Колонн с предварительнообжатым ядром
На правахрукописи
КришанАнатолий Леонидович
ПРОЧНОСТЬТРУБОБЕТОННЫХ КОЛОНН
С ПРЕДВАРИТЕЛЬНООБЖАТЫМ ЯДРОМ
05.23.01 – Строительныеконструкции, здания и сооружения
Автореферат
диссертации насоискание ученой степени
доктора техническихнаук
Ростов-на-Дону
2011
Работа выполнена вГосударственномобразовательном учреждениивысшего профессионального образования«Магнитогорский государственный технический университетим. Г.И.Носова»
Научныйконсультант:член-корреспондент РААСН,
доктор технических наук,профессор
Маилян ЛевонРафаэлович
Официальныеоппоненты:академик РААСН,
доктор технических наук, профессор
Карпенко Николай Иванович
член-корреспондент РААСН,
доктор технических наук, профессор
Римшин ВладимирИванович
доктор техническихнаук, профессор
ПересыпкинЕвгений Николаевич
Ведущаяорганизация: ОАО «ЦНИИПромзданий»
Защита состоится« »________2011 г. в 10 ч 15 мин на заседании диссертационного советаДМ 212.207.02 приРостовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г.Ростов-на-Дону, ул.Социалистическая, 162,РГСУ, главный корпус, ауд. 232.Тел/факс 8 (863)227-73-78; 263-53-10, E-mail: [email protected]
С диссертацией можноознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета и на сайтеwww.rgsu.ru
Авторефератразослан « » _________2011 г.
Ученыйсекретарь
диссертационногосовета
кандидаттехнических наук,
доцент Налимова АлександраВладимировна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ
Актуальность проблемы.Современное строительствохарактеризуется увеличением высотности иперекрываемых пролетовзданий и сооружений,ростомтехнологических нагрузок,настоятельно требуя применения стержневыхвертикальныхнесущих элементов, обладающих высокойнесущей способностью, надежностью идолговечностью при малых поперечныхсечениях.В связи с этим все болеевостребованными становятсятрубобетонные колонны (ТБК). Сжатые трубобетонные элементы,имеющие небольшую гибкость и малыеэксцентриситеты приложения продольной силы (чтохарактерно для вертикальных несущихэлементов каркасов высотных зданий)обладают исключительно высокой несущейспособностью при относительно малыхпоперечных сечениях, являясь примеромудачного сочетания наиболее ценныхсвойств металла и бетона. Это даетсущественнуюэкономию материалов, приводит к уменьшению размеровсеченийэлементов, их массы и транспортныхзатрат, а также сохранения всехдостоинств металлических конструкций в планемонтажа.
Широкому применениюТБК в Россиипрепятствуют два обстоятельства. Первое- отсутствиеотечественных норм по их проектированию ирасчету. Существующие методикирасчета существенно отличаются друг отдруга, не учитывая или учитывая не вкомплексе свойства материалов иособенности сопротивления трубобетонных элементовдеформированию как при кратковременной, так и придлительной нагрузке.
Второе - обусловленоналичием существенного конструктивногонедостаткасжатых трубобетонных элементов, состоящего всложности обеспечения совместной работыбетонного ядра и внешней стальной оболочкипри эксплуатационных нагрузках. Врезультате оболочка включается в работу вкачестве стальной обоймы только после начала процессамикротрещинообразования в бетоне. Этоотрицательно влияет на эффективность работы ТБК. Кроме того, в местах передачи нагрузок наколоннуотперекрытийможет оказаться недостаточным сцепление междубетонным ядром и стальной оболочкой.
Данные обстоятельствасвидетельствуют об актуальности иперспективности проведения дальнейшихэкспериментально-теоретическихисследований работы ТБК.
Цель работы - решение проблемы повышенияэффективности трубобетонных колонн путемразработки новой конструкции и комплекса новыхметодов расчетапрочности накратковременное и длительное нагружение спозиций единого системногоподхода.
Автор защищает:
- новоеконструктивное решение трубобетонныхэлементов, имеющих предварительно обжатоебетонное ядро;
- результатыэкспериментальных исследований прочностии деформативности трубобетонных элементов с предварительнообжатым бетонным ядром при центральном ивнецентренном действии кратковременнойсжимающей нагрузки;
- результатыэкспериментальных исследованийреологических свойств и длительнойпрочности образцов ТБК с предварительно обжатымбетоннымядром;
- итерационный метод расчета прочности ТБК,включая:
- построение расчетноймодели деформирования внецентренносжатого трубобетонного элемента с учетомфизической нелинейности железобетона иприобретаемой в процессе нагружениянеоднородности и анизотропии;
- построениедиаграмм деформированиябетонного ядра и стальнойоболочки при осевомсжатии;
- зависимости дляосновных параметров НДС бетонногоядра и стальнойоболочки вупруго-пластической и пластическойстадиях работы конструкции, учитывающие,в том числе,предварительное обжатие ТБК;
- упрощенный метод расчета прочности ТБК наоснове нелинейной деформационной модели;
- приближенный метод оценки прочности ТБК по предельнымусилиям;
- новые конструктивныерешения узлов сопряжения трубобетонныхколонн с междуэтажными перекрытиями.
Научная новизна работы:
- новая конструкциясжатого трубобетонного элемента спредварительно обжатым бетонным ядром;
-результатыэкспериментальных итеоретических исследований напряженно-деформированного состояниятрубобетонных элементовобычных и с предварительно обжатым бетонным ядромпри кратковременном и длительном, осевоми внецентренном сжатии;
- итерационный методрасчета прочности и оценки НДС ТБК прикратковременном и длительном сжатии,учитывающийфизическую нелинейность компонентов (бетонногоядра и стальной оболочки), неоднородностьих напряженного состояния, наличие предварительногообжатия бетона;
- упрощенный методрасчета прочности ТБК с использованиемнелинейнойдеформационной модели железобетона;
- приближенный методрасчетапрочности ТБК по предельным усилиям;
- зависимости дляосновных параметров, отражающихособенности НДС ядра и оболочки вупруго-пластической и пластическойстадиях работы (прочность бетона,коэффициент боковогодавления, коэффициентыпоперечных деформаций, величинаотносительной деформации бетона ядра длявершины диаграммы состояния «
-
» идр,.);выражение для характеристики линейнойползучести объемно-напряженного бетона.
Достоверность иобоснованность положений и выводовдиссертации обеспечиваетсяметодически обоснованнымкомплексом исследований сиспользованием современногооборудования и приборов поверенных иметрологически аттестованных; применениемвероятностно-статистических методовобработки опытных данных; общепринятых допущений теорийсопротивления материалов, упругости,пластичности и современной нелинейнойтеории железобетона; подтверждается соответствиемрезультатов расчета по разработаннымметодикам с экспериментальнымиданными, полученными другими исследователями.
Практическое значениеработы:
- разработаны новая конструкция,технология, оснастка испособыизготовленияТБК спредварительно обжатымядром;
- разработан комплекс из итерационного,упрощенного и приближенногометодов длярасчета прочности ТБК как наЭВМ, так и вручную;
- разработананормативно-техническая документацияс рекомендациями по расчету и конструированиюколонн со стальной обоймой (трубобетонныхколонн) длямногоэтажных промышленных и гражданскихзданий, в том числе узлов сопряжения колонн сперекрытиями.
Внедрениерезультатов. Наосновании результатовэкспериментальных и теоретических исследованийсформулированы предложения по расчету иконструированию трубобетонных колонн,которые положены в основу нормативногодокумента СТО 36554501-025-2011«Трубобетонные колонны», разработанного и изданногоНИИЖБ ОАО«НИЦ «Строительство» в 2011г. Материалы данногостандарта предназначены для использованияпри проектировании трубобетонных колоннмногоэтажных зданий и сооружений, атакже другихсжатых элементов, выполненных из тяжелогобетона классов по прочности на сжатие отВ15 до В100.
Опытное внедрение ТБКусовершенствованной конструкцииосуществлено на шести объектах в г.Магнитогорске и Челябинской области, в томчисле пристроительстве Комплекса толстолистовогостана 5000 ОАО «ММК». Суммарнаяэкономическая эффективность практическогоиспользования новых конструкций составила 4,2 млн.руб.
Результаты диссертационнойработы используются в учебном процессе ряда вузов страны –Магнитогорскомгосударственном техническом, Ростовскомгосударственном строительном, Воронежском государственномархитектурно-строительном и Кабардино-Балкарском университетах.
Апробацияработы. Материалы диссертации доложены иобсуждены на:
- международной научно-технической конференции«Архитектура истроительство. Проблемы развития теориисооружений и совершенствованиястроительных конструкций» в г. Томске в 2002 г.;
- III международнойнаучно-технической конференции«Надежность и долговечность строительныхматериалов и конструкций» в г. Волгограде в2003 г.;
- II…YIIIмеждународных научно-техническихконференциях «Эффективные строительные конструкции:теория и практика» в г. Пенза в 2003…2008гг.;
- всероссийскойнаучно-практической конференции«Градостроительство, реконструкция и инженерноеобеспечение устойчивого развития городовПоволжья» в г.Тольятти в 2004г.;
- 2-й всероссийской(международной) конференции по бетону ижелезобетону«Бетон и железобетон – пути развития» в г.Москве в 2005 г.;
- YI и YIIМеждународных Конгрессах в г. Данди, Шотландия, в 2005и 2008 гг.;
- 63-й научно-техническойконференции «Строительные конструкции ирасчет сооружений» в г. Новосибирске в 2006г.;
- IY-й международнойнаучно-технической конференции «Бетон ижелезобетон вIII тысячелетии» в г. Ростове-на-Дону в 2006г.;
- 63-й всероссийскойнаучно-практической конференции«Актуальные проблемы в строительстве иархитектуре»в г. Самара в 2006 г.;
- IY-й международнойнаучно-практической конференции «Развитиевуза через развитие науки» в г. Тольятти в2006 г.;
- международном форумепо проблемам науки, техники и образования«IIIтысячилетие – новый мир» в г. Москве в 2006 г.;
- III и IYмеждународныхконференциях «Предотвращение аварийзданий исооружений» в г. Москве в 2008, 2009 гг.;
- международнойконференции «Актуальные проблемыисследований по теории сооружений» в г.Москве в 2009г.;
- международныхнаучно-практических конференциях«Инженерные системы» в г. Москве в 2009…2011 гг.;
- YI международнойнаучной конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» в г. Оренбурге в 2010 г.;
- III международной научно-практическойконференции «Теория и практика расчета зданий,сооружений и элементов конструкций.Аналитические и численные методы» в г. Москве в 2010г.;
- XXXIВсероссийской конференции по проблемамнауки итехнологийв г. Миассе в2011 г.;
- научно-техническихконференциях ГОУ ВПО «МГТУ» по итогамнаучно-исследовательских работ в г.Магнитогорске в 2002-2011 гг.
Опытный образецтрубобетонного элемента новой конструкцииполучил серебряную медаль и диплом II степени на XI Петербургскоммеждународном экономическомфоруме-выставке «Инновационныедостижения» в 2006 году, Гран-при за победу вконкурсе «Лучший инновационный проект инаучно-техническая разработка» на III салоне инновацийЧелябинской области в 2007 г.; дипломи серебряную медаль на VIII Московскоммеждународном салоне инноваций и инвестиций в2008 г.
