Методическое пособие 809

цах, получаемых методом вибрирования с арматурой класса А400 и А600, деформации снизились на 22,7 и 27,3 % соответственно относительно неармированных образцов. Что касается колонн, изготовленных методами центрифугирования и виброцентрифугирования, — 25 и 30, 11,8 и 29,4 % соответственно [29].

С целью расширенного анализа использовали и численный эксперимент: был проведен расчет условных колонн с учетом увеличения диапазона варьирования армирования элементов. Так, были добавлены следующие условия: класс арматуры — А500, А800; величина армирования — 6 14, 6 18. По результатам анализа ясно, что выявленные в процессе физического эксперимента тенденции здесь значительно усилены.

Авторами установлено, что прочность и деформации произведенных по разным технологиям колонн, определенные по подходу норм с применением нормативных, интегральных

идифференциальных характеристик бетона, существенно различаются как с опытными данными [29], так и между собой.

Разница в опытных значениях прочностей и рассчитанных по методике норм с применением нормативных характеристик бетона для всех исследованных видов колонн варьировалась от 20 до 30 %. В случае использования интегральных характеристик бетона отклонения значений прочностей равнялись 8—12 %. Различия в прочности колонн при использовании дифференциальных характеристик бетона для центрифугированных и виброцентрифугированных колонн составили от 4 до 6 %.

Таким образом, авторами сделан вывод о том, что наилучшие результаты получены при расчете прочности коротких центрально сжатых железобетонных колонн по методике норм с применением дифференциальных характеристик бетона [29].

При расчете в соответствии с диаграммным подходом по предложенным авторами трем способам (итерационному, приближенному и упрощенному) были получены еще более показательные результаты. Отмечено два требующих внимания момента. Во-первых, все предложенные способы показали лучшую сходимость результатов, нежели расчет по методике норм. Во-вторых, использование дифференциальных характеристик для центрифугированных и виброцентрифугированных колонн в рамках диаграммного подхода в любом предложенном способе реализации дает лучшие результаты, нежели использование интегральных характеристик. Такие же тенденции в отклонениях расчетных значений от опытных наблюдались и у деформаций колонн [29].

Большая дифференциация характеристик бетона, учитываемая в расчетах, требует корректировки расчета по двум группам предельных состояний.

Авторы [13—17, 29] аналитическими методами выявили скрытые, не учитываемые ранее резервы коротких железобетонных центрифугированных и виброцентрифугированных колонн вариатропной структуры. Сделан вывод об удовлетворительной оценке прочностных

идеформативных характеристик вибрированных, центрифугированных и виброцентрифугированных колонн предложенными итерационным, приближенным и упрощенным способами на основе диаграммного подхода [29].

5.Скрытые прочностные резервы центрифугированных и виброцентрифугиро-

ванных железобетонных колонн. Авторами [29] определены скрытые прочностные резервы промышленных центрифугированных и виброцентрифугированных колонн вариатропной структуры. Выявлены и детализированы основные преимущества виброцентрифугированных железобетонных колонн над центрифугированными.

Также в [29] проведено перепроектирование серийной типовой железобетонной колонны, полученной центрифугированием, на виброцентрифугированную с большей несущей способностью (на 35 %). При этом чтобы добиться работы на аналогичную нормативную нагрузку, уменьшен процесс армирования и соблюдены такие же значения конструктивных показателей колонны, как и у типовой [29].

41

Научный журнал строительства и архитектуры

Выводы. Рассмотрены теоретические и практические аспекты, посвященные проблеме оценки влияния технологических факторов и их значимости на свойства центрифугированных и виброцентрифугированных бетонов железобетонных конструкций кольцевого сечения, и выявлены рациональные сочетания значений этих факторов.

Представлен обзор и анализ существующих исследований центрифугированных и виброцентрифугированных бетонов железобетонных конструкций кольцевого сечения с учетом вариатропности структуры их сечений, их интегральных и дифференциальных конструктивных характеристик.

Приведены разработанные предложения и рекомендации для расчета конструктивных характеристик центрифугированных и виброцентрифугированных бетонов и проектирования конструкций из них с учетом технологических и временных факторов, способы расчета центрифугированных и виброцентрифугированных железобетонных конструкций кольцевого сечения с учетом вариатропии их бетона.

Дана оценка выявленным скрытым прочностным резервам и неиспользуемым ресурсам центрифугированных и виброцентрифугированных железобетонных колонн.

