В начале предыдущего столетия идея армирования бетона поперечной арматурой получила широкое распространение. Опытным путем было установлено, что поперечное расположение арматуры в бетоне весьма эффективно при действии осевых сжимающих усилий. В этой связи были предложены различные способы поперечного армирования бетона: непрерывной спиральной обмоткой, зигзагообразующей арматурой между продольными стержнями, проволочными сетками, кольцами и хомутами [1].
Дальнейшие исследования отечественных и зарубежных ученых показали эффективность использования трубчатой арматуры и заключения бетона в трубу. Данное армирование позволяет повысить нагрузку на центрально-сжатые железобетонные элементы, уменьшить размеры поперечного сечения, а следовательно, и расход материалов.
На сегодняшний день основные конструктивные требования, прочностные характеристики, эксплуатационная пригодность конструкций трубобетона должны удовлетворять требованиям СП 266.1325800.2016 «Конструкции сталежелезобетонные. Правила проектирования (с Изменениями N 1, 2, с Поправками)». Согласно которому расчет по прочности трубобетонных элементов выполняют с учетом следующих особенностей работы этого вида конструкций:
- бетон и металл трубы работают в многоосном напряженном состоянии. Это приводит к изменению их расчетных сопротивлений, учитываемых в расчете;
- при действии продольных сжимающих сил, бетон ядра испытывает сжатие, как в продольном направлении, так и в боковых направлениях со стороны трубы. Это приводит к повышению его расчетного сопротивления по сравнению с одноосным напряженным состоянием;
- при действии продольных сжимающих сил, металл трубы испытывает сжатие в продольном направлении и растяжение в поперечном (тангенциальном) направлении из-за давления бетона. Это приводит к снижению его расчетного сопротивления по сравнению с одноосным напряженным состоянием;
- с увеличением эксцентриситета приложения продольной нагрузки расчетные сопротивления материалов уменьшаются. При приложении продольной сжимающей силы (сжато-изогнутые элементы рассматриваются как внецентренно-сжатые) за пределами ядра сечения бетонной части (более 0,25 r*b) или при действии только изгибающего момента, расчетные сопротивления материалов принимаются как при одноосном напряженном состоянии.
Расчет трубобетонных колонн показал следующее (рисунок 1):
Рисунок 1 – Коэффициент использования прочности металлического сечения колонны
1) по предельному состоянию первой группы:
– принятые сечения сталежелезобетонных колонн достаточны для обеспечения прочности и устойчивости всего здания, а также для восприятия усилий при основном и особом сочетании нагрузок.
2) максимальный коэффициент использования прочности (максимальный процент исчерпания несущей способности):
- железобетонное сечение колонны – 0,277 (27,7 %);
- металлическое сечение колонны – 0,557 (55,7 %).
Несущая способность колонн обеспечена. Таким образом, использование трубобетонных конструкций представляет огромный интерес при проектировании зданий и сооружений различного назначения.