Публикации. Основные положениядиссертации изложены в 65работах, в томчисле в14рекомендованных ВАК изданиях, в 2монографиях, в 11 авторскихсвидетельствах и патентах ив 38 другихизданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,7 глав,основных выводов, спискаиспользованных источниковиз 236 наименований и3 приложений. Работа изложена на 380 страницах, содержит 31 таблицу и 166 рисунков.
СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ
Во введении обоснована важность решениянаучной проблемы и актуальность темыдиссертационной работы, изложена сущностьдиссертации, представлены научная новизна ипрактическое значение проведенныхисследований, приведены сведения о реализации иапробации полученных результатов, оструктуре и объеме работы.
В первой главе произведен анализконструктивных особенностей и обзорэкспериментальных и теоретическихисследований прочностных идеформативных свойств ТБК. Отмеченыспецифические особенности характераработы трубобетонных элементов в условияхкратковременного и длительногоприложениясжимающей нагрузки, влияние гибкости иэксцентриситета нагружения напрочностьТБК. Выполненное обобщение основныхпреимуществ и недостатков ТБК позволилообозначить для них наиболее рациональнуюобласть применения - сильно нагруженные колонны высотных и многоэтажных зданий.
Значительный вклад визучение работы сжатых трубобетонныхэлементов внесли исследования многих отечественных изарубежных ученых и инженеров - О.Н.Альпериной, А.А.Гвоздева,В.И.Гнедовского, А.А.Долженко, Л.К.Лукши,И.Г.Людковского, А.И.Кикина, В.А.ТрулляР.С.Санжаровского, С.В.Коврыги,А.Ф.Маренина, Г.М.Мартиросова, А.Менаже,Г.В.Мурашкина и А.А.Сахарова,А.П.Нестеровича, Б.Н.Нурадинова,Г.П.Передерия, А.Б.Ренского, В.А.Росновского,Н.Ф.Скворцова, Л.И. Стороженко,В.М.Фонова, В.Л.Шаброва, А.И.Шахворостова,Ф.Бойды, У.Кофера и Д.Макклина, Ш.-Х.Цая,Т.Чапмена, Р.В.Фурлонга, Н.Гарднера,Г.Георгиуса и Д.Лама, М.Юхансона,Р.С.Джонсона, Т.Кибрия, К.Клопеля, В.Годера,Р.Т.Леона, В.С.Лора, Д.К.Кима и Д.Ф.Хаджара,М.Моллера, К.Ройка, Н.Такео, П.Неогри,Х.Никахара, К.Сакино, Т.Нинакава, C.П.Шнейдера, Х.К.Сена,Д.Севела, К.Танга, Б.Дзяо и Х.Дзу, К.Тсюда,Т.Ямамото, С.Дзонг, К.Дзю и др.
В опубликованныхданных отмечена высокая несущаяспособность и эффективность ТБКкруглого поперечного сечения. В условиях объемного напряженного состояниясущественно повышаются прочностные идеформативные характеристики, улучшаютсяреологические свойствабетона. Сравнение технико-экономическихпоказателей металлических, железобетонныхи трубобетонных колонн показывает, чтопо сравнению сметаллическими экономия стали в трубобетонных конструкциях составляет до 56 %, астоимость уменьшается до 1,74 раз, а по сравнению сжелезобетонными массауменьшается до 83 %.
Наиболее значительнымконструктивным недостатком сжатыхтрубобетонных элементовявляется сложностьобеспечения совместной работы бетонногоядра и внешней стальной оболочки приэксплуатационных нагрузках. Такая работа наблюдается только в начальныйпериод загружения. Затем, вследствиеразности начальных коэффициентовпоперечной деформации бетона и стали внешняя оболочкастремится оторваться от поверхностибетона, способствуя возникновению в немрадиальных растягивающих напряжений.
Практика эксплуатациисжатых трубобетонных конструкцийсвидетельствует о том, что отрыв сердечника оттрубы происходит чаще всего именно приэксплуатационных нагрузках и приводит кснижению долговечности, а иногда и к снижениюнесущей способности элемента. Такой фактимел место, например, в трубобетонных аркахмоста через реку Исеть пролетом 140 метров,построенного по проектуВ.А.Росновского.
Таким образом, бетонное ядро при эксплуатационныхнагрузках обычно работает в условияходноосного сжатия, а труба - как продольнаяарматура. Только при высокихуровняхнагружения, когда в бетоне начинаютинтенсивно проявляться процессымикротрещинообразования,стальная труба начинает работать каквнешняя обойма. Труба, сдерживаяпоперечные деформации бетонного ядра, блокируетдальнейший рост уже образовавшихся в неммикротрещин исущественноотдаляет момент его разрушения. Поэтомупрочность негибких трубобетонных конструкций,работающих на осевое сжатие, значительновыше прочности сопоставимых с ними порасходу бетона и стали традиционныхжелезобетонных конструкций.
Однако экспериментысвидетельствуют о невозможности полногоиспользования прочностных свойствобъемно сжатого бетонного ядра традиционныхтрубобетонных конструкций из-за их высокойдеформативности. Порезультатам Р.С.Санжаровского и данным нашихопытов деформацииукорочения центрально сжатых ТБК могутдостигать 1015 % и более. В связи с этим, с чистопрактической точки зрения достигаемая в опытах предельная величина нагрузки для таких элементовбольшого интереса не представляет, так как длявертикальных несущих конструкций подобныедеформации не допустимы.
Выполненный анализособенностей работы сжатых трубобетонныхэлементовпозволил сделать вывод оцелесообразности дальнейшегосовершенствования их конструкции. Дляповышения эффективности ТБК предложеноиспользовать боковое предварительноеобжатие (ПО) бетонного ядра, например, за счетдлительного прессования бетонной смеси впроцессе еетвердения. В результате улучшаютсяпрочностные свойства бетона, а стальнаяоболочка получает предварительноенапряжение в поперечном направлении. Всеэто положительно сказывается на несущейспособности ПО ТБК. С технологической точки зренияэтот метод отличается стабильностьюполучения материалов с заданнымисвойствами и относительной дешевизной.
Теоретическиеисследования особенностей работы ТБКвыполняли также А.Ф.Липатов, А.Э.Лопатто,В.И.Маракуца, В.П.Митрофанов, В.Н.Рудаков,Я.П.Семененко, Ю.В.Ситников, В.М.Сурдин,Э.Д.Чихладзе, Х.Сэлани и Д.Симс, Р.Кноулес иР.Парк, И.Берталан и С.Кальман и др.
Проведенные ими исследования способствоваливыяснению отдельных сторон сложнойпроблемы расчетной оценки прочностикомпозитного элемента в виде металлическойтрубы, заполненной бетоном.Рассмотренные методы расчета, в том числе принятые всовременных нормах Европы, Китая и Японии,свидетельствуют о том, что изучениюпрочности и деформативности ТБК уделено довольно много внимания. Однако, несмотря на весьмаобстоятельные исследования в этой области,надо признать, что до сих пор нет надежной иприемлемой для практическогоиспользования расчетной моделитрубобетонного сечения в предельномсостоянии, адекватно отражающей егоспецифические особенности. Донастоящеговремени актуален вопрос об установлениичеткого критерия, соответствующего наступлениюпервого предельного состояниятрубобетонной конструкции.
Однимиз наиболее перспективных направленийявляется разработкаметодов расчетатрубобетонных конструкций сиспользованием нелинейной деформационной модели,позволяющейоценивать их действительноенапряженно-деформированное состояние.
На основаниипроведенного анализа обосновано направление диссертационной работы и сформулированы цель, а в ее рамках - задачи исследования:
1. Разработатьконструкцию и способ изготовления ТБК спредварительно обжатым бетоннымядром.
2. Исследоватьособенности НДС и прочностьтрубобетонных элементов с предварительно обжатымбетонным ядром круглого и кольцевогосечения при кратковременно действующейцентральной и внецентренной сжимающейнагрузке.
3.Изучить НДС и прочностьпредварительно обжатых трубобетонныхэлементов при длительно действующейсжимающей нагрузке, исследоватьреологические свойства предварительнообжатого бетона.
4. Разработатьитерационный метод расчета прочности иоценки напряженно-деформированного состоянияпредварительно обжатых трубобетонныхэлементов при кратковременном идлительном действии центральной ивнецентренной нагрузки, позволяющийнаиболее полно учитывать физическуюнелинейность бетонного ядра и стальнойоболочки и неоднородность НДС.
5. Предложитьинженерные методы расчета прочностипредварительно обжатых трубобетонныхэлементов для использования в практикепроектирования.
6. Разработатьрекомендации для нормирования, расчета ипроектирования предварительно обжатых иобычных трубобетонных колонн.
7. Осуществитьэкспериментальное внедрениепредварительно обжатых трубобетонныхколонн и доказать их технико-экономическуюэффективность.
Во второйглаве разработаны усовершенствованная конструкция,новаятехнология, оснастка и способы изготовления ТБК.Основной ееособенностьюявляется применение в процессеизготовления длительного прессованиябетонной смесидавлением 1,5 3 МПа.
Бетон, твердеющий подтаким давлением, имеет на 40 60 % более высокую прочность, а также существенноменьшие величины деформаций усадки иползучести. В процессепрессования из бетонной смеси отжимается«свободная»вода. Прессующее давлениечерез бетонную смесь передается навнутреннюю поверхность стальнойтрубы-оболочки. Благодаря этому создаетсяпредварительное растяжение стальной оболочки ипоследующее обжатие бетонного ядра.Такимобразом, использование длительногопрессования позволяет изготавливатьпредварительно обжатые трубобетонныеколонны (ПО ТБК). Эффект предварительного обжатиятакже может быть достигнут за счет использованиябетонной смеси на расширяющемсяцементе с достаточной величинойсамонапряжения (1,52 МПа и более).
В ПО ТБК существенноувеличивается сцепление стальной трубы сбетоном, атакже обеспечивается эффект обоймы для бетонного ядра прилюбых уровнях нагруженияконструкций.
Предварительноеобжатие ТБКв процессе их изготовленияосуществляли одним из трех способов:
- посредствомдлительного прессованиябетонной смеси с помощьюпус-
тотообразователя специальнойконструкции;
- прессованием бетонной смеси,производимым путем последовательного
вдавливания в неевдоль направляющего стержня,расположенного
коаксиально внешней обойме, трехстальных трубок, имеющих разные
диаметры (рис. 1);
-посредством использованияэнергии расширяющегося цемента.
В работеприведена оснастка,используемая для изготовления ТБКусовершенствованной конструкции, атакже описана технология работ попредварительному обжатию бетонного ядра.Данная технология позволила обеспечитьэффективныйотвод отжимаемой из бетонной смеси воды,что положительно сказалось нафизико-механических свойствахпрессованного бетона. Новыеконструкции трубобетонных элементовкольцевого икруглого поперечных сечений и способы их изготовления защищены группой патентов и авторских свидетельств.