В результате обзора и анализа определены векторы развития и направления будущих исследований, заключающиеся в изучении работы сталежелезобетонных центрифугированных и виброцентрифугированных сжатых элементов с использованием фиброармирующих волокон. Предполагается совершенствовать технологию изготовления и методики расчета для полного и всестороннего исследования такого безусловно интересного и уникального явления, как вариатропия структуры бетона строительных конструкций.

Библиографический список

1.Айвазов, А. Г. Прочность и трещиностойкость продольных сечений изгибаемых кольцевых элементов при действии поперечных сил: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 / Айвазов Ашот Григорьевич. — М., 1984. — 141 с.

2.Аксомитас, Г. А. Прочность коротких центрифугированных колонн кольцевого сечения с продольной арматурой класса Ат-V при кратковременном сжатии: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 / Аксомитас Гинтарис Антанович. — Вильнюс, 1984. — 261 с.

3.Аль-Хаваф, А. Ф-К. Деформирование центрально сжатых железобетонных колонн из бетона с добавлением крупного заполнителя из бетонного щебня / А. Ф.-К. Аль-Хаваф, А. И. Никулин // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2019. — № 5. — С. 66—76.

4.Ахвердов, И. Н. Вопросы теории центробежного формования и уплотнения бетонной смеси / И. Н. Ахвердов // Республиканское научно-техническое совещание: Технология формования железобетонных изделий. — 1979. — С. 3—12.

5.Ахвердов, И. Н. Железобетонные напорные центрифугированные трубы / И. Н. Ахвердов. — М.: Стройиздат, 1969. — 164 с.

6.Ахвердов, И. Н. Основы физики бетона / И. Н. Ахвердов. — М.: Стройиздат, 1981. — 464 с.

7.Баженов, Ю. М. Современная технология бетона / Ю. М. Баженов // Технологии бетонов. — 2005. —

№1. — С. 6—8.

8.Баженов, Ю. М. Технология бетонных и железобетонных изделий / Ю. М. Баженов, А. Г. Комар. — М.: Стройиздат, 1984. — 672 с.

9.Берг, О. Я. Некоторые вопросы теории деформаций и прочности бетона / О. Я. Берг // Изв. вузов. Строительство и архитектура. — 1967. — № 10. — С. 41—55.

10.Дубинина, В. Г. Разработка оптимальных параметров центрифугирования железобетонных безнапорных труб: дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 / Дубинина Вера Георгиевна. — Нижний Тагил, 2002. — 150 с.

11.Карпенко, Н. И. Общиемоделимеханики железобетона / Н. И. Карпенко. — М.: Стройиздат, 1996. —

224 с.

12.Крюков, А. А. Подходы к оценке деформативности изгибаемых железобетонных элементов на основе итерационных методов расчета / А. А. Крючков, А. Е. Жданов // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2017. — № 1. — С. 73—76.

13.Маилян, Л. Р. Оптимизация параметров центрифугированных изделий кольцевого сечения на стадии уплотнения / Л. Р. Маилян, С. А. Стельмах, А. К. Халюшев, Е. М. Щербань, М. Г. Холодняк, М. П. Нажуев // Инженерный вестник Дона. — 2018. — № 3. —http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5123.

42

14. Маилян, Л. Р. Рекомендации по учету вариатропии при расчете, проектировании и изготовлении центрифугированных конструкций из тяжелого бетона / Л. Р. Маилян, С. А. Стельмах, М. Г. Холодняк, А. К. Халюшев, Е. М. Щербань, М. П. Нажуев // Вестник Евразийской науки. — 2018. — № 4. — https://esj.today/PDF/07SAVN418.pdf.

15.Маилян, Л. Р. Постановки диаграммного подхода к расчету вибрированных, центрифугированных и виброцентрифугированных железобетонных колонн с вариатропной структурой / Л. Р. Маилян, С. А. Стельмах, Е. М. Щербань, М. П. Нажуев // Научный журнал строительства иархитектуры.—2020. —№ 4(60). —С. 22—34.

16.Маилян, Л. Р. Определение и использование скрытых резервов прочности центрифугированных железобетонных конструкций расчетными и экспериментальными методами / Л. Р. Маилян, С. А. Стельмах,

Е. М. Щербань, М. Г. Холодняк // Научный журнал строительства и архитектуры. — 2019. — № 4 (56). — С. 29—37.

17. Маилян, Л. Р. Совершенствование нормативного расчета несущей способности вибрированных, центрифугированных и виброцентрифугированных железобетонных колонн с вариатропной структурой / С. А. Стельмах, Е. М. Щербань, А. А. Чернильник // Научный журнал строительства и архитектуры. — 2020. —

№3 (59). — С. 78—84.

