Нова конструктивна форма жорсткого з’єднання монолітного залізобетонного перекриття з трубобетонною колоною

Abstract

UK: Мета. Трубобетонні колони мають значно вищу міцність на стиск ніж звичайні залізобетонні колони такої ж форми. Проте, недоліком використання трубобетонних колон є складність влаштування жорсткого з’єднання з монолітним залізобетонним перекриттям. Такий тип з’єднання має меншу товщину, ніж звичайний тип жорсткого з’єднання з використанням сталевих балок, що важливо для висотних будинків. Згідно цього поставлено завдання створення нової конструктивної форми з’єднання трубобетонної колони з монолітним залізобетонним перекриттям, конструктивне виконання якого дозволить забезпечити жорстке з’єднання монолітного залізобетонного перекриття з трубобетонною колоною та зменшити матеріалоємність залізобетонного каркасу. Наукова новизна. Базуючись на аналізі існуючих досліджень конструктивних форм з’єднання трубобетонної колони з монолітним залізобетонним перекриттям та досліджень в галузі залізобетону, запропонована нова конструктивна форма жорсткого з’єднання трубобетонної колони з монолітним залізобетонним перекриттям, удосконалена використанням сталевого елемента жорсткості, що складається з вертикальних пластин, які перетинають бетонне ядро колони та приварені до сталевої оболонки колони. Для забезпечення жорсткого з’єднання з трубобетонною колоною, конструкція перекриття містить пластини зовнішнього армування, приварені до сталевого елемента жорсткості та до сталевої оболонки трубобетонної колони. Методика. Порівняльне чисельне моделювання напружено-деформованого стану монолітного залізобетонного перекриття з трубобетонними колонами діаметром 477мм з шарнірним та жорстким з’єднанням перекриття та колони, та з використанням пластин зовнішнього армування у випадку жорсткого з’єднання, зроблене за допомогою розрахункового комплексу Autodesk Robot Structural Analysis. Перша модель включає в себе звичайне залізобетонне перекриття. Друга модель включає в себе залізобетонне перекриття з пластинами зовнішнього армування, змодельованими з допомогою скінченних елементів приведеної жорсткості. Результати. Порівняльне моделювання довело ефективність запропонованого рішення, за рахунок зменшення згинальних моментів в середині прольоту плити на 40%. Практична значимість. Нова конструктивна форма забезпечує жорстке з’єднання трубобетонної колони з монолітним залізобетонним перекриттям та дозволяє зменшити товщину перекриття та загальну витрату матеріалів на залізобетонний каркас.

RU: Цель. Трубобетонные колонны имеют значительно более высокую прочность на сжатие чем обычные железобетонные колонны такой же формы. Однако, недостатком использования трубобетонных колонн является сложность устройства жесткого соединения с монолитным железобетонным перекрытием. Такой тип соединения имеет меньшую толщину, чем обычный тип жесткого соединения с использованием стальных балок, что важно для высотных домов. Согласно этому поставлена задача создания новой конструктивной формы соединения трубобетонных колонны с монолитным железобетонным перекрытием, конструктивное исполнение которого позволит обеспечить жесткое соединение монолитного железобетонного перекрытия с трубобетонной колонной и уменьшить материалоемкость железобетонного каркаса. Научная новизна. Основываясь на анализе существующих исследований конструктивных форм соединения трубобетонных колонны с монолитным железобетонным перекрытием и исследований в области железобетона, предложена новая конструктивная форма жесткого соединения трубобетонных колонны с монолитным железобетонным перекрытием, усовершенствованная использованием стального элемента жесткости, состоящего из вертикальных пластин, которые пересекают бетонное ядро колонны и приварены к стальной оболочке колонны. Для обеспечения жесткого соединения с трубобетонных колонной, конструкция перекрытия содержит пластины внешнего армирования, приваренные к стальному элементу жесткости и к стальной оболочки трубобетонных колонны. Методика. Сравнительное численное моделирование напряженнодеформированного состояния монолитного железобетонного перекрытия с трубобетонной колоннами диаметром 477мм с шарнирным и жестким соединением перекрытия и колонны, с использованием пластин внешнего армирования в случае жесткого соединения, сделанное с помощью расчетного комплекса Autodesk Robot Structural Analysis. Первая модель включает в себя обычное железобетонное перекрытие. Вторая модель включает в себя железобетонное перекрытие с пластинами внешнего армирования, смоделированными с помощью конечных элементов приведенной жесткости. Результаты. Сравнительное моделирование показало эффективность предложенного решения, за счет уменьшения изгибающих моментов в середине пролета плиты на 40%. Практическая значимость. Новая конструктивная форма обеспечивает жесткое соединение трубобетонных колонны с монолитным железобетонным перекрытием и позволяет уменьшить толщину перекрытия и общий расход материалов на железобетонный каркас.

EN: Purpose. Concrete filled tube columns have significantly better compression strength than same shape regular reinforced concrete columns. However, the disadvantage of applying the concrete filled tube columns is the complication of providing the rigid connection to sitecast reinforced concrete ceiling. Such type of joining has less ceiling thickness versus to regular rigid joining, using the steel girders, which is important for high-rise buildings. Regarding to this, the task of creating the new constructive form of connection concrete filled tube to sitecast reinforced concrete ceiling, which constructive fulfilment allowed providing the rigid connection sitecast reinforced concrete ceiling to concrete filled tube and decrease the material consumption of reinforced concrete frame was set. Originality. Basing on analyzing of existent researches of constructive forms of concrete filled tube to reinforced concrete ceiling joining and investigation in reinforced concrete area, the new constructive form of rigid connection of concrete filled tube to sitecast reinforced concrete ceiling, which is enhanced by using steel rigid element which consists of vertical steel plates, which cross column concrete core, and welded to steel tube was offered. For providing the rigid connection with concrete filled tube column, construction of ceiling includes the stripes of external steel plate reinforcing, welded to steel rigid element and to concrete filled tube column’s steel casing. Methodology. The comparative finite element analysis modelling of tension-strain conditions of sitecast reinforced concrete ceiling construction with 477mm diameter concrete filled tube columns with link and rigid conditions of joining of ceiling and column and using the stripes of external steel plate reinforcement in case of rigid connection, was made using the Autodesk Robot Structural Analysis. The first model included the regular sitecast reinforced concrete ceiling. The second model included the reinforced concrete ceiling with external steel plate reinforcement, modeled by equivalent rigidness finite elements. Findings. The comparative finite element modelling proved the effectiveness of offered constructive decision by decreasing the bending moments in plate middle area on 40%. Practical value. New constructive form provides the rigid connection of concrete filled tube column to sitecast reinforced concrete ceiling and allows to decrease ceiling height and overall material consumption of reinforced concrete frame.