Увагу присвячено розробці методу підбору складів бетонних сумішей зі спрямованим регулюванням їх реологічних характеристик за допомогою хімічних і мінеральних добавок, які призначені для заповнення нерозрізних трубобетонних конструкції складного перетину і великої довжини. Об'єкт дослідження. Процеси приготування і нагнітання бетонних сумішей для трубобетонних конструкцій складного перетину. Мета дослідження. Розробка методу підбору складів бетонних сумішей зі спрямованим регулюванням їх реологічних характеристик за допомогою хімічних і мінеральних добавок, які призначені для заповнення нерозрізних трубобетонних конструкції складного перетину і великої довжини. Методи досліджень. Дослідження виконувалися з використанням методів планування експериментів. Фізико-механічні дослідження проведено відповідно до нормативних вимог державних стандартів, а також за розробленими методиками з використанням прогиномірів 6 ПАО, відносні деформації в контрольних точках визначалися за допомогою індикаторів IМІГ і електронних датчиків деформацій. Реологічні властивості бетонних сумішей визначалися згідно діючих нормативних документів і за допомогою ротаційного віскозиметра. Подальшого розвитку набула методологія підбору складу багатокомпонентних бетонних сумішей для трубобетонних конструкцій складного перетину та великої довжини шляхом поетапної оцінки реологічних властивостей при варіюванні сировинних компонентів. Вперше розроблено склади багатокомпонентних високорухливих бетонних сумішей для трубобетонних конструкцій складного перетину довжиною 1000 м. Встановлено механізм утворення пробок при нагнітанні легких бетонних сумішей на пористих заповнювачах в трубобетонні конструкції. Показано, що забезпечення високої межі текучості бетонних сумішей і в'язкості при низькій швидкості зсуву, але з низьким опором потоку при високій швидкості зсуву, можливо шляхом введення водоутримуючих добавок. Показано роль тонкомолотих мінеральних наповнювачів в зниженні розшарування високорухливих і литих бетонних сумішей. Встановлено, що заповнення бетоном рейкового простору знижує рівень шуму на 9,6 Дб в діапазоні частот 63 ... 8000 Гц. Розроблено технологічний регламент приготування та нагнітання бетонних сумішей у довгомірні трубобетонні конструкції складного перетину. Практичні результати полягають у розробленні складів багатокомпонентних бетонних сумішей, які можна виготовляти на заводах товарного бетону. Наголошено, що розроблені бетонні суміші можуть використовуватися для бетонування густоармованих, віддалених і важкодоступних конструкцій, де неможливий під'їзд автотранспорту, а також трубобетонних конструкцій зі складною конфігурацією.

Розроблено методику моделювання напружено-деформованого стану вузлів жорсткого з'єднання трубобетонної колони з монолітним залізобетонним перекриттям. Моделювання проведено в програмному комплексі Femap (NX Nastran) на базі геометричних моделей, створених у графічному середовищі Autocad. Крайові умови навантаження вузла на базі моделі 40-поверхового будинку з кроком колон 6х6 м змодельовано в програмному комплексі ЛІРА. В результаті проведеного моделювання вузла з'єднання трубобетонної колони та монолітного залізобетонного перекриття отримано графіки розподілу напружень і деформацій, що надало змогу визначити умови роботи елементів вузла та зони концентрації напружень. Результати аналізу напружень за скінченно-елементною моделлю надали змогу покращити вузол завдяки створенню зовнішніх ребер, що знизили концентрації напружень у вузлі. За результатами моделювання вузла бетонне ядро трубобетонної колони включається в роботу колони на стиск і приймає на себе від 55 до 60 % навантаження.