Выполненные экспериментальные исследованияв дальнейшем подтвердили высокую эффективность предложенных предварительно обжатых ТБК.
В главе 3 приведены результаты экспериментальныхисследований ТБК при действиикратковременной сжимающей нагрузки. Опытные образцы трубобетонныхколонн имели круглую или кольцевую формупоперечного сечения с отношением диаметраэлементов к их длине 1/4 1/5,что примерно соответствует параметрамнатурных колонн высотных зданий. Примерыконструктивного решения лабораторныхобразцов ТБК с диаметром поперечногосечения 219 ммданы на рис. 2.
Образцы ПО ТБКизготавливались из бетона, твердеющего поддавлением. Для выявления влиянияпредварительного обжатия бетонногоядра на работу сжатых элементов частьобразцов формовалась без длительногопрессования бетонной смеси. В опытныхтрубобетонныхэлементахиспользовались бетоны среднего В25В30,повышенногоВ40 и высокого В70 класса. Для изготовления применялись: длябетона средней прочности -шлакопортландцемент М400, кварцевый песок смодулем крупности 1,92 мм, гранитныйщебень фракции 5-20 мм; для бетона повышеннойпрочности –портландцемент М500, микрокремнезем,пластификатор С-3, песок и щебень.
Рис.1 - Схема длительного прессования бетоннойсмеси ТБК:
а – отформо ванныйэлемент; б – промежуточный этап прессования
Рис. 2 - Варианты исполнениялабораторных образцов ТБК
Часть образцовизготавливалась из бетона нарасширяющемся цементе–реопластичном марки «Макфлоу» класса62,5 производства компании “BASF”.
Для изготовленияопытных образцов использовалисьпрямошовные и бесшовные стальные трубы диаметрами 108, 115,159, 219 мм и толщинойстенки 
мм. Пределтекучестистальной оболочки составлял от 265 МПа до440 МПа. Внутренние стальные сердечники (приих наличии)выполнялись из стальных труб 222, 322,5 и 423мм.
Всегобыло исследовано 25 серий образцов на центральное и 24 серииобразцов - на внецентренное сжатие (по 3 образца-близнецаплюс 1 образец-близнец для экспериментальногоопределения степени предварительногонапряжения внешней стальной оболочки).
Эксперименты подтвердили,что в лабораторных образцахТБК удалосьсоздать предварительное обжатие бетонного ядравеличиной 13МПа. Результаты свидетельствуют о том, что практически для всехпредварительно напряженных образцов наблюдалосьзначительное повышение предела упругойработы иуровня разрушающей нагрузки по сравнению с ТБК классическойконструкции. Степеньувеличения несущей способности зависелаот относительного эксцентриситета ео/d. Наибольшийее ростнаблюдался в центрально сжатых образцах с уровнем предварительногообжатия порядка 3 МПа. Посравнению с традиционными железобетоннымиэлементами, имеющими аналогичныепараметры бетона и арматуры, их несущаяспособностьувеличилась в 1,52,1раза. Так, несущая способностьлабораторного образца извысокопрочного бетона и трубы 1596с пределом текучести стали 440 МПа при осевом сжатиидостигла3800 кН.
Для количественнойоценки эффективности работы трубобетонабыл подсчитан коэффициент,характеризующий превышение несущейспособности трубобетонного элемента по сравнению с несущейспособностью бетона и стальной трубы,испытанных по отдельности. Значениякоэффициентов эффективности трубобетона mтбдля образцов ПО ТБК оказались в среднем на2025 % выше по сравнению с аналогичнымикоэффициентами для ТБК безпредварительного напряжения.
Полученные результаты восновном объясняютсязначительным ростом прочностибетонного ядра в образцах ПО ТБКвследствие одновременного проявления трехизвестных эффектов - длительного прессованиябетонной смеси, предварительногобокового обжатия бетонного ядра и егоработы вусловиях объемного сжатия. Прочностьбетонного ядра в трубобетонных элементахусовершенствованной конструкциисоставила:
- при прочностиисходного бетона 25 МПа и отношении толщины внешней обоймы к диаметру поперечногосечения элемента 
- от 60до 110 МПа;
- при прочностиисходного бетона 50 МПа и 
– около 160 МПа;
-при прочности исходногобетона 72 МПаи 
– до210 МПа.
С увеличениемотносительного эксцентриситета 
эффективностьтрубобетонных конструкций снижается(рис. 3). При этом степень снижения 
и
- несущая способностьвнецентренно и центрально сжатого образца)примерно одинакова дляобразцов ТБК и ПО ТБК и зависит от величины 
. Выявлено, чторациональной областью примененияТБК являются случаи сжатия сэксцентриситетами внешней продольнойсилы, не выходящими за пределыядра сечения.
Рис. 3 - Зависимостьотносительного Характер поведения под нагрузкойла-
уровня несущейспособности от 
бораторных образцов ТБК иПО ТБК и
результатыиспытаний в целом соот-
ветствовали даннымэкспериментов, проведенныхранее другими исследователями. После достиженияинтенсивности напряжений в стальнойоболочке предела текучести наблюдалосьперераспределение усилий с внешнейстальной оболочки на бетонное ядро. При этом осевые напряжения встальной оболочке уменьшались, атангенциальные увеличивались.Предварительное обжатие, прежде всего,заметно сдерживало образование иразвитие микротрещин вбетоне.
Дляиспытанныхобразцов приведены характерные графики зависимостей: продольных и тангенциальныхдеформаций стальной оболочки от уровнянагружения;«
» длябетонного ядра; изменения относительного объема бетона и коэффициентов поперечныхдеформаций бетона и стали от уровня напряжений, а также прогибавнецентренно сжатых образцов от уровня нагружения. Анализ этихзависимостей подтвердилблагоприятное влияниепредварительного обжатия бетонногоядра на работу образцов ТБК.
Величины продольныхотносительных деформаций бетона истальной тру-
быв момент достижения осевыминапряжениями в бетоне 
прочности при трехосном сжатии
существеннозависели от отношения толщины внешнейобоймы к диаметру поперечного сеченияэлемента.При изменении /d от 0,01 до 0,04 эти деформациисоставляли 0,00350,008.
Проведенные опытыподтвердили факт, что короткий центральносжатый трубобетонный элемент с достаточнотолстой оболочкой практически невозможно разрушить вполном смысле этого слова. Бетонное ядро вцентрально и внецентренно сжатых образцах ТБК и ПО ТБКпри сжатии деформировалось как пластичный материал(рис. 4). На поверхности стальнойоболочкиобразовывались гофры и складки, такжеориентированные преимущественноперпендикулярно
а) б)
Рис.4 - Виды разрушений,характерные:
а - для осевогосжатия; б -для внецентренного сжатия
продольной осиобразца. Следует подчеркнуть, чтопластическое разрушение наблюдалось и вобразцах, изготовленных из высокопрочногобетона.
В целом, экспериментальные исследованияподтвердилибольшую общую эффективность сжатых трубобетонныхэлементов с предварительно обжатымядром по сравнению с элементамибез обжатия.
В главе 4 представлены результаты экспериментальныхисследований реологических свойствбетонного ядра и длительной прочностицентрально сжатых ПО ТБК.Исследования проводились на образцах,имеющих призменную прочность бетонного ядра от 25МПа до 40 МПа. В качестве стальной оболочкииспользовались сварные прямошовные трубыс наружным диаметром 115 мм и 159 мм.
Для определениядеформаций усадки было изготовлено 2 серии образцов – трубобетонныеэлементы «классической конструкции» (снеобжатым ядром сплошного сечения) и ПО ТБКс внутренним стальным сердечником.Определениедеформаций линейной ползучести проводилось порезультатам испытаний двух серий образцовТБК и ПО ТБК (уровень длительногозагружения = N/Nu= 0,4). Для исследованияработы образцов в области нелинейнойползучестибыли изготовлены 1 серия образцов ТБК и 3 серии образцов ПОТБК (= 0,6, 0,81 и 0,9). Методика испытаний поопределению усадки и ползучести бетонасоответствовала ГОСТ24544-81*.
Анализ показал, что усадочные деформациибетонного ядра трубобетонных элементов напорядок меньше аналогичных деформацийобычного бетона или железобетона. Характерразвития усадочных деформаций примерноодинаков для предварительно обжатых инеобжатых трубобетонных элементов. Во всехобразцах на начальном этапе измеренийнаблюдалась отрицательная усадка(набухание) бетона по всем направлениям.Впоследствии в продольном направлениификсировались деформации укорочения. Наинтенсивность усадочных деформацийобразцов ПО ТБК оказала влияниепредварительно напряженная стальнаяоболочка, которая в большей степенипрепятствовала набуханию. Однако, вконечном итоге предельные деформацииусадки в продольном направлении дляобжатых образцов оказались меньше, чем дляне обжатых, а стабилизация усадочныхпроцессов наступила быстрее. Этообъясняется тем, что в процесседлительного прессования бетонной смесипроисходило отжатие части воды иуменьшение водоцементного отношения. Вопределенной степени сказалась имелкозернистая структура цементногокамня, характерная для бетонов, твердеющихпод давлением.
Из сопоставленияусадочных деформаций изолированныхбетонных призм (неопрессованных иопрессованных при различных давлениях) итрубобетонных элементов можно сделатьвывод, что трубыоказывают существенное сдерживающее влияние наразвитие усадочных деформаций бетона привсех прочих равных условиях. Несмотря на исключениевлагообмена с окружающей средой, деформации усадкиизолированного бетона в призмах все таки примерно в23 раза больше, чем у бетонного ядратрубобетонного элемента.
Кроме того,проведенные опыты с изолированнымибетонными призмами подтвердили тот факт,что длительное прессование бетонной смесисущественновлияет на величину усадки затвердевшегобетона. Значения усадочных деформаций призм из опрессованного бетона в возрасте 95 суток на 2540 % меньше, чем контрольных призм изобычного бетона. Это в свою очередьподтверждает целесообразность использования ПО ТБК.
С целью оценки влиянияпрессования бетонной смесина реологические свойства бетона в условиях исключениясвободного влагообмена с внешней средой проведеныиспытания по определению ползучестиизолированных бетонных призм. Результаты их показали, чтодеформации ползучести опрессованногобетона существенноменьше, чем обычного. Получено, что характеристикаползучестиизолированных бетонных призм, твердевшихпри действии давления величиной 13 МПа, меньше нормируемого дляисходногобетона значения в 2 3 раза. Причем наибольшийэффект был достигнут при максимальном давлении в 3 МПа.
Характер развития деформацийползучести трубобетонных элементов (рис. 5) соответствовалотмеченномуранее Л.И.Стороженко. Этап интенсивногоразвитиядеформаций после загружения продолжается для различных уровней от10 до 60 суток. При низких уровнях загружения( =0,40,6) ползучестьтрубобетонных элементов относительноневелика. Заметное увеличение деформаций ползучести происходитпри более высоких уровнях загружения(=0,81)вследствие того, что
Рис.5 - Сравнительный графикдеформаций ползучести в оcевом направлении образцов ПОТБК для разных уровней длительногозагружения14
здесь стальнаяоболочка переходит в пластическоесостояние, а напряжения в бетонном ядре впродольном направлении достигают верхнейграницы микротрещинообразования.
