11059

свойствами. Прибор предназначен для контроля конструкций из бетона, железобетона и камня при одностороннем доступе к ним с целью определения целостности материала в конструкции, поиска инородных включений, полостей, непроливов, расслоений и трещин, а также измерения толщины объекта контроля.

Прибор позволяет быстро и эффективно обследовать обширные объекты с полным документированием результатов и возможностью их предварительного анализа. В результате прозвучивания пользователь получает набор сканов представленных на рис. 1.

Рис. 1. Схема привязки сканов к декартовой системе координат прибора

Вприборе используется метод синтезированной фокусируемой апертуры с комбинационным зондированием (САФТ-К), при котором происходит фокусировка ультразвука в каждую точку полупространства. Массив данных формируется путем сбора информации со всех измерительных пар антенного устройства томографа. Принимаемые антенной решеткой сигналы обрабатываются в процессе работы.

Врезультате получается наглядный образ объекта контроля, где разными цветами закодирована отражающая способность каждой точки визуализируемого объема. Зоны, где отсутствует отражение ультразвуковой волны, закрашиваются синим цветом, зоны, где присутствует отражение, закрашиваются видимым спектром от желтого до красного цвета в зависимости от амплитуды фиксируемых сигналов, чем выше амплитуда, тем цвет ближе к красному. Отражателями в бетоне являются: арматурные стержни, другие закладные детали и дефекты бетона, типа трещины, объемные пустоты и т. д. На рис. 2 условно показано как отражение ультразвуковой волны превращается в визуальный образ. Чем ближе к центру отражателя, тем больше энергии ультразвуковой волны попадает на приемные элементы антенной решетки томографа А1040М MIRA,

112

соответственно амплитуда приходящего сигнала больше, цвет краснее и наоборот.

Рис. 2. Схема отражения ультразвуковой волны

Данный прибор был успешно апробирован специалистами ННГАСУ на ряде объектов для решения различных прикладных задач. Одним из показательных примеров использования прибора являются работы по оценке качества выполненных работ по бетонированию монолитных железобетонных конструкций, а также их последующий ремонт, на предмет наличия в них скрытых дефектов (полости, непробетонированные участки, инородные включения, качество заполнения дефектных участков и т.п.).

На рис. 3 представлен фрагмент исследуемой строительной конструкции – вертикальная стенка монолитного ж/б резервуара, имеющая поверхностные дефекты в виде трещин, а также участки с уже отремонтированными трещинами методом инъецирования ремонтных составов.

Результаты исследования представлены на рис. 4 - 5.

113

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ИХ ПРИМЕНЕНИИ В НАЗЕМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений постоянно ставит инженеров в затруднительное положение: возрастающие требования к конструкциям вынуждают развивать индустрию производства материалов и конструкций. В связи с этим вопросом разработка требобетона имеет большое значение. Этот материал, обладающий уникальными свойствами одновременно двух разных материалов, открывает новые перспективы и границы в строительной отрасли. В наше время нет определенных знаний и опыта использования такого чрезвычайно важного и ценного материала, расширяющего границы строительства.

Трубобетон представляет из себя тонкостенную стальную оболочку, внутри которой находится бетонный заполнитель. Трубобетонный элемент, таким образом, совмещает в себе качества составляющих его стали и бетона и имеет ряд преимуществ и недостатков.

Одним из главных и определяющих свойств любой конструкции является ее прочность. Прочность бетонного ядра, стесненного стальной оболочкой, повышается в 2 раза по сравнению с первоначальной. При этом прочность при сжатии возрастает примерно на 50-80% [2]. Данная особенность объясняется тем, что стальная труба выполняет роль несъемной опалубки при бетонировании и обеспечивает как продольное, так и поперечное армирование бетона. За счет этого труба способна воспринимать усилия в любом направлении и под любым углом.