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі − розробці ефективного розрахункового методу визначення межі вогнестійкості трубобетонних конструкцій (ТБК) шляхом математичного моделювання теплових процесів та напружено-деформованого стану конструкцій за умов пожежі. Проведено математичне моделювання термонапруженого стану ТБК за умов стаціонарної теплопровідності. Під час дослідження вибрано найбільш поширені конструктивні типи ТБК та розроблено математичні моделі дослідження напружено-деформованого стану ТБК за умов їх нагрівання з врахуванням їх геометричних розмірів та їх теплофізичних характеристик. Визначено межу вогнестійкості за несучою здатністю трубобетонної колони без вогнезахисту у інтервалі часу впливу пожежі із стандартним температурним режимом від 0 до 30 хв. Наведено методику та результати стандартних вогневих випробувань, метою яких було вивчення температурних розподілів у перерізі трубобетонних колон з використанням відповідного стандарту, чинного в Україні. Випробування проводилися у сертифікованій вогневій печі. Методика, розроблена для визначення класу вогнестійкості ТБК, ввійшла в комплекс заходів щодо продовження терміну експлуатації енергоблоків Запорізької АЕС.

Исследованы стальные трубчатые колонные конструкции из самоуплотняющегося бетона при осевом сжатии. Изучено влияние расположения элемента жесткости и прочности бетона на свойства стальных трубчатых колонных конструкций из самоуплотняющегося бетона с ребрами жесткости различных размеров. Проанализированы характер отказа, предельная нагрузка, жесткость, пластичность и деформация при динамической нагрузке. Установлено, что ребра жесткости способствуют замедлению местной потере устойчивости стальных труб. Более того, образцы с четырехсторонним размещением ребер жесткости обладают более высокими показателями жесткости и пластичности, чем образцы с двухсторонним размещением ребер жесткости. Показано, что предлагаемая система жесткости может улучшить предел прочности при сжатии. Использование соответствующих стандартов позволило провести сравнение спрогнозированных значений предельной нагрузки и получить модифицированную формулу. Теоретические данные хорошо согласуются с результатами исследования.

Реакционно-порошковый бетон с пределом прочности при сжатии выше 170 МПа получен с использованием обычного бетона на портландцементе, измельченного гранулированного тонкого кремнеземного порошка или зольной пыли. Такой бетон характеризуется высокой прочностью, постоянным коэффициентом Пуассона, максимальной деформацией при высокой степени сжатия, но имеет недостаток, заключающийся в возможности хрупкого разрушения. С учетом исследования его механических свойств рассмотрено взаимодействие между стальными трубами и цилиндрическим образцом бетона, а также влияние этого взаимодействия на несущую способность и деформируемость заполненных реакционно-порошковым бетоном стальных трубчатых образцов для испытания материала на осевое сжатие. Такие образцы, имеют хорошую пластичность и уменьшают недостаток реакционно-порошкового бетона, связанный с хрупким разрушением. Однако изолирующее влияние стенок стальных труб на локализацию реакционно-порошкового бетона меньше по сравнению с таковым стенок бетона стандартной прочности, поэтому в целях удобства и надежности в процессе проектирования им можно пренебречь.

Розроблено перспективні технології ремонту дефектних залізобетонних труб із використанням металевих гофрованих конструкцій. Наведено методику розрахунку величин сил тиску на вершину залізобетонної труби, яка підсилена металевою гофрованою трубою, за статичних і динамічних навантажень залежно від висоти засипки. За результатами статичних і динамічних сил тиску, методом скінченних елементів розраховано напружено-деформований стан труби у випадку взаємодії з грунтом засипки.

Досліджено напружено-деформований стан та несучу здатність роз'ємних стиків трубобетонних елементів. Проаналізовано методики розрахунку та конструктивні рішення трубобетонних елементів зі стиками. Запропоновано п'ять нових типів роз'ємних стиків. Проведено експериментальні дослідження трубобетонних елементів. Визначено, що найефективнішим на стиск виявився стик зі сталевою муфтою, на згин - із поздовжніми ребрами. Представлено алгоритм чисельного моделювання, на основі якого проналізовано напружено-деформований стан трубобетонних елементів зі стиками, результати верифіковано за допомогою експериментальних випробувань. Запропоновано безітераційну методику побудови граничних залежностей N-M для трубобетонних конструкцій. Побудовано діаграми несучої здатності для трубобетонних елементів та їх стиків. Проаналізовано витрати матеріалів, необхідних для виконання стика на прикладі реальної споруди для аналогічних навантажень.