В проведенныхэкспериментах при относительном уровнезагружения = 0,81 ростдеформаций ползучести образцов ПО ТБК квозрасту 120 суток практически прекратился иразрушения конструкций не произошло. При = 0,90 наблюдалось интенсивное развитиеползучести, приведшее на пятые сутки кразрушениюобразцов, что согласуется с работамиР.С.Санжаровского и А.И.Кикина. Обобщение полученных нами и другими авторами данных показало, что уровеньдлительной прочности ТБК и ПО ТБК можетбыть принят равным = 0,85.
В целом, проведенныеэксперименты подтвердили тот факт, чтоползучестьсжатых трубобетонных элементов в 23 раза меньше, чем у аналогичныхбетонных и железобетонных конструкций.Ползучесть образцов ПО ТБК на 25 40% ниже, чем ТБК.Нелинейная ползучесть бетона впредварительно обжатыхобразцах начинаетпроявляться при более высоких уровняхнапряжений по сравнению с необжатыми.
Это объясняется двумяпричинами. Во-первых, опрессованное бетонноеядро образцов ПО ТБК имеет более плотнуюструктуру с меньшим количествомсобственных пор в кристаллическом сростке цементногокамня. Во-вторых, начальноепредварительное обжатие бетона эффективнее сдерживает образование и развитиемикротрещин.Выполненныйанализ показал, что если в образцах ТБКпроявление нелинейной ползучести следуетучитывать при уровне осевых напряжений в бетоне
, то в образцах ПОТБК - приуровне 
.
Таким образом,экспериментально доказано, что применениебетона, твердеющего под давлением, и созданиепредварительного напряжения в стальнойоболочке ТБК позволяют значительноулучшить их реологическиехарактеристики.
В главе 5 предлагается итерационныйметод расчета прочности иоценки НДСТБК при кратковременном и длительномсжатии, который является общим для предварительно обжатых инеобжатых элементов.
Анализ существующих подходов и экспериментальныхисследований позволил рекомендовать следующийкритерий предельногосостояния сжатого трубобетонногоэлемента, наступающий при следующих условиях:
–в бетоном ядре - достижениенормальными напряжениями осевого на-
правления значения прочностибетона при трехосном сжатии bz = Rb3;
–в стальной оболочке:
- достижение интенсивностинапряжений в наиболее сжатомволокне
физического или условного предела текучести 
;
–достижение нормальными напряжениямиосевого направления в наи-
более растянутом волокне пределатекучести pz= p,y.
Учитывая внутреннююстатическую неопределимостьтрубобетонной конструкции первое условиенаступления предельного состояния должновыполнятьсясовместно со вторым (для сжатия сослучайными и малыми эксцентриситетами) или третьим(для сжатия с большимиэксцентриситетами).
В трубобетонныхколоннах еще до наступления полнойпотери несущей способности продольныедеформации могут достигать чрезмернобольших величин, при которых эксплуатацияреальных конструкций становится невозможной. Вэтих случаях предельная деформация можетстать главенствующей, определяющей первоепредельное состояние. C цельюобеспеченияэксплуатационной пригодности ТБК придействии на них расчетных нагрузок величиныдеформаций стальной оболочки (в наиболеесжатом волокне – интенсивность деформаций pi, в наиболее растянутомволокне - осевая деформацияpz), а также осевые деформации бетонного ядраbz, должны ограничиватьсясоответствующими значениями.
В соответствии спринятым критерием расчетпрочности нормальных сечений ТБК предлагается производить наоснове нелинейной деформационноймодели железобетона с учетомособенностей деформирования бетона и стали в условияхобъемного напряженного состояния. Учет упруговязкопластических свойствматериалов производится за счет изменения величин коэффициентовупругости и поперечных деформацийбетонногоядра истальнойоболочки помере роста уровня напряжений.
Исходной базой для расчетовпо нелинейной деформационной моделиявляютсядиаграммы деформирования (рис. 6, 7) ианалитические связи между напряжениями идеформациями для бетона и стали. Связи«
» представляютсяматематическими моделями вида
, вкоторых 
и 
-вектор-столбцы главных относительныхдеформаций и главных напряжений, а
Рис.6 – Принятые диаграммы «bz–bz» для бетона,работающего
в условияхобъемного (1) и одноосного (2) сжатия
Рис. 7 - Диаграммысостояния стальной оболочки и продольнойстержневойарматуры: 1 - с физической, 2- с условнойплощадкой текучести (для продольнойстержневой арматуры индекс «рi» меняется наиндекс «s»)
Рис. 8 - Напряженноесостояниебетонного ядра (а) и стальной оболочки(б)
В наших исследованиях стальрассматривается как изотропный материал, абетон – кактрансверсально-изотропный.
Приведены основные допущения,принятые при описании аналитическихсвязей между напряжениями и деформациями вбетонном ядре и стальной оболочке. Проведенныеэкспериментальные исследования показали,что в сжатых трубобетонных элементахнаправления геометрических осейсимметрии совпадают с направлениями нормалейглавных площадок напряжений (рис. 8), поэтому в матрицахподатливости бетона и сталиотсутствуют касательные напряжения исдвиговые деформации.
Система уравнений,устанавливающих связь между напряжениямии деформациями для любой точкитрансверсально-изотропного бетонногоядра, имеет вид:
(1)
Учет неупругихсвойств объемно сжатого бетонного ядрапроизводится путем использования врасчете переменных коэффициентовупругости
(
и поперечнойдеформации zr,rr.
Для вычислениякоэффициентов упругости бетона 
можно принимать любые известныезависимости, обеспечивающие достаточнуюточность оценки НДС конструкции, например,предложенную Н.И.Карпенко:
,(2)
где
– уровеньнапряжений в бетонном ядре понаправлению
; 
,
– значения коэффициентаупругости в базовых точкахдиаграммы; 
,
– коэффициенты,характеризующие кривизнусоответствующей диаграммы.
Параметры взависимости (2) для ТБК определяют с учетомнеоднородного напряженного состояниябетона и сложного режима загружения поизвестным формулам. При этом коэффициентыупругости 
предлагаетсянаходить в зависимости от соответствующегоуровня напряжений в бетонном ядре:
;
;
,(3)
где 
-величина интенсивности напряжений,определяемая для рассматриваемого случая как разность
Для осевого итрансверсального направлений величиныкоэффициентов упругости 
и
определяютзначения соответствующих диагональныхдеформаций(деформации главной диагонали 
и
, вычисленные безучета влияния коэффициентов поперечнойдеформации). Значения коэффициентовупругости 
и поперечныхдеформаций 
,
в матрице податливости системы (1)определяютвеличины деформаций вдоль одного (осевогоили трансверсального) направления,обусловленные напряжениями другогонаправления (соответственнотрансверсального или осевого). Так как этизначения зависят от всех компонентовсложного напряженно-деформированного состояниябетонного ядра, то для их определенияпредлагается использовать величины интенсивностинапряжений 
иинтенсивности деформаций 
.
По формуле (2)определяются коэффициенты упругости длявосходящих ветвей диаграмм.В опытах, после достижениянапряжениями в бетоне его прочности bz=Rb3, надиаграмме «
» наблюдаетсявесьма протяженный ниспадающий участок.При этом относительная деформация 
обычносущественно больше и достигает величины0,10,15, не приемлемой с точки зренияобеспеченияэксплуатационной пригодности ТБК. Вэтом контексте можно заменить ниспадающий участокдиаграммы нагоризонтальный и при 
считать bz=Rb3, что не приведет кзаметному снижению точности расчетапрочности нормальных сечений. Вид диаграмм«
» и «
» принимается аналогично. Тогда значениясоответствующих коэффициентов упругости завершинами диаграмм определяются поформуле
. (4)
Выполненный анализпоказал, что при определении прочности объемносжатого бетоналучшую сходимостьтеоретических и опытных данных даютусловияпрочности Н.И.Карпенко и А.В.Яшина. При этомтолько критерий Н.И.Карпенко позволяетучитывать такие факторы, как структура ивид бетона, атакже вид напряженного состояния. Поэтомув основу расчета прочностибетонногоядра и был принят данный критерий ввиде, предлагаемом ранее многими исследователями порезультатам экспериментов
, (5)
в котором 
- нормативное сопротивление объемно-сжатого бетона; 
- боковое давлениестальной обоймы на бетон в предельномсостоянии; 
-коэффициентбокового давления; 
–нормативное сопротивлениесжатию исходногобетона.
Величина бокового давления на бетонв предельном состоянии
зависит от геометрических иконструктивных параметров трубобетонногоэлемента, т.е. в начальной стадии расчетаона не известна. Значение коэффициентабокового давления 
определяетсяуровнем бокового обжатия 
и также не известно. Приниматьего постоянным, как это делалось ранеемногими исследователями, для ТБК нерекомендуется, так как это приводит кбольшим погрешностям в расчетах. Таким образом, определитьпрочностьбетонного ядра при трехосном сжатии по формуле (5)затруднительно. Этойформулой можно пользоваться лишь впроцессе итерационного расчета прочностиТБК на ЭВМ. На первом этапе расчетарекомендуется определять приближенноезначение 
, формула длякоторогополучена на основании следующихсоображений.
Первоначально связь между 
и
была представлена ввиде
. (6)
В результате анализа влияния различных факторов навеличину упрочнения бетонного ядра ТБК для коэффициента
получена зависимость
,(7)
в которой 
- величинанормативного сопротивления сталирастяжению; 
и 
-площади поперечного сечения бетонногоядра и стальной оболочки.
После подстановки зависимости (7) вуравнение (6)получаетсяприемлемаядля практического использованияформула
,(8)
в которой 
- коэффициентармирования поперечного сечения ТБК.
При известнойвеличине 
коэффициентбокового давления 
можно определить по следующей формуле
.(9)
Тогда величина бокового давления на бетон впредельном состоянии определяется по формуле
. (10)
Для трубобетонногоэлемента кольцевого сечения среднее нормативное сопротивление сжатию бетонногоядра 
предлагаетсянаходить поформуле:
, (11)
где -отношение внешнего радиусапоперечного сечения кольцевого бетонного
ядра квнутреннему.
Наличиепредварительного обжатия в ПО ТБКучитывают введением в расчет начальногобокового давления стальной оболочки набетонноеядро 
и увеличением прочности бетона. Нормативное сопротивление осевомусжатию опрессованного предварительнообжатого бетонного ядра определяется по зависимости (8) сподстановкой вместо 
прочности бетона 
, твердеющего поддавлением, вычисляемой по формуле:
,(12)
где 1 – коэффициент,зависящий от состава бетонной смеси(значение рекомендуетсяуточнять по результатам испытанийстандартных образцов исходного иопрессованного бетона сиспользованием формулы(12));f – поправочный коэффициентдля тяжелых бетонов безпластифицирующих добавок:
. (13)
В формулах (12), (13) 
иRbn принимаются в МПа.Эти формулы получены с учетом результатов опытовГ.В.Мурашкина и собственных исследований.Введением поправки 
учитывается тообстоятельство, что сувеличением прочности исходного бетона 
эффект прессования снижается.