Потеря местной и общей устойчивости стальной трубы преодолевается за счет внутреннего давления бетонной конструкции, что позволяет повысить сопротивляемость горизонтальным перемещениям, а также действию гравитационных сил от собственного веса. Сталь в свою очередь препятствует образованию микротрещин разрыва бетона, который стремится увеличить свои размеры в радиальном направлении.

Важным преимуществом трубобетона является его цилиндрическая форма, повышающая аэродинамические свойства и снимающая ветровые нагрузки на конструкцию. Круглая форма стержня является более равноустойчивой при одинаковых расчетных длинах и менее гибкой конструкцией по сравнению с прямоугольной [1].

Обтекаемость формы и цилиндрическая поверхность сокращают расходы на покраску элементов и дальнейшую эксплуатацию конструкций, а также предотвращают скопление грязи и пыли, влияющие на процессы коррозии.

Бетонный сердечник отвечает за высокую противокоррозионную стойкость. В России считается, что для трубобетонных конструкций могут использоваться стальные трубы, покрытые слоем ржавчины, который

116

выполняет демпфирующую функцию. В трубобетонном элементе коррозийный процесс не продолжается, поскольку отсутствует поступление кислорода, а цементный камень работает как ингибитор.

Отличительными особенностями трубобетонных конструкций являются увеличение сейсмостойкости и огнестойкости сооружения. Огнестойкость трубобетона значительно выше железобетона: при величине наружного диаметра 400 мм составляет около 2 часов без защитных покрытий.

За счет того, что нет необходимости в опалубочном оборудовании процесс изготовления элементов из трубобетона становится очень выгодным, экономичным и легким [3]. Строительство трубобетонного каркаса по отельным технологиям позволяет повысить скорость возведения высотного здания до 4 этажей в неделю.

Применение трубобетонных колонн в высотном строительстве имеет существенный экономический эффект. Это обусловлено возможностью уменьшения диаметра и размера сечения стальной оболочки и снижения прочности бетона с увеличением высоты конструкции. Таким образом, происходит уменьшение расхода стали и снижение затрат на бетон. Кроме того, низкая стоимость данной конструкции подтверждается простотой эксплуатации.

Несмотря на значительный ряд преимуществ трубобетонных конструкций, которые охватывают широкий диапазон свойств, они не находят большого применения в России в силу целесообразности их применения, ведь, как и любая другая строительная конструкция, трубобетон имеет свои недостатки.

Трубобетон не распространен в силу отсутствия методик расчета несущей способности конструкции с учетом эффекта обоймы. Исследователи расходятся во мнении относительно предельного состояния трубы, что затрудняет выбор методики расчетов. Кроме того, узкий круг экспериментальных данных не дает четкого понятия о работе высокопрочных бетонов в условиях пассивного сжатия.

Одним из основных недостатков трубобетона является сложность обеспечения совместной работы стальной трубы и бетонного ядра [1]. Совместность работы фиксируется при увеличении сжимающей силы только в начальный период времени, и, из-за варьирования коэффициентов поперечной деформации бетона и стали, оболочка может оторваться от поверхности бетона. Это объясняется развитием радиальных растягивающих напряжений, бетон начинает работать отдельно от оболочки в условиях одноосного сжатия, а труба – только как продольная арматура.

Сложность представляет собой и монтаж трубобетонных конструкций на строительных объектах. Возникают сложности передачи касательных напряжений в узлах сочленения колонн и перекрытий на бетонное ядро в связи с возможностью отрыва оболочки от бетона в ядре. Возникает необходимость в дополнительном монтаже конструктивных узлов сопряжения, что должно закладываться в объемно-планировочных решениях

117

[4]. Кроме того, трубобетон допустимо применять в нормальных условиях среды с относительной влажностью до 70% и слабоагрессивных воздушных средах, что затрудняет проектирование и расчет данной конструкции в обычных районах России.