18.Нажуев, М. П. Изучение опыта регулирования свойств строительных изделий и конструкций путем направленного формирования их вариатропной структуры / М. П. Нажуев, А. В. Яновская, М. Г. Холодняк, А. К. Халюшев, Е. М. Щербань, С. А. Стельмах // Инженерный вестник Дона. — 2017. — № 3. — http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4313.

19.Обернихин, Д. В. Экспериментальные исследования деформативности изгибаемых железобетонных

элементов различных поперечных сечений / Д. В. Обернихин, А. И. Никулин // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2017. — № 4. — С. 56—59.

20.Пастушков, Г. П. Многоэтажные каркасные здания с несущими железобетонными центрифугированными элементами: дис. … докт. техн. наук: 05.23.01; 05.23.05 / Пастушков Геннадий Павлович. — Минск, 1994. — 487 с.

21.Петров, В. П. Технология и свойства центрифугированного бетона с комбинированным заполнителем для стоек опор контактной сети: дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 / Петров Виктор Петрович. — Ростов- н/Д, 1983. — 175 с.

22.Радайкин, О. В. Сравнительный анализ различных диаграмм деформирования бетона по критерию энергозатрат на деформирование и разрушение / О. В. Радайкин // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2019. —

№10. — С. 29—39.

23.Раджан, Сувал. Свойства центрифугированного бетона и совершенствование проектирования центрифугированных железобетонных стоек опор ЛЭП: дис…. канд. техн. наук: 05.23.01; 05.23.05 / Раджан Сувал. — Ростов-н/Д, 1997. — 267 с.

24.Романенко, Е. Ю. Высокопрочные бетоны с минеральными пористыми и волокнистыми добавками для изготовления длинномерных центрифугированных конструкций: дис…. канд. техн. наук: 05.23.05 / Романенко Елена Юрьевна. — Ростов-н/Д, 1989. — 179 с.

25.Стельмах, С. А. Устройство для изготовления изделий из виброцентрифугированного бетона: пат. РФ № 197 610 / С. А. Стельмах, М. Г. Холодняк, Е. М. Щербань, А. С. Насевич, А. В. Яновская // Бюл. № 14. — 18.05.2020.

26.Стельмах, С. А. Устройство для изготовления изделий из центрифугированного бетона: пат. РФ

№192 492 / С. А. Стельмах, Е. М. Щербань, М. Г. Холодняк, М. П. Нажуев, А. А. Чернильник // Бюл. № 26. — 18.09.2019.

27.Сулейманова, Л. А. Высококачественные энергосберегающие и конкурентоспособные строительные материалы, изделия и конструкции / Л. А. Сулейманова // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. — 2017. —

№1. — С. 9—16.

28.Федоров, А. В. К вопросу применения высокопрочного бетона в сжатых элементах высотных зданий / А. В. Федоров, В. Н. Аксенов // Инженерный вестник Дона. — 2018. — № 3. — http://www.ivdon.ru/ru/ magazine/archive/n3y2018/5081.

29.Холодняк, М. Г. Совершенствование расчета и технологии создания виброцентрифугированных железобетонных колонн с учетом вариатропии структуры: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01; 05.23.08 / Холодняк Михаил Геннадиевич. — Ростов-н/Д, 2020. — 185 с.

30.Шуберт, И. М. Исследование напряженно-деформированного состояния центрифугированных кольцевых стоек эстакад при сжатии с кручением: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 / Шуберт Ирина Михайловна. — Минск, 1983. — 227 с.

31.Штайерман, Ю. Я. Центрифугированный бетон / Ю. Я. Штайерман // Тифлис: Техника да Шрома. — 1933. — 107 с.

32.Щербань, Е. М. Влияние вида заполнителя и дисперсного армирования на деформативность виброцентрифугированных бетонов / Е. М. Щербань, С. А. Стельмах, М. Г. Холодняк, М. П. Нажуев, Е. М. Рымова, Р. А. Лиев // Вестник Евразийской науки. — 2018. — №5. — https://esj.today/PDF/51SAVN518.pdf.

43

Научный журнал строительства и архитектуры

33. Щуцкий, В. Л. Прочность конических опор линий электропередач с учетом ограничений по второй группе предельных состояний / В. Л. Щуцкий, А. В. Шилов, Т. Д. Талипова // Вестник Евразийской науки. — 2016. — № 2. —http://naukovedenie.ru/PDF/29TVN216.pdf.