Расчетную величинуначального бокового давления 
назначают в зависимости отпринятогометода длительного прессования бетона. Дляэлементов, изготовленных сиспользованием пустотообразователей,прессующее давление в бетонной смесиопределяется по формуле
, (14)
где Рn – прессующее давление впустотообразователе;d0 –наружный диаметр пустотообразователя придостижении в заполняющем его рабочемагенте давления Рn(при отсутствии экспериментальных данныхпринимается на 20% больше диаметра пустотообразователя при атмосферном давлении в егорабочемагенте); d–габаритный размер поперечного сеченияколонны (для ТБК с круглым поперечным сечением – наружный диаметр стальнойоболочки); – толщина стенкивнешней стальной оболочки; – коэффициентбокового давления бетонной смеси (приотсутствии точных данных его значениеможет быть принято равным 0,3).
Коэффициент 0,7учитывает снижение уровня прессования современем вследствие проявления такихпроцессов, как распрессовка бетона, еговозможнаяусадка и ползучесть.
Для элементов,опрессованныхвдавливанием в бетоннуюсмесь стальных трубчатых сердечников,величинупрессующего давления Р1рекомендуется оп-
,(11)
где - отношение внешнего радиусапоперечного сечения кольцевого бетонного
ядра квнутреннему.
Наличиепредварительного обжатия в ПО ТБКучитывают введением врасчет начального бокового давления стальнойоболочки на бетонное ядро 
иувеличением прочностибетона. Нормативное сопротивление осевому сжатиюопрессованного предварительно обжатогобетонного ядра определяется по зависимости (8) сподстановкой вместо 
прочности бетона 
,твердеющегопод давлением, вычисляемойпо формуле:
, (12)
где 1 – коэффициент,зависящий от состава бетонной смеси(значение рекомендуетсяуточнять по результатам испытанийстандартных образцов исходного иопрессованного бетона сиспользованием формулы(12));f – поправочныйкоэффициент для тяжелых бетонов безпластифицирующих добавок:
. (13)
В формулах (12), (13)
иRbn принимаются в МПа. Эти формулы получены с учетом результатов опытовГ.В.Мурашкина и собственныхисследований. Введением поправки 
учитывается тообстоятельство, что сувеличением прочности исходного бетона 
эффект прессования снижается.
Расчетнуювеличину начальногобокового давления
, (14)
где Рn – прессующее давление впустотообразователе;d0 –наружный диаметр пустотообразователя придостижении в заполняющем егорабочем агенте давления Рn(при отсутствии экспериментальныхданных принимается на 20% больше диаметра пустотообразователя при атмосферном давлении в егорабочемагенте); d–габаритный размер поперечного сеченияколонны (для ТБК с круглым поперечным сечением – наружный диаметр стальнойоболочки); – толщина стенкивнешней стальной оболочки; – коэффициентбокового давления бетонной смеси (приотсутствии точных данных его значениеможет быть принято равным 0,3).
Коэффициент 0,7учитывает снижение уровня прессования современем вследствие проявления такихпроцессов, как распрессовка бетона, еговозможнаяусадка и ползучесть.
Для элементов,опрессованныхвдавливанием в бетоннуюсмесь стальных трубчатых сердечников,величину прессующегодавления Р1рекомендуется определять в зависимости от степениуплотнения цементного теста Vц. Перед изготовлением ТБК поданной технологии для бетонной смесиследуетустановить экспериментальнуюзависимость вида Р1 =f(Vц).
Вработеприводятсятаблицы для определения ориентировочных значений прессующего давления Р1 взависимости от степени уплотнениябетонной смеси для ряда составов. Этизначения получены расчетом по методикеН.П.Блещика c учетом релаксации напряжений по результатамисследований И.Н.Ахвердова.С учетом возможных потерьпредварительного напряжения в стальнойоболочке расчетнуювеличину начальногобокового давления рекомендуется принимать равной 
.
Для ПО ТБК, изготовленных с использованиемрасширяющегося цемента,увеличение прочности бетона за счет еготвердения в условиях стесненных деформаций можно не учитывать в запаспрочности.
Связь междудеформациями и напряжениями для любойточки внешней стальной оболочки в упругой иупруго-пластической стадиях
(15)
В системе (15) pz, p,pr –нормальные (главные) напряжения в трубе впродольном, тангенциальном и радиальномнаправлениях; pz,p,pr –относительные деформации стальной оболочкипо соответствующим направлениям; Еs,p– начальныймодуль упругости стали; p–коэффициент упругости стали; p– коэффициент поперечнойдеформации стали трубы.
Коэффициенты упругости длястальной оболочки 
иарматуры 
бетонного ядра (при ее наличии)определяются по формулам, аналогичным (2) с учетом предложений Т.А.Мухамедиева.Стальная оболочка в сжатой зоне работает вусловияхобъемного напряженного состояния (рис. 8,б).Для нее используется известнаягипотеза единой кривойА.А.Ильюшина.Согласно ей,зависимость между напряжениями идеформациями «p-p», полученную приодноосном растяжении (сжатии) стальной трубы, можносчитать действительнойдля всехнапряженных состоянийпри замене текущих напряжений и текущих деформаций p наинтенсивность текущих напряженийpi и текущих деформаций piсоответственно.
Прирасчете прочности ТБК по нелинейнойдеформационной модели очень важно учитывать изменение коэффициентовпоперечных деформацийбетона истали с ростом уровня напряжений. Только точная оценка количественных соотношений между этимикоэффициентами позволяет находить реальную величину боковогодавления стальной оболочки на бетон налюбом этапе работы конструкции.
Для определениятекущих значений коэффициентов поперечнойдеформациибетона продольного и радиальногонаправлений jr(j = z,r) предлагаетсяформула
, (16)
в которой
Сходимостьзначений jr,вычисленных с использованием зависимости(16), с опытными данными Г.Н.Ставрова и В.А.Катаева, Л.Р.Маиляна и Е.И.Иващенко, вполнеудовлетворительная. Известная формула Н.И.Карпенко позволяет находитьвеличину jr практически стакой же точностью. Однако в предлагаемой методикеудобнее использовать зависимость
Текущее значение коэффициента поперечнойдеформации стальной оболочкиопределяется по формуле
,(17)
в которой 
– коэффициент Пуассона стали оболочки; 0,48 – приближенноезначениекоэффициента 
в концеплощадки текучести.
Значения 
по формуле (17) хорошо совпадают скоэффициентами поперечных деформаций,определенными по формуле СНиП 2.05.06-85, и хорошо согласуются с опытными даннымиЛ.Р.Маиляна и Е.И.Иващенко. При этомформула (17)более удобна для использования впредлагаемой методике расчета.
Основной особенностьюрасчета сжатых трубобетонных элементов понелинейнойдеформационной модели являетсяотсутствие исходных диаграмм для бетона«
-
» иметалла «
-
»,работающих в условиях неоднородного напряженного состояния. В связис этим, расчет нормальныхсечений ТБК по прочностипредлагается выполнять в два этапа.
На первом этапе итерационнымрасчетомстроятзависимости между напряжениями и деформациями осевогонаправления в бетонном ядре и стальнойоболочке при кратковременном действии натрубобетонный элемент центрально приложенной нагрузки. Основнаясложность построения данных диаграммсвязана стем, что боковое давление бетона настальную обойму br, в значительнойстепени определяющее их параметры, имеетпеременную величину. Оно постепенно возрастаетот значений близких к нулю до некойпредельнойвеличины 
,зависящей от конструктивных игеометрических параметров ТБК.
В предлагаемойметодике все необходимые параметрыуказанных диаграмм рассчитываются изсовместного решения уравнений систем (1) и(15) оболочки, связывающих напряжения сдеформациями бетона и стали для условий негибкого центральносжатого трубобетонного элемента. Нагрузка считается приложеннойкратковременно. Для расчета принимаетсяряд допущений,используются уравнениясовместности работы бетона и стали, а такжеуравнение равновесия проекций внешних сил ивнутренних усилий на продольную осьэлемента. После достиженияравновесия уточняют ранее вычисленные значения
, 
ипри необходимости все расчетыповторяют.
В результате расчетовпервого этапа получаем массивы данных(
), (
)для второго этапа.
На втором этапе расчета производится проверкапрочности внецентреннозагруженного ТБК. Расчетнаясхема нормального сечения трубобетонногоэлементаизображена на рис. 9. Длякольцевой формы поперечного сечения разбивку на малые элементы удобнее выполнять вполярной системе координат.
Расчет ведется всоответствии с основными положениями СП 52-101-2003.
Для ТБК, на которыедействуют изгибающий момент 
и продольнаясила 
, условия прочностизаписываются в следующем виде:
(18)
,(19)
Рис. 9 -Расчетная схема нормального сечения ТБК
где
-относительная продольная деформацияволокна,расположенного
напересечении координатных осей; 
- кривизна продольной оси 
;
– жесткостные характеристики, вычисляемые поформуламтипа
(20)
и т.д. согласно СП52-101-2003.
Значения предельныхотносительных деформаций бетона 
при однозначнойравномерной эпюре деформаций принимаютравными деформации бетонного ядра центрально сжатоготрубобетонного элемента 
.Для ее определения получена следующая формула
, (21)
в которой 
- величинаотносительной деформации бетона в вершине диаграммы «bz-bz»при осевом сжатии, принимаемая согласно СП52-101-2003; 
–коэффициент упругости бетона в вершинедиаграммы «
-
» (в первом приближении можнопринимать 
).
Предельныеотносительные деформации сжатого бетонапри двузначной иоднозначной неравномернойэпюрах деформаций внормальном сечении принимаются в соответствии с методикой норм. Для исключения чрезмерныхдеформацийТБК при назначении 
.
Предельное значениеинтенсивности относительных деформацийнаиболее сжатого участка pi стальной оболочкии относительной деформации удлинениярастянутого участка стальной оболочки
рекомендуетсяназначать:
- для сталей сфизической площадкой текучести - 
;
- для сталей с условнойплощадкойтекучести -
.
Гибкость внецентренно сжатыхтрубобетонных элементов учитываетсяпутемувеличения начального эксцентриситетаeo на величинупродольного прогиба f.
При продолжительномдействии нагрузкинапряженно-деформированное состояниежелезобетонной конструкции со временемможет существенно меняться вследствиепроявления неравновесных процессовдеформирования. В связи с этимзначение относительных деформацийбетонного ядра и стальной оболочки ТБКпредлагается определять с учетомреологических свойств бетона.
В процессе твердениябетона в раннем возрасте, когда в основномпроявляетсяхимическая усадка, в выполненныхэкспериментах не удалосьзафиксировать сколь-нибудь заметную еевеличину. Медленно развивающиесядеформации высыхания, вследствие изоляциибетонногоядра, также оказались очень малы. Поэтомувлияние усадочных деформаций наизменение напряженно-деформированногосостояния ТБК с течением временинесущественно и им можнопренебречь.