Вирішено задачу про розподіл грунтової корозії арматурного каркасу по периметру перерізу залізобетонної труби при дії виникаючих макрогальванічних елементів.

Описано особливості деформування стиснутих трубобетонних елементів із роз'ємними стиками. На основі експериментальних досліджень було визначено найбільш ефективну конструкцію роз'ємного стику. Наведено дані про несучу здатність і напружено-деформований стан конструкцій.

Проведено дослідження зміни міцності по висоті бетонного осердя трубобетонних стійок, виявлено найбільш вразливі ділянки, дефекти бетонування та причини їх утворення.

Виявлено особливості деформування та дійсної роботи елементів з різними способами зміцнення їх ядер. Визначено вплив різних конструктивних схем на деформативність та несучу здатність розглянутих елементів. Розроблено аналітичні та чисельні методи оцінки напружено-деформованого стану і методику розрахунку міцності досліджуваних конструктивних елементів. Наведено наочний приклад застосування одного з-поміж запропонованих конструктивних рішень досліджуваних конструкцій в галузі промислового будівництва.

Проаналізовано існуючі конструктивні форми вузлів з'єднання трубобетонних колон (ТБК) із різними типами перекрить, їх переваги та недоліки. Визначено сучасні тенденції, які впливають на впровадження в будівництво трубобетонних конструкцій. Досліджено напрямки практичного застосування трубобетонних і сталебетонних конструкцій. Проведено порівняльний розрахунок моделі залізобетонного перекриття у випадку жорсткого та шарнірного з'єднання з ТБК. Виведено 4 основні якісні характеристики ефективності конструктивних форм вузлів з'єднання ТБК із конструкціями перекриття, такі як: створення безригельних каркасів, сприйняття від'ємного моменту в приопорній зоні конструкцією вузла, створення просторово-жорсткого каркаса та включення в роботу бетонного ядра колони. Проаналізовано конструктивні форми з'єднання ТБК із ригелями та плитами перекриття залежно від жорсткості кріплення та включення бетонного ядра ТБК у роботу. На підставі аналізу існуючих конструктивних форм вузлів з'єднання ТБК із різними типами перекрить визначено доцільність дослідження жорсткого вузла з'єднання ТБК із монолітним сталезалізобетонним перекриттям, який характеризується відповідністю чотирьом основним якісним характеристикам ефективності конструктивних форм вузлів з'єднання колон із конструкціями перекриття.

Запропоновано нові конструктивні форми трубобетонних елементів на основі труб квадратного перерізу та фібробетону, в яких забезпечується спільна робота сердечника й обойми. Вперше досліджено властивості та підібрано оптимальний склад фібробетонного сердечника для металевих труб на розробленому модифікаторі зі шламу мокрого газоочищення виробництва феросиліцію. Вперше вивчено роль адгезії та чинників, що впливають на неї в процесі структуроутворення контактної зони "в'яжуче - заповнювач - фібра та внутрішня поверхня обойми". Визначено способи активної дії на цей процес та управління ним з метою одержання бетонів з високими адгезійними властивостями. Вперше одержано експериментальні дані щодо впливу фібробетону на міцність і деформативність згинальних трубобетонних елементів. Одержано результати експериментальних досліджень напружено-деформованого стану сталефібробетонних балок, працюючих на згин, із зовнішнім армуванням квадратними трубчастими профілями.

Мета дослідження - виявлення особливостей деформування та встановлення дійсної роботи трубобетонних елементів із ядрами з високоміцних бетонів. Проведено експериментальні дослідження стиснутих коротких трубобетонних елементів за дії стискального навантаження залежно від фізико-механічних характеристик матеріалу осердя та способу передачі навантаження. Виявлено характер руйнування коротких трубобетонних елементів залежно від міцності бетонного ядра та коефіцієнта армування. Розроблено числову методику оцінювання напружено-деформованого стану центрально стиснених трубобетонних елементів у разі використання як ядра високоміцних бетонів залежно від способу передачі навантаження.