35.Aktham, H. Alani Durability performance of a novel ultra-high-performance PET green concrete (UHPPGC) / H. Alani Aktham, M. N. Bunnori, A. T. Noaman, T. A. Majid // Construction and Building Materials. — 2019. — Vol. 209. — P. 395—405.

36.Alexander, M. Durability, service life prediction, and modelling for reinforced concrete structures — review and critique/ M. Alexander, H. Beushausen // Cement andConcrete Research. —2019. —Vol. 122. — P. 17—29.

37.Bourchy, A. Optimization of concrete mix design to account for strength and hydration heat in massive concrete structures / A. Bourchy, L. Barnes, L. Bessette, F. Chalencon, A. Joron, J. M. Torrenti // Cement and Concrete Composites. — 2019. — Vol. 103. — P. 233—241.

38.Butler, L. The effect of recycled concrete aggregate properties on the bond strength between RCA concrete

and steel reinforcement / L. Butler, J. S. West, S. L. Tighe // Cement and Concrete Research. — 2011. Vol. 41. —

№10. — P. 1037—1049.

39.Ferrotto, M. F. Analysis-oriented stress-strain model of CRFP-confined circular concrete columns with applied preload / M. F. Ferrotto, O. Fischer, L. Cavaleri // Mater Struct. — 2018. — Vol. 51, Issue 44. — https://doi.org/10.1617/s11527-018-1169-0.

42.Hameed, M. A. S. An empirical relationship between compressive strength and ultrasonic pulse velocity for concrete / M. A. S. Hameed, B. H. Maula, Q. M. Bahnam // International Review of Civil Engineering. — 2019. — Vol. 10. — № 6. — https://doi.org/10.15866/irece.v10i6.17061.

43.Hou, C. Structural state of stress analysis of confined concrete based on the normalized generalized strain energy density / C. Hou, W. Zheng, X. Wu // Journal of Building Engineering. — 2020. — Vol. 31. — P. 101321. — https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101321.

44.Iskhakov, I. Structural phenomenon based theoretical model of concrete tensile behavior at different stressstrain conditions / I. Iskhakov, Y. Ribakov // Journal of Building Engineering. — 2021. — Vol. 33. — P. 101594. — https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101594.

45.Kefei, Li Crack-altered durability properties and performance of structural concretes / Li Kefei, Li Le // Cement andConcrete Research. — 2019. — Vol. 124. —P. 105811. —https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105811.

46. Khalaf, M. A. The constituents, properties and application of heavyweight concrete: A review /

M.A. Khalaf, C. C. Ban, M. Ramli // Construction and Building Materials. — 2019. — Vol. 215. — P. 73—89.

47.Kim, J.-J. Effects of fiber shape and distance on the pullout behavior of steel fibers embedded in ultra-

high-performance concrete / J.-J. Kim, D.-Y. Yoo // Cement and Concrete Composites. — 2019. — Vol. 103. —

P.213—223.

48.Kirthika, S. K. Durability studies on recycled fine aggregate concrete / S. K. Kirthika, S. K. Singh // Construction and Building Materials. — 2020. — Vol. 250. — P. 118850. — https://doi.org/10.1016/ j.conbuildmat.2020.118850.

49.Lee, S. H. Structural Characteristics of Welded Built-up Square Concrete Filled Tubular Stub Columns Associated with Concrete Strength / S. H. Lee, S. H. Kim, J. S. Bang, Y. A. Won, S. M. Choi // Procedia Engineering. — 2011. — Vol. 14. — P. 1140—1148. —https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.07.143.

50.Lu, W. — Y. Tests of high-strength concrete deep beams. / W.-Y. Lu, C.-H. Chu // Magazine of Concrete Research. — 2019. — Vol. 71, № 4. — P. 184—194.

51.Mailyan, L. R. Determination and use of hidden strength reserves of centrifuged reinforced constructions

by means of calculation and experimental methods / L. R. Mailyan, S. A. Stel'makh, E. M. Shcherban', M. G. Kholodnyak // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2020. — № 1 (45). — P. 6—14. — http://vestnikvgasu.wmsite.ru/ftpgetfile.php?id=737.

44

54.Murtazaev, S. A. Y. Fine-grained cellular concrete creep analysis technique with consideration for carbonation / S. A. Y. Murtazaev, M. S. Saidumov, V. S. Lesovik, N. V. Chernysheva, D. K. S. Bataev // Modern Applied Science. — 2015. — Vol. 9, № 4. — P. 233—245.

