спиральной обойме [22]: сложность изготовления стержней со спиральной обмоткой, требующего специального оборудования; ненадежность защитного слоя спирали так как его разрушение происходит при деформация ε₂= (1504-180)10^-5, а предельные деформации элемент. Составляют ε ₂= (400-500)10^-5; сокращение предельных деформаций введением продольной стержневой арматуры связано с дополнительным расходом стали (15-20%); применение пластмасс для защитного покрытий очень дорого (260—600 руб.за 1 т), а надежность такого покрытия еще не изучена.