Одержано нові експериментальні дані щодо особливостей роботи, параметрів напружено-деформованого стану (НДС), міцності та деформативності трубобетонних конструкцій з різними типами експлуатаційних пошкоджень сталевої труби-оболонки. Удосконалено аналітичні моделі оцінювання НДС трубобетонних елементів з урахуванням впливу наявних дефектів і пошкоджень. Сформульовано детерміністичні та ймовірнісні критерії відмов (граничних станів) такого типу конструктивних елементів. Одержано нові статистичні дані щодо розподілу параметрів корозійних пошкоджень сталевої труби-оболонки трубобетонних конструкцій. Подальший розвиток одержали моделі та методи розрахунку безвідмовності трубобетонних конструкцій, що знаходяться в експлуатації. Вперше ймовірнісно обгрунтовано гранично допустимі значення наявних локальних пошкоджень труби-оболонки трубобетонних конструкцій, які знаходяться в експлуатації, та встановлено часткові коефіцієнти надійності під час оцінювання технічного стану трубобетонних конструкцій залежно від типу та характеру наявних експлуатаційних пошкоджень.

У даний час необхідно посилювати режим економії, ефективність використання ресурсів, знижувати матеріаломісткість в будівництві. Сучасні будівельні конструкції повинні відповідати всім вимогам економічності, ресурсозбереження, які пред'являються до будівництва. Основний напрямок їх розвитку - це скорочення витрати сталі (14 - 16 %), економія цементу (10 - 12 %) і економія лісових матеріалів (12 - 14 %). Ці завдання можна вирішувати, в тому числі і за рахунок зниження матеріаломісткості та зменшення поперечного перерізу конструкцій, за рахунок раціонального поєднання бетону і сталі при їх спільній роботі та за рахунок застосування високоміцних матеріалів. Цим вимогам задовольняють будівельні конструкції з трубобетону. При відносно малому поперечному перерізі такі конструкції здатні витримувати значні зусилля, при цьому бетон за рахунок об'ємного напруженого стану сприймає напруги, що значно перевищують призмову міцність, що економить сталь і бетон. Застосовуючи високоміцні бетони, бетони, ущільнені пресуванням, центрифугуванням, можна отримати значну економію цементу, так як за рахунок індустріальних технологічних факторів ущільнення бетонної суміші міцність бетону значно підвищується. Підвищити міцність бетону можна і за рахунок застосування непрямого армування, що дозволяє при малій витраті сталі значно підвищити міцність конструкцій. Удосконалення відомих ефективних способів зміцнення бетону стосовно трубобетонних конструкцій зі зміцненим осердям, придатних до індустріалізації, є актуальною і важливою задачею. Мета роботи - експериментальне вивчення трубобетонних елементів з бетонними ядрами, зміцненими різними методами; розробити методи розрахунку несучої здатності і напружено-деформованого стану трубобетонних елементів зі зміцненими ядрами.

Розроблено методику і проведено дослідження фізико-механічних характеристик та мінливості міцності бетону по висоті бетонного осердя в трубобетонних конструкціях при пошаровому бетонуванні.

Наведено опис створення скінченно-елементної моделі стиснутого трубобетонного елементу, опцій нелінійного статичного аналізу. Наведено можливий шлях онтимізації моделі. Проведено порівняння результатів чисельного моделювання роботи стиснутих трубобетонних елементів із даними власних експериментальних досліджень.

Розглянуто проблеми, що обмежують застосування трубобетону. Виконано аналіз особливостей розвитку деформацій та характер руйнування стиснутих трубобетонних елементів суцільного перерізу зі зміцненими осердями у разі осьового стиску залежно від розмірів поперечного перерізу, товщини стінки труби та міцності бетонного ядра.

Проведено дослідження впливу умов виготовлення сталезалізобетонних конструкцій на фізико-механічні характеристики осердя та несучу здатність, міцність і деформативність трубобетонних елементів.