55.Sediek, O. A. Collapse behavior of hollow structural section columns under combined axial and lateral

loading / O. A. Sediek, T.-Y. Wu, J. McCormick, S. El-Tawil // Journal of Structural Engineering. — 2020. — Vol. 146, № 6. — https://doi.org/10.1061/(ASCE) ST.1943-541X.0002637.

56.Stel'makh, S. A. Theoretical and Practical Aspects of the Formation of the Variational Structure of Centrifuged Products from Heavy Concrete / S. A. Stel'makh, E. M. Shcherban, A. I. Shuyskiy, M. P. Nazhuev // Materials Science Forum. — 2018. — Vol. 931. — P. 502—507.

57.Tasevski, D. Compressive strength and deformation capacity of concrete under sustained loading and low stress rates / D. Tasevski, M. F. Ruiz, A. Muttoni // Journal of Advanced Concrete Technology. — 2018. — Vol. 16. — P. 396—415.

58.Trapko, T. Effect of eccentric compression loading on the strains of FRCM confined concrete columns / T. Trapko // Construction and Building Materials. — 2014. — Vol. 61. — P. 97105.

59.Wang, X. A strain-softening model for steel-concrete bond / X. Wang, X. Liu // Cement and Concrete Research. — 2003. — Vol. 33, № 10. — P. 1669—1673.

60.Xiong, G. J. Load carrying capacityand ductility of circular concrete columns confined by ferrocement in-

References

1.Aivazov, A. G. Prochnost' i treshchinostoikost' prodol'nykh sechenii izgibaemykh kol'tsevykh elementov pri deistvii poperechnykh sil: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.23.01 / Aivazov Ashot Grigor'evich. — M., 1984. — 141 s.

2.Aksomitas, G. A. Prochnost' korotkikh tsentrifugirovannykh kolonn kol'tsevogo secheniya s prodol'noi armaturoi klassa At-V pri kratkovremennom szhatii: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.23.01 / Aksomitas Gintaris Antanovich. — Vil'nyus, 1984. — 261 s.

3.Al'-Khavaf, A. F-K. Deformirovanie tsentral'no szhatykh zhelezobetonnykh kolonn iz betona s dobavleniem krupnogo zapolnitelya iz betonnogo shchebnya / A. F.-K. Al'-Khavaf, A. I. Nikulin // Vestnik BGTU im. V. G. Shukhova. — 2019. — № 5. — S. 66—76.

4.Akhverdov, I. N. Voprosy teorii tsentrobezhnogo formovaniya i uplotneniya betonnoi smesi / I. N. Akhverdov // Respublikanskoe nauchno-tekhnicheskoe soveshchanie: Tekhnologiya formovaniya zhelezobetonnykh izdelii. — 1979. — S. 3—12.

5.Akhverdov, I. N. Zhelezobetonnye napornye tsentrifugirovannye truby / I. N. Akhverdov. — M.: Stroiizdat, 1969. — 164 s.

6.Akhverdov, I. N. Osnovy fiziki betona / I. N. Akhverdov. — M.: Stroiizdat, 1981. — 464 s.

7.Bazhenov, Yu. M. Sovremennaya tekhnologiya betona / Yu. M. Bazhenov // Tekhnologii betonov. — 2005. — № 1. — S. 6—8.

8.Bazhenov, Yu. M. Tekhnologiya betonnykh i zhelezobetonnykh izdelii / Yu. M. Bazhenov, A. G. Komar. — M.: Stroiizdat, 1984. — 672 s.

9.Berg, O. Ya. Nekotorye voprosy teorii deformatsii i prochnosti betona / O. Ya. Berg // Izv. vuzov. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 1967. — № 10. — S. 41—55.

10.Dubinina, V. G. Razrabotka optimal'nykh parametrov tsentrifugirovaniya zhelezobetonnykh beznapornykh trub: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.23.05 / Dubinina Vera Georgievna. — Nizhnii Tagil, 2002. — 150 s.

11.Karpenko, N. I. Obshchie modeli mekhaniki zhelezobetona / N. I. Karpenko. — M.: Stroiizdat, 1996. —

224 s.

12.Kryukov, A. A. Podkhodyk otsenke deformativnosti izgibaemykh zhelezobetonnykh elementov na osnove iteratsionnykh metodov rascheta / A. A. Kryuchkov, A. E. Zhdanov // Vestnik BGTU im. V. G. Shukhova. — 2017. —

№1. — S. 73—76.