Хотя характеристики работы при сжатии трубобетонных конструкций подробно изучены, работа при изгибе оставляет ряд теоретических вопросов. Отсутствие рекомендаций по расчету и проектированию криволинейных железобетонных элементов также сильно сдерживает их широкое применение в строительстве. Однако современное внедрение трубобетона в различные строительные конструкции и элементы показывает конструктивную и экономическую эффективность данных решений.

Современный опыт использования трубобетона и различных конструкций с его участием позволяет сделать вывод об исключительной уникальности данной разработки и ее превалирующее число достоинств: повышенную прочность, устойчивость и сейсмостойкость, а также пониженные экономические затраты и ускоренные темпы строительства. При этом главными недостатками являются сложность обеспечения совместной работы стали и бетона и недостаточная изученность работы трубобетонных конструкций в естественных условиях.

Литература

1.Акаев А. И., Магомедов М. Г., Пайзулаев М. М. Перспективы возведения сейсмостойких зданий из трубобетонных конструкций // Вестник ДГТУ. Технические науки. 2017. №1

2.Кикин А. И., Санжаровский Р.С, Трулль В.А. Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном. М., Стройиздат, 1974. – 144 с.

3.Кришан А. Л., Кришан М. А., Сабиров Р. Р. Перспективы применения трубобетонных колонн на строительных объектах России // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2014. №1 (45)

4.Кришан А. Л. Новое конструктивное решение трубобетонных колонн

//III тысячелетие – новый мир: Труды международного форума по проблемам науки, техники и образования. Т. 2. 2006.

Д.А. Калинина

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия

ОСОБЕННОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КУПОЛОВ

Металлический купол – это пространственная стержневая система, которая является покрытием зданий и сооружений. По внешнему виду и форме похож на полусферу или на другую поверхность вращения кривой

118

(эллипс, парабола и т.д.). Купольные конструкции позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор. Особенность таких сооружений не только в эксплуатации, но ещё и в их возведении.

Купола можно разделить по различным критериям на большое количество видов. По геометрической схеме они могут быть, например, следующие: гладкий купол-оболочка (рис. 1 а), ребристый (рис. 1 б), ребристо-кольцевой (рис. 1 в, г), сетчатый (рис. 1 д-з) и составная полигональная оболочка (рис. 1 и). Также создаются комбинированные геометрические схемы.

Рис. 1. Купольные покрытия зданий: а – гладкий купол-оболочка; б – ребристый; в – ребристо-кольцевой; г – ребристо-кольцевой с решётчатыми связями; д – сетчатый купол Шведлера; е – то же, Фёппеля; ж – то же, Чивитта; з – то же, основанный на геометрии правильной сети Чебышева; и – составная полигональная оболочка

Ребристо-кольцевые купола состоят из меридиональных рёбер, установленных на нижнее опорное и объединённых в вершине верхним опорным кольцом. Между этими опорными элементами находятся регулярно установленные промежуточные радиальные кольца. Благодаря им эффект пространственной совместной работы элементов каркаса возрастает. В четырёх осесимметричных секторах купола во всех четырёхугольных ячейках устанавливаются связи крестового вида. Благодаря им в купольных каркасах повышается пространственная жёсткость и сопротивляемость изгибно-крутильному виду деформации от внешних нагрузок.

Геометрия купола собирается постепенно, только в редких случаях и, как правило, при небольших пролётах конструкцию доставляют в собранном виде на строительную площадку. В процессе возведения сначала появляются лишь отдельные конструкции купола, после они объединяются во фрагменты каркаса, которые за счёт присоединения других фрагментов наращиваются, т.е. увеличиваются. По завершению установки стержневой системы формируется цельный купол проектной формы. Всё это время на строительной площадке находятся вспомогательные временные опоры и механизмы, которые могут оставаться там до полного завершения монтажа покрытия. Их главная функция – поддерживать фрагменты или отдельные конструкции. Каркасы куполов в процессе строительства собираются из большого количества элементов, которые по-разному ориентированы в пространстве, а также часто имеют разные конструктивные решения. Способ

119