Несмотря наприоритетно высокий уровень разработокотечественных ученых в данной области (С.В.Александровского, Н.Х.Арутюняна,В.М.Бондаренко, С.В.Бондаренко,П.И.Васильева, А.Б.Голышева, С.М.Крылова, С.Б.Крылова, А.Ф.Милованова,Ю.Н.Малашкина, Е.И. Прокоповича,Р.С.Санжа-ровского, В.Д.Харлаба, Е.Н.Щербакова, А.В.Яшинаи др.) для объемно сжатыхконструкций исследований ползучести бетонапроведено крайне мало. В связи с большимитрудностями, возникающими прииспользовании нелинейных вариантов теорииползучести для расчета ТБКв общей постановке задачи,воспользуемся предложениемВ.М.Бондаренко поиспользованию меры простойползучести.
Бетон вколоннах зданий работает в условияхмгновенного (в статическом смысле)загружения образца сжатием с поддержаниемв дальнейшем напряжений на уровне, близком кпостоянному при небольших колебанияхтемпературы и влажности окружающей среды.Для таких условий неравновесные процессысиловогодеформирования бетонамогут быть описаны спомощью меры простой ползучести, котораяявляется эмпирически подобранной функцийлишь двух аргументов: времени момента загруженияи времени момента наблюдения. В этой связи,для аналитического описания связи междудеформациями и напряжениями, можнопредложитьдостаточно простую методику, основанную наиспользовании диаграмм-изохрон (работы В.М.Бондаренко,П.И.Васильева, Н.И.Карпенко).
Этот подход и былиспользован при дальнейшемразвитии предлагаемого метода расчета прочности иоценки НДС ТБК дляусловийдлительного деформирования. В диссертации приведеныдопущения для принятой расчетной модели.
Преимущество данногоспособа заключается в возможностиописывать диаграммы 
– 
при различных режимах кратковременного идлительногозагружения на всех стадиях деформированияс помощью единообразных зависимостей.Аналитическая запись диаграмм-изохрон длялюбого времени 
(
– возраст бетона кначалу загружения) в объемнойпостановке подобна аналогичной записидиаграмм кратковременного деформированиябетона в виде системы (1), где учитываютсякоэффициенты изменения секущего модулядеформацийбетона в рассматриваемый моментвремени 
. Значениекоэффициентов
определяются с использованием формулы подобной (2), нос учетом характеристики линейнойползучестиобъемно сжатого бетона
,которую для ТБК рекомендуется находить поформуле
, (22)
где 
–линейная составляющаяхарактеристики ползучести одноосносжатого бетона.
Линейную составляющую характеристики ползучести 
(t,t0) для рассматриваемого моментавремени t ипростого режима нагружения предлагаетсянаходить поформуле И.Е.Прокоповича, в зависимости отпредельной характеристики линейной ползучестиодноосно сжатого бетона, определяемой поуказаниямСНиП 52-01-03.
При расчете ПО ТБКпредельную характеристику линейнойползучести находят сучетомдлительного прессования бетоннойсмеси давлением 
:
,(23)
где 
и 
– коэффициенты, подбираемые эмпирическимпутем,причем 
.
Значениякоэффициентов 
и 
найдены нами статистической обработкойэкспериментальных данных -наших и Г.В.Мурашкина. Врезультате, с небольшим округлением, принято
.
Для учета нелинейной ползучести используется функция
, значение которой для каждого изнаправлений
вычисляется взависимости от соответствующего уровнянапряжений 
по формуле
в которой для ТБКпринимается 
,
; для ПО ТБК - 
. При 
.
Более точноеопределение характеристики ползучестибетонного ядра ТБК рекомендуетсявыполнять с учетом изменения во временимодуля упругости бетона поформуле
. (25)
Формула (25) получена наосновании предложенияС.В.Александровского по нахождению мерыползучести одноосно сжатого бетона.
Относительный пределдлительной прочности бетона ТБК,определяемый отношением 
, может быть вычислен с помощью зависимости,предложенной по аналогии с известной формулой Ю.В.Зайцева дляслучая одноосного сжатия без учетапредшествующегонагружения
, (26)
в которой 
и 
- прочностибетона при объемном сжатиисоответственно к моментузагружения 
и ко времени 
.
Вследствие развитияползучести во времени происходитнарастание осевых деформацийбетонного ядра, чтосопровождается дополнительнымидеформациями стальнойоболочки. Следовательно, напряженно-деформированное состояние элемента изменяется. Всеэти процессы учитываютсяв предлагаемой методике расчета длительной прочности ТБК.
В главе 6 изложены упрощенный и приближенный методы расчета прочности сжатых трубобетонныхэлементов для инженерныхрасчетов на практикепроектирования.
Упрощенный метод основан нанелинейной деформационной модели железобетона сиспользованием кусочно-линейных диаграммдеформирования бетонного ядра и стальной оболочки.Он предложен на основании анализоврезультатов,полученных сиспользованием зависимостей главы 5.
В качестве расчетной диаграммысостояния бетона «
»используется трехлинейная диаграмма,принимаемая согласно указаниям СП 52-101-2003 (
заменяется на
и 
на
). В качестведиаграммы состояния стальнойоболочки «
-
»,определяющей связь между напряжениями иотносительными деформациями осевогонаправления при центральном сжатии,можно принимать трехлинейную диаграммупо рис. 10 (правая частьдиаграммы,включая пунктирную линию).
Для определениянапряжения 
в вершинедиаграммы получена корреляционнаязависимость следующего вида:
,(27)
где 
-коэффициент армирования.
Для определениянапряжения в другой параметрической точкеданной диаграммы (см. рис. 10) полученаформула
. (28)
При этомсоответствующая деформация 
.
Рис. 10 -Расчетная диаграмма
состояния стальной
оболочки ТБК
Для практическихрасчетов прочности внецентренно сжатыхэлементов диаграмму стальной оболочки иарматуры ядра рекомендуется принимать веще более упрощенномвиде. Участок в области растяжениясоответствует диаграмме Прандтля. Вобласти сжатия после завершения упругойработы (точка с координатами 
, 
на рис. 10)принимается горизонтальный участок с
вплоть доотносительной деформации 
.
Приближенный метод основан на определениипредельных усилий в бетонном ядре истальной оболочке. Поданномуметодупри гибкости 
и относительныхэксцентриситетах приложения сжимающейсилы
, (29)
где 
-общее количество стержневой арматуры впоперечном сечении; 
– коэффициентусловий работы, принимаемый равным 0,95 придиаметре элемента d 150мм, в остальных случаях 
=1; 
–коэффициентпродольного изгиба, определяемый согласнорекомендациям Л.И.Стороженко; 
– коэффициент,учитывающий влияние начальногоэксцентриситета приложения сжимающей силы напрочность ТБК
.(30)
При расчете на длительныенагрузки расчетное сопротивление бетона
cледует умножать накоэффициент условий работы 
.
При определении 
.Формулыдля расчета 
ТБК круглого икольцевого сечений приведены в диссертации.
Для внецентренносжатых ТБК назначение ихгеометрических параметров иприближенное определение несущейспособности можно такжевыполнять с помощью приведенной в работе номограммы.
Реализация итерационного метода была произведена в виде алгоритма ипрограммыдля ЭВМ, по которой были определенытеоретические разрушающие нагрузки Nuдля трубобетонных элементов малойгибкости (l/d 5), испытанных на центральное ивнецентренное сжатие как нами,так и другими учеными.Исходные данные для расчетовпринимались по даннымнаиболее известныхнаучных школв области ТБК, возглавляемыхЛ.И.Стороженко иИ.Г.Людковским.
Для большейнаглядности и объективности проводимогосопоставления трубобетонные элементыпринимались с самыми различнымигеометрическими и конструктивнымипараметрами:
- наружнымдиаметром внешней стальной оболочки от 93мм до 1020 мм;
- толщиной стенкивнешней стальной оболочки от 0,8 мм до 13,3мм;
- пределомтекучести стали оболочки от 240 МПа до 440МПа;
- призменнойпрочностью бетона от до 11,7 МПа до 104МПа;
- относительными эксцентриситетамисжимающей нагрузки 
Сопоставлениетеоретических и опытных значенийразрушающих нагрузок выполнено для 77 центральносжатых и 46 внецентренно сжатых ТБК.Результатысвидетельствует об ихудовлетворительном совпадении: для центрально сжатых образцовнаибольшие расхождения составляют +19...-10 %при величинекоэффициента вариациивектора ошибок 
.
Анализсвидетельствует о том, что итерационныйметод дает заметно лучшую сходимость с опытами посравнению с известными предложениями порасчету ТБК. Использование упрощенного метода приводитк росту погрешности на 39 % в сторону запасапрочности, что для целей проектирования вполнеприемлемо. Приближенныйметод даетрасхождения с экспериментальнымиданными+22…-20% при
В главе 7 приведены сведенияо внедрении предложенных трубобетонных колонн и методов их расчета в практику строительства ипроектирования.
Внедрение ТБК новой конструкции произведено при реконструкции ресторана «Станица» вг. Магнитогорске, пристроительстве уникальноготолстолистового стана 5000 ОАО«Магнитогорский металлургическийкомбинат», трехэтажного офисногоздания с производственными помещениями,подземной автостоянки и двухэтажного магазина строительных материалов в г.Магнитогорске, производственногоздания («бомбоубежища») вг.Пласт Челябинскойобласти. Экономическийэффект от внедрения составил 4,2 млн.руб.
Внедрениеразработанных методов расчета произведено внормативный документпо расчету иконструированию ТБК и ПОТБК - СТО «Трубобетонныеколонны»,разработанного и изданного НИИЖБ сучастием автора.
Внедрение в учебныйпроцесс произведено вРостовском государственном строительном,Воронежском государственномархитектурно-строительном, Магнитогорскомгосударственном техническом иКабардино-Балкарском государственномуниверситетах.
Разработаны также новыеконструктивные решения стыков ТБК с перекрытиями и предложения по ихрасчету, представленные в отдельном Приложении и имеющие существенные отличия оттрадиционных решений для железобетонных илистальных конструкций, чтодало возможность реального практическогоприменения ТБК на указанных выше объектах при надежных узлах сопряжения ТБК с другиминесущими элементами зданий- фундаментами, перекрытиями,колоннами выше расположенных этажей.
ОСНОВНЫЕВЫВОДЫ
1. Разработана новая конструкциятрубобетонной колонны спредварительно обжатым бетоннымядром, защищенная патентами иавторскими свидетельствами. Предложенотри способа ееизготовления: длительным прессованием бетоннойсмеси с помощью пустотообразователяспециальной конструкции; прессованием бетонной смесипоследовательным вдавливанием в неестальныхтрубок вдоль направляющего стержня,расположенного коаксиально внешнейобойме; с использованием энергиирасширяющегося цемента. Разработанытехнология, установка и оснастка дляизготовления сжатых трубобетонных элементов с предварительнообжатым ядром.
2. Проведенные оригинальные экспериментальныеисследования трубобетонных элементовобычных и с предварительнообжатым ядром на центральное и внецентренное сжатиепоказали, что в последних за счет ростапрочностибетонного ядра существенно возрастаютпредел упругой работы, разрушающая нагрузкаи жесткостьи снижаются прогибы по сравнению сэлементамибез обжатия, наблюдается значительнобольшая общая эффективность трубобетонныхэлементов с предварительно обжатым ядромпри неизменном пластичном характере разрушения.