13.Mailyan, L. R. Optimizatsiya parametrov tsentrifugirovannykh izdelii kol'tsevogo secheniya na stadii uplotneniya / L. R. Mailyan, S. A. Stel'makh, A. K. Khalyushev, E. M. Shcherban', M. G. Kholodnyak, M. P. Nazhuev // Inzhenernyi vestnik Dona. — 2018. — № 3. —http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5123.

14.Mailyan, L. R. Rekomendatsii po uchetu variatropii pri raschete, proektirovanii i izgotovlenii

tsentrifugirovannykh konstruktsii iz tyazhelogo betona / L. R. Mailyan, S. A. Stel'makh, M. G. Kholodnyak, A. K. Khalyushev, E. M. Shcherban', M. P. Nazhuev // Vestnik Evraziiskoi nauki. — 2018. — № 4. — https://esj.today/PDF/07SAVN418.pdf.

15. Mailyan, L. R. Postanovki diagrammnogo podkhoda k raschetu vibrirovannykh, tsentrifugirovannykh i vibrotsentrifugirovannykh zhelezobetonnykh kolonn s variatropnoi strukturoi / L. R. Mailyan, S. A. Stel'makh, E. M. Shcherban', M. P. Nazhuev // Nauchnyi zhurnal stroitel'stva i arkhitektury. — 2020. — № 4 (60). — S. 22—34.

45

Научный журнал строительства и архитектуры

16. Mailyan, L. R. Opredelenie i ispol'zovanie skrytykh rezervov prochnosti tsentrifugirovannykh zhelezobetonnykh konstruktsii raschetnymi i eksperimental'nymi metodami / L. R. Mailyan, S. A. Stel'makh, E. M. Shcherban', M. G. Kholodnyak // Nauchnyi zhurnal stroitel'stva i arkhitektury. — 2019. — № 4 (56). — S. 29— 37.

17.Mailyan, L. R. Sovershenstvovanie normativnogo rascheta nesushchei sposobnosti vibrirovannykh, tsentrifugirovannykh i vibrotsentrifugirovannykh zhelezobetonnykh kolonn s variatropnoi strukturoi / S. A. Stel'makh, E. M. Shcherban', A. A. Chernil'nik // Nauchnyi zhurnal stroitel'stva i arkhitektury. — 2020. — № 3 (59). — S. 78—84.

18.Nazhuev, M. P. Izuchenie opyta regulirovaniya svoistv stroitel'nykh izdelii i konstruktsii putem napravlennogo formirovaniya ikh variatropnoi struktury / M. P. Nazhuev, A. V. Yanovskaya, M. G. Kholodnyak, A. K. Khalyushev, E. M. Shcherban', S. A. Stel'makh // Inzhenernyi vestnik Dona. — 2017. — № 3. — http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4313.

19.Obernikhin, D. V. Eksperimental'nye issledovaniya deformativnosti izgibaemykh zhelezobetonnykh elementovrazlichnykh poperechnykh sechenii / D. V. Obernikhin, A. I. Nikulin // Vestnik BGTU im. V. G. Shukhova. — 2017. — № 4. — S. 56—59.

20.Pastushkov, G. P. Mnogoetazhnye karkasnye zdaniya s nesushchimi zhelezobetonnymi tsentrifugirovannymi elementami: dis. … dokt. tekhn. nauk: 05.23.01; 05.23.05 / Pastushkov Gennadii Pavlovich. — Minsk, 1994. — 487 s.

21.Petrov, V. P. Tekhnologiya i svoistva tsentrifugirovannogo betona s kombinirovannym zapolnitelem dlya stoek opor kontaktnoi seti: dis. …kand. tekhn. nauk: 05.23.05/ PetrovViktor Petrovich. — Rostov-n/D, 1983. —175 s.

22.Radaikin, O. V. Sravnitel'nyi analiz razlichnykh diagramm deformirovaniya betona po kriteriyu energozatrat na deformirovanie i razrushenie / O. V. Radaikin // Vestnik BGTU im. V. G. Shukhova. — 2019. — № 10. — S. 29—39.

23.Radzhan, Suval. Svoistva tsentrifugirovannogo betona i sovershenstvovanie proektirovaniya tsentrifugirovannykh zhelezobetonnykh stoek opor LEP: dis…. kand. tekhn. nauk: 05.23.01; 05.23.05 / Radzhan Suval. — Rostov-n/D, 1997. — 267 s.

24.Romanenko, E. Yu. Vysokoprochnye betony s mineral'nymi poristymi i voloknistymi dobavkami dlya izgotovleniya dlinnomernykh tsentrifugirovannykh konstruktsii: dis…. kand. tekhn. nauk: 05.23.05 / Romanenko Elena Yur'evna. — Rostov-n/D, 1989. — 179 s.

25.Stel'makh, S. A. Ustroistvo dlya izgotovleniya izdelii iz vibrotsentrifugirovannogo betona: pat. RF № 197 610 / S. A. Stel'makh, M. G. Kholodnyak, E. M. Shcherban', A. S. Nasevich, A. V. Yanovskaya // Byul. № 14. — 18.05.2020.

26.Stel'makh, S. A. Ustroistvo dlya izgotovleniya izdelii iz tsentrifugirovannogo betona: pat. RF № 192 492 / S. A. Stel'makh, E. M. Shcherban', M. G. Kholodnyak, M. P. Nazhuev, A. A. Chernil'nik // Byul. № 26. — 18.09.2019.

27.Suleimanova, L. A. Vysokokachestvennye energosberegayushchie i konkurentosposobnye stroitel'nye materialy, izdeliya i konstruktsii/ L. A. Suleimanova // VestnikBGTUim.V. G. Shukhova. —2017.—№1. —S. 9—16.

28.Fedorov, A. V. K voprosu primeneniya vysokoprochnogo betona v szhatykh elementakh vysotnykh zdanii / A. V. Fedorov, V. N. Aksenov // Inzhenernyi vestnik Dona. — 2018. — № 3. — http://www.ivdon.ru/ru/magazine/ archive/n3y2018/5081.

29.Kholodnyak, M. G. Sovershenstvovanie rascheta i tekhnologii sozdaniya vibrotsentrifugirovannykh zhelezobetonnykh kolonn s uchetom variatropii struktury: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.23.01; 05.23.08 / Kholodnyak Mikhail Gennadievich. — Rostov-n/D, 2020. — 185 s.

30.Shubert, I. M. Issledovanie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya tsentrifugirovannykh kol'tsevykh stoek estakad pri szhatii s krucheniem: dis. … kand. tekhn. nauk: 05.23.01 / Shubert Irina Mikhailovna. — Minsk, 1983. — 227 s.

31.Shtaierman, Yu. Ya. Tsentrifugirovannyi beton / Yu. Ya. Shtaierman // Tiflis: Tekhnika da Shroma. — 1933. — 107 s.

32.Shcherban', E. M. Vliyanie vida zapolnitelya i dispersnogo armirovaniya na deformativnost' vibrotsentrifugirovannykh betonov / E. M. Shcherban', S. A. Stel'makh, M. G. Kholodnyak, M. P. Nazhuev, E. M. Rymova, R. A. Liev // Vestnik Evraziiskoi nauki. — 2018. — № 5. —https://esj.today/PDF/51SAVN518.pdf.

33.Shchutskii, V. L. Prochnost' konicheskikh opor linii elektroperedach s uchetom ogranichenii po vtoroi gruppe predel'nykh sostoyanii / V. L. Shchutskii, A. V. Shilov, T. D. Talipova // Vestnik Evraziiskoi nauki. — 2016. — № 2. — http://naukovedenie.ru/PDF/29TVN216.pdf.

35.Aktham, H. Alani Durability performance of a novel ultra-high-performance PET green concrete (UHPPGC) / H. Alani Aktham, M. N. Bunnori, A. T. Noaman, T. A. Majid // Construction and Building Materials. — 2019. — Vol. 209. — P. 395—405.

36.Alexander, M. Durability, service life prediction, and modelling for reinforced concrete structures — review and critique / M. Alexander, H. Beushausen // Cement and Concrete Research. — 2019. — Vol. 122. — P. 17—29.

46

37.Bourchy, A. Optimization of concrete mix design to account for strength and hydration heat in massive concrete structures / A. Bourchy, L. Barnes, L. Bessette, F. Chalencon, A. Joron, J. M. Torrenti // Cement and Concrete Composites. — 2019. — Vol. 103. — P. 233—241.

38.Butler, L. The effect of recycled concrete aggregate properties on the bond strength between RCA concrete and steel reinforcement / L. Butler, J. S. West, S. L. Tighe // Cement and Concrete Research. — 2011. — Vol. 41, №10. — P. 1037—1049.

39.Ferrotto, M. F. Analysis-oriented stress-strain model of CRFP-confined circular concrete columns with applied preload / M. F. Ferrotto, O. Fischer, L. Cavaleri // Mater Struct. — 2018. — Vol. 51, Issue 44. — https://doi.org/10.1617/s11527-018-1169-0.