3. Экспериментальнодоказано, что деформацииусадки и ползучести бетона в трубобетонных колоннах спредварительно обжатым ядром существенно меньше, чем в обычныхтрубобетонных и значительно меньше, чем в традиционныхжелезобетонных колоннах.
4.Выявлен, что пределдлительной прочности трубобетонныхэлементов с предварительно обжатымядром при сжатии сослучайными эксцентриситетами соответствует уровнюнагружения = 0,85.
5.Разработан итерационный метод расчетапрочности и оценки НДС трубобетонныхсжатых элементов с предварительно обжатымядром и обычных при кратковременном действиинагрузки на основе нелинейной деформационной модели,учитывающий неоднородностьнапряженного состояния и физическуюнелинейность бетонного ядра и стальнойоболочки, произведено распространение его на длительноедействие нагрузки с позицийединого подхода.
6.Разработаны инженерныеметоды расчета прочности трубобетонных сжатыхэлементов с предварительно обжатым ядром иобычных: упрощенный метод расчета - с использованием нелинейнойдеформационной модели и приближенныйметод расчета - попредельным усилиям. Оба метода могут быть реализованы впрактических расчетах без ЭВМ при сжатии с любымиэксцентриситетами.
7.Получены зависимости для определениякоординат вершины диаграммы «
-
»бетонацентрально сжатого ядратрубобетонного элемента в условияхобъемного напряженно-деформированногосостояния при кратковременном идлительном сжатии. Предложены зависимости для учета влиянияпредварительного обжатия бетонногоядра напрочностные и деформационные характеристики бетона.Получены зависимости длярасчета параметров НДС бетонного ядра истальной оболочки - коэффициентовупругости и поперечных деформаций,бокового давления бетона в упруго-пластической ипластической стадиях работы.
8. Наосновании применения диаграмм-изохронполучено аналитическое описание связимежду напряжениями и деформациямибетонного ядра и стальной оболочкитрубобетонной колонны придлительной нагрузке, предложены формулы дляопределения характеристики линейнойползучести объемно-напряженного бетона, пределадлительной прочности бетонного ядра.
9.Широкомасштабная проверкаприменимости разработанных рекомендаций и методоврасчета, выполненная набольшом количестве опытных образцовавтора и других исследователей с широким диапазономварьирования различных факторов ипараметров, подтвердила их достоверность инадежность, а также возможность широкогоприменения в практическом проектированиии строительстве.
10. Осуществлено опытное внедрение трубобетонныхколонн с предварительно обжатым ядром на шести объектах в г.Магнитогорске и Челябинской области с суммарнымэкономическим эффектом 4,2 млн. руб. При этомразработаны новые конструктивные решениястыков трубобетонных колонн, предложения по их конструированию ирасчету.
11.Разработан и издан утвержденныйнормативный документ СТО «Трубобетонныеколонны», содержащийпредложенные методы их расчета и открывшийпуть к расширенному проектированию ивнедрению трубобетонных колонн в практикупроектирования и строительства.
Основное содержаниедиссертации опубликовано в 65 работах:
- в 14 рекомендованныхВАК изданиях:
- Матвеев В.Г. Пустотные брусковыеэлементы из опрессованного бетона /В.Г.Матвеев, А.Л.Кришан // Бетон ижелезобетон – № 7, 1989. - С. 24-25. (лично авторомвыполнено 1с.).
- Матвеев В.Г. Напряженно-деформированноесостояние сжатых брусковых ементов пустотногосечения из опрессованного бетона /В.Г.Матвеев, А.Л.Кришан,В.П.Максименко // Известия вузов.Строительство и архитектура - № 8, 1990. - С.132-135. (лично автором выполнено 1 с.).
- Матвеев В.Г. Стержневые элементыпустотного сечения / В.Г.Матвеев, А.Л.Кришан,А.А.Варламов // Бетон и железобетон – № 1, 1993. - С. 2-4.(лично автором выполнено 1 с.).
- Кришан А.Л.Сталетрубобетонные колонны спредварительно обжатым ядром / А.Л.Кришан,М.Ш.Гареев, А.И.Сагадатов // Бетон ижелезобетон – № 6, 2004. – С. 11-14. (лично автором выполнено 1,3 с.).
- Кришан А.Л. Новыйподход к оценке прочности сжатыхтрубобетонных элементов / А.Л.Кришан // Бетон ижелезобетон – № 3, 2008. - С. 2-5.
- Кришан А.Л.Предварительно обжатые трубобетонныеэлементы кольцевого сечения / А.Л.Кришан,М.Ш.Гареев, А.И.Сагадатов // Бетон ижелезобетон – № 4, 2008. - С. 7-11. (лично авторомвыполнено 2с.).
- Кришан А.Л. Определение несущей способностисжатых трубобетонныхэлементов / А.Л.Кришан,А.И.Заикин, М.С.Купфер // Бетон ижелезобетон – № 2, 2008. - С. 22-25. (лично авторомвыполнено 1,3с.).
- Кришан А.Л.Определение разрушающей нагрузки сжатыхтрубобетонных элементов / А.Л.Кришан,А.И.Заикин, М.С.Купфер // Бетон и железобетон– № 9, 2009. - С.13-16. (лично автором выполнено 1,3 с.).
- Кришан А.Л. Трубобетонные колонны длямногоэтажных зданий / А.Л.Кришан //Строительная механика инженерныхконструкций и сооружений – № 4, 2009. - С.75-80.
- Кришан А.Л. Трубобетонные колонны длявысотных зданий // А.Л.Кришан, В.В.Ремнев //Промышленное и гражданскоестроительство – № 10, 2009. - С. 22-24. (лично авторомвыполнено 1,3с.).
- Кришан А.Л. Расчет прочноститрубобетонных колонн /А.Л.Кришан, А.И.Заикин, А.С.Мельничук //Строительная механика инженерныхконструкций и сооружений – № 1, 2010. - С. 20-25. (лично авторомвыполнено 2с.).
- Кришан А.Л. Обэффективности использованиявысокопрочного бетона в трубобетонныхколоннах / А.Л.Кришан, В.В.Ремнев // Бетон и железобетон– № 2, 2011.- С. 2-4. (лично автором выполнено 1,5 с.).
- Кришан А.Л. Расчетпрочности трубобетонных колонн / А.Л.Кришан,А.И.Заикин //Бетон и железобетон – № 3, 2011. - С.22-25. (личноавтором выполнено 2 с.).
- КришанА.Л. Предложения по расчетупрочности трубобетонных колонн / А.Л.Кришан,Е.А.Трошкина, А.В.Кузьмин // Вестник МГТУ им.Г.И. Носова. 2011. № 1. С. 66-69. (лично авторомвыполнено1,4 с.).
- в 2 монографиях:
- КришанА.Л. Трубобетонныеколонны высотных зданий / А.Л.Кришан,А.И.Заикин, А.И.Сагадатов // Монография.–Магнитогорск: ООО «МиниТип», 2010. – 195 с. (личноавтором выполнено 155 с.).
- КришанА.Л. Трубобетонныеколонны с предварительно обжатым ядром /А.Л.Кришан //Монография.– Ростов н/Д:Рост. гос. строит. ун-т, 2011. – 372 с.
- в 34 другихизданиях:
- КришанА.Л. Опрессованные бетонныеэлементы в стальной обойме / А.Л.Кришан //Строительство и образование. Межвуз. сб.науч. тр. Выпуск 3. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000 -С. 91-94.
- Кришан А.Л.Расчет прочностинормальных сечений внецентренно сжатых опрессованныхэлементов встальной обойме / А.Л.Кришан //Предотвращение аварий зданий и сооружений: Межвуз.сб. науч. тр. Вып. 1. – Магнитогорск: МГТУ, 2001. С.136-149.
- Кришан А.Л.Новая технологияформования железобетонных конструкций /А.Л.Кришан //Градостроительство, современныестроительные конструкции, технологии, инженерныесистемы. Межвуз. сб. науч. тр. – Магнитогорск:МГТУ, 2001 - С. 91-94.
- КришанА.Л. Опрессованныйтрубобетон / А.Л.Кришан,М.Ш.Гареев, А.И.Сагадатов // Надежность идолговечность строительных материалов.Материалы IIIМеждунар. науч.-техн. конф. Часть II. – Волгоград:ВолгГАСА, 2003 - С. 40-43. (лично авторомвыполнено 1,3с.).
- КришанА.Л. Сталетрубобетонные элементы спредварительно обжатым ядром / А.Л.Кришан, М.Ш.Гареев // Градостроительство, реконструкцияи инженерное обеспечение устойчивогоразвития городов Поволжья: Сб. докладовВсероссийской научно-практическойконференции. – Тольятти: ТГУ, 2004. С. 105-108. (личноавтором выполнено 2 с.).
- КришанА.Л. Прочность обжатогобетона в стальной обойме / А.Л.Кришан //Архитектура. Строительство. Инженерные системы:Вестник МГТУ. - № 2. – 2003. - С. 14-17.
- КришанА.Л. Расчет прочности сжатыхсталетрубобетонных колонн / А.Л.Кришан,М.Ш.Гареев, А.И.Сагадатов // Эффективныестроительные конструкции: теория ипрактика. Сб. статей III Междунар.науч.-техн. конф. – Пенза, 2004. С. 42-44. (лично автором выполнено 1с.).
- КришанА.Л. Исследование НДС сжатыхтрубобетонных элементов / А.Л. Кришан,И.В.Аткишкин, К.С.Кузнецов // Строительство иобразование: Межвуз. сб. науч. тр. – Екатеринбург:УГТУ-УПИ, 2004. – № 11. – С. 105-107. (лично авторомвыполнено 1с.).
- Кришан А.Л. Методикарасчета сталетрубобетонных колонн / А.Л.Кришан,М.Ш.Гареев, И.В.Аткишкин // Эффективныестроительные конструкции: теория ипрактика. Сб. статей III Междунар.науч.-техн. конф. – Пенза, 2004. – С. 4-6. (лично автором выполнено 1 с.).
- КришанА.Л. О предельном состояниисталетрубобетона / А.Л.Кришан,А.И.Заикин, А.И.Сагадатов // ВестникУральского государственного техническогоуниверситета – Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ»,2005. – С. 55-57.(лично автором выполнено 1 с.).
- КришанА.Л. Трубобетонные элементыс предварительно обжатым ядром / А.Л.Кришан,А.И.Сагадатов // Бетон и железобетон – пути развития.Научные труды 2-й Всероссийской(Международной) конф. по бетону ижелезобетону. Т. 2. М.: Дипак, 2005. С. 150-158.(лично автором выполнено 5 с.).
- Кrishan A.L. Steel pipe-concrete columns with preliminary pressed core /А.L. Кrishan// Application of Codes, Design and Regulations Opportunities: Proceedings ofthe InternationalConference held at theUniversity of Dundee, Scotland, UK, 2005.- P. 725-733.
- КришанА.Л. Экономическаяэффективность применения трубобетонныхконструкций/ А.Л.Кришан,И.В.Аткишкин, К.С.Кузнецов // Предотвращениеаварий зданий и сооружений: Межвуз. сб. науч.тр. –Магнитогорск: МГТУ, 2005. – Вып. 4. – С. 152-157. (личноавтором выполнено 2 с.).
- Кришан А.Л.Определение разрушающей нагрузкицентрально сжатых трубобетонныхэлементов / А.Л.Кришан, А.И.Сагадатов, А.Ю.Кульевич //Развитиевуза через развитие науки. Сб. докладов 4-йМежвуз. науч.-практ. конф. – Ч.1 – Тольятти:Современник,ТВТИ, 2006. – С.30-35. (лично автором выполнено 2 с.).
- Кришан А.Л. Красчету прочности сжатых трубобетонныхэлементов / А.Л.Кришан, И.В.Аткишкин,К.С.Кузнецов // Тез. докл. 63-й науч.-техн. конф.- Новосибирск: НГАСУ, 2006. – С. 76. (личноавтором выполнено 0,3 с.).
- Кришан А.Л. Подборсостава бетонной смеси для изготовлениявысокопрочного бетона / А.Л.Кришан,И.В.Аткишкин, К.С.Кузнецов // Предотвращениеаварий зданий и сооружений: Межвуз. сб.науч. тр.–Магнитогорск: ООО «МиниТип», 2006. – Вып. 5. – С. 153-155. (личноавтором выполнено 1 с.).
- КришанА.Л. Сжатыесталетрубобетонные элементы извысокопрочного предварительно обжатого бетона /А.Л. Кришан,И.В.Аткишкин, К.С.Кузнецов // Бетон ижелезобетонв третьем тысячелетии: Мат.-лы IV Междунар.науч.-практич. конф. – Ростов н/Д: РГСУ, 2006. – С. 257-265. (личноавтором выполнено 3 с.).
- КришанА.Л. Новое конструктивноерешение трубобетонных колонн / А.Л.Кришан // III тысячилетие – новый мир: Трудымеждународного форума по проблемам науки,техники и образования. – Т.2. – 2006. – С. 81-84.
- Кришан А.Л.Предложения по расчетупрочности сжатых трубобетонных элементов / А.Л.Кришан,М.Ш.Гареев, М.С.Купфер // Актуальные проблемыв строительстве и архитетуре. Образование.Наука. Практика: Мат-лы 63-й Всероссийскойнауч.техн.конф.-Самара: СГАСУ, 2006. – С.356-357. (лично авторомвыполнено 0,7с.).
- Кришан А.Л. Предожения по расчету прочностисжатых трубобетонных элементов / А.Л.Кришан,М.Ш.Гареев, Е.С.Смоленцева // Состояниесовременной строительной науки: Сб. науч.тр. –Полтава: ЦНТЭИ, 2006. – С. 269-272. (лично автором выполнено 1 с.).
- КришанА.Л. Трубобетонныеконструкции из высокопрочного бетона /А.Л.Кришан,И.В.Аткишкин, К.С.Кузнецов // Актуальныепроблемы в строительстве и архитетуре.Образование. Наука. Практика: Мат-лы 64-йВсероссийской науч.техн.конф.- Самара:СГАСУ, 2007. –С.466-467. (лично автором выполнено 0,7 с.).
- Кришан А.Л.Сжатые трубобетонныеэлементы с ядром из специального, расширяющегося,безусадочного реопластичного цемента /А.Л.Кришан,А.С.Мельничук // Конкурс грантовстудентов, аспирантов и молодых ученыхвузов Челябинской обл.: Сб. рефератовнауч.-исследов. работ. – Челябинск: ЮУрГУ,2007. – С. 208.(лично автором выполнено 0,5 с.).
- Кришан А.Л.Эффективныебыстровозводимые каркасные здания / А.Л.Кришан // Челябинск. Архитектура.Строительство. № 5. – 2007. – С. 12-13.
- Кrishan A.L. New approach to estimating the durability of compressedpipe-concrete columns / A.L.Krishan, E.A.Troshkina // Concrete Durability: Achievement andEnhancement: Proceedings of the 7th International Congress held at theUniversity of Dundee, Scotland, UK, 2008.- P. 143-151. (лично автором выполнено 4 с.).
- Кришан А.Л. Трубобетонныеколонныс ядром из бетона на расширяющемсяцементе /А.Л.Кришан, М.Н.Кошелев, К.С.Кузнецов, А.С.Мельничук // Мат-лы 66-й науч.техн.конф.: Сб. докл. - Т.2. – Магнитогорск:ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. – С. 6-7. (лично автором выполнено 0,5 с.).
- Кришан А.Л. Красчету прочности нормальных сеченийтрубобетонных конструкций по нелинейнойдеформационной модели / А.Л.Кришан,М.Ш.Гареев // Эффективные строительные конструкции:теория и практика. Сб. статей YIII Междунар.науч.-техн. конф. – Пенза, 2008. – С. 40-43. Лично автором выполнено 2 с.
- Кришан А.Л.Прочность нормальныхсеченийтрубобетонных колонн / А.Л.Кришан //Инженерныесистемы 2009: Мат-лы междунар. науч. практич.конф. – М.:РУДН, 2009. - С. 32.
- Кришан А.Л.Трубобетонные колонны извысокопрочного бетона / А.Л.Кришан //Технологии бетонов – № 4, 2009. - С. 10-12.
- КришанА.Л. Оценканапряженно-деформированного состояниясжатых трубобетонных элементов / А.Л.Кришан,А.И.Сагадатов // Предотвращение аварийзданий и сооружений: Межвуз. сб. науч. тр.– М., 2009.– Вып. 8.– С. 509-515.(лично автором выполнено 4 с.).
- Кришан А.Л.Трубобетонные колонны длявысотных зданий / А.Л.Кришан,В.В.Ремнев // Актуальные проблемыисследований по теории сооружений: Сб.науч. статей.– Ч.2/ ЦНИИСКим. В.А.Кучеренко. - М.: ОАО«ЦПП», 2009. - С. 122-129. (лично автором выполнено 4 с.).
- Кришан А.Л.Оценканапряженно-деформированного состояниябетонного ядра трубобетонныхколонн / А.Л.Кришан //Инженерные системы 2010: Мат-лы междунар. науч.практич. конф. – М.: РУДН, 2010. - С. 75.
- Кришан А.Л.Предложенияпо расчету прочноститрубобетонных колонн круглого поперечногосечения / А.Л.Кришан, Д.Р.Шагеев // Прочность и разрушенияматериалов иконструкций: Мат-лы междунар. науч.практич. конф. – Оренбург: ОГУ, 2010. - С. 168-173.(лично автором выполнено 3 с.).
- Кришан А.Л.Расчет прочноститрубобетонных колонн / А.Л.Кришан,А.С.Мельничук, В.В.Ремнев // Теория ипрактика расчета зданий, сооружений иэлементов конструкций. Аналитические ичисленные методы: Сб. трудов междунар. науч.практич. конф. – М., МГСУ, 2010. - С. 187-198. (лично авторомвыполнено 4с.).
- КришанА.Л. Реализация нелинейнойдеформационной модели при расчетепрочности трубобетонных колонн / А.Л.Кришан,А.И.Сагадатов, А.С.Мельничук // Предотвращениеаварий зданий и сооружений: Межвуз. сб.науч. тр. –М., 2010. – Вып.9. – С. 635-644.(лично автором выполнено 3,3 с.).
- КришанА.Л.Напряженно-деформированное состояниебетонного ядра трубобетонных колонн / А.Л. Кришан,Е.А.Трошкина // Строительство и образование:Межвуз. сб. науч. тр. – Екатеринбург: ФГАОУ ВПО УрФУ, 2010.– № 13.– С. 44-47.(лично автором выполнено 2 с.).
- Кришан А.Л.Расчет прочности сжатыхтрубобетонных элементов при длительномнагружении /А.Л.Кришан //Актуальные проблемы бетона ижелезобетона: Мат-лы науч. практич. конф.– Ростов н/Д:Рост. гос. строит. ун-т, 2010. - С. 102-107.
- Кришан А.Л. Диаграммный расчет прочноститрубобетонных колонн/ А.Л.Кришан //Инженерные системы 2011: Мат-лы междунар.науч. практич. конф. – М.: РУДН, 2011. - С. 79.
- Кришан А.Л. Красчету длительной прочноститрубобетонных колонн/ А.Л.Кришан,А.С.Мельничук // Инженерные системы 2011:Мат-лы междунар. науч. практич. конф. – М.: РУДН, 2011. - С. 78.(лично автором выполнено 0,5 с.).
- в 11авторских свидетельствах ипатентах на полезные модели:
- Сжатый железобетонный призматическийэлемент, способ и устройство для егоизготовления. Амелькин Г.И., Матвеев В.Г.,Варламов А.А., КришанА.Л. А.с. 981536 СССР, МКИ3 Е 04 G 21/12. 1982. Бюл. №46.
- Способ изготовления сжатогожелезобетонного призматического элементаи устройство для его изготовления.Амелькин Г.И., Матвеев В.Г., Варламов А.А.,Кришан А.Л. А.с. 1021749СССР, МКИ3 Е 04G 21/12. 1983. Бюл.№ 21.
- Пустотообразователь.Кришан А.Л.,Гареев М.Ш. Свидетельство № 21373 на полезнуюмодель: БИПМ, 2002. - № 2.
- Строительный элемент в виде стойки. Кришан А.Л., МатвеевВ.Г., Гареев М.Ш., Матвеев И.В.Свидетельство № 26575 на полезную модель: БИПМ,2002. - № 34.
- Установка для формования объемнонапряженных стержневых пустотных элементов. МатвеевВ.Г., Кришан А.Л.,, Мартынова С.В. Патент на полезнуюмодель: БИПМ,2004. - № 33.
- Строительный элемент в виде стойки. Кришан А.Л.,Аткишкин И.В., Кузнецов К.С., Сагадатов А.И.Патент № 49861 на полезную модель: БИПМ, 2005. - №34.
- Стыковое соединение безбалочногожелезобетонного перекрытия с колоннойКришан А.Л.,Купфер М.С., Мельничук А.С. Патент № 71999 наполезнуюмодель: БИПМ, 2008. - № 9.
- Стыковое соединение перекрытия с колонной.Антонюк В.В., Васев А.И., Бурлуцкий Д.В., КупферМ.С., Кришан А.Л. Патент № 73682 на полезную модель: БИПМ,2008. - № 9.
- Строительный элемент в виде стойки. Кришан А.Л., АнтонюкВ.В., Сабиров Р.Р., Суровцев М.М. Патент №95347 на полезную модель: БИПМ, 2010. - №17.
- Узел сопряжения трубобетонных колонн сбалками перекрытий. КришанА.Л., Мельничук А.С. Патент №95691 на полезную модель: БИПМ, 2010. - № 19.
- Строительный элемент в виде стойки. Кришан А.Л.,Сабиров Р.Р., Суровцов М.М., Кришан М.А.,Кошелев М.Н. Патент № 104213 на полезнуюмодель: БИПМ,2011. - № 13.