C. Goksu // Engineering Structures. — 2021. — Vol. 233. — P. 111908. — https://doi.org/10.1016/j.engstruct. 2021.111908.

42.Hameed, M. A. S. An empirical relationship between compressive strength and ultrasonic pulse velocity for concrete / M. A. S. Hameed, B. H. Maula, Q. M. Bahnam // International Review of Civil Engineering. — 2019. — Vol. 10, № 6. — https://doi.org/10.15866/irece.v10i6.17061.

43.Hou, C. Structural state of stress analysis of confined concrete based on the normalized generalized strain energy density / C. Hou, W. Zheng, X. Wu // Journal of Building Engineering. — 2020. — Vol. 31. — P. 101321. — https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101321.

44.Iskhakov, I. Structural phenomenon based theoretical model of concrete tensile behavior at different stressstrain conditions / I. Iskhakov, Y. Ribakov // Journal of Building Engineering. — 2021. — Vol. 33. — P. 101594. — https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101594.

45.Kefei, Li Crack-altered durability properties and performance of structural concretes / Li Kefei, Li Le //

M.A. Khalaf, C. C. Ban, M. Ramli // Construction and Building Materials. — 2019. — Vol. 215. — P. 73—89.

47.Kim, J.-J. Effects of fiber shape and distance on the pullout behavior of steel fibers embedded in ultra-

high-performance concrete / J.-J. Kim, D.-Y. Yoo // Cement and Concrete Composites. — 2019. — Vol. 103. —

P.213—223.

48.Kirthika, S. K. Durability studies on recycled fine aggregate concrete / S. K. Kirthika, S. K. Singh // Construction and Building Materials. — 2020. — Vol. 250. — P. 118850. — https://doi.org/10.1016/ j.conbuildmat.2020.118850.

49.Lee, S. H. Structural Characteristics of Welded Built-up Square Concrete Filled Tubular Stub Columns Associated with Concrete Strength / S. H. Lee, S. H. Kim, J. S. Bang, Y. A. Won, S. M. Choi // Procedia Engineering. — 2011. — Vol. 14. — P. 1140—1148. —https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.07.143.

50.Lu, W. — Y. Tests of high-strength concrete deep beams. / W.-Y. Lu, C.-H. Chu // Magazine of Concrete Research. — 2019. — Vol. 71, № 4. — P. 184—194.

51.Mailyan, L. R. Determination and use of hidden strength reserves of centrifuged reinforced constructions

by means of calculation and experimental methods / L. R. Mailyan, S. A. Stel'makh, E. M. Shcherban', M. G. Kholodnyak // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2020. — № 1 (45). — P. 6—14. — http://vestnikvgasu.wmsite.ru/ftpgetfile.php?id=737.

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119858.

54.Murtazaev, S. A. Y. Fine-grained cellular concrete creep analysis technique with consideration for carbonation / S. A. Y. Murtazaev, M. S. Saidumov, V. S. Lesovik, N. V. Chernysheva, D. K. S. Bataev // Modern Applied Science. — 2015. — Vol. 9, № 4. — P. 233—245.

55.Sediek, O. A. Collapse behavior of hollow structural section columns under combined axial and lateral

loading / O. A. Sediek, T. — Y. Wu, J. McCormick, S. El-Tawil // Journal of Structural Engineering. — 2020. — Vol. 146, № 6. — https://doi.org/10.1061/(ASCE) ST.1943-541X.0002637.

56. Stel'makh, S. A. Theoretical and Practical Aspects of the Formation of the Variational Structure of Centrifuged Products from Heavy Concrete / S. A. Stel'makh, E. M. Shcherban, A. I. Shuyskiy, M. P. Nazhuev // Materials Science Forum. — 2018. — Vol. 931. — P. 502—507.

47

Научный журнал строительства и архитектуры

57.Tasevski, D. Compressive strength and deformation capacity of concrete under sustained loading and low stress rates / D. Tasevski, M. F. Ruiz, A. Muttoni // Journal of Advanced Concrete Technology. — 2018. — Vol. 16. — P. 396—415.

58.Trapko, T. Effect of eccentric compression loading on the strains of FRCM confined concrete columns / T. Trapko // Construction and Building Materials. — 2014. — Vol. 61. — P. 97105.

59.Wang, X. A strain-softening model for steel-concrete bond / X. Wang, X. Liu // Cement and Concrete Research. — 2003. — Vol. 33, № 10. — P. 1669—1673.

60.Xiong, G. J. Load carrying capacityand ductility of circular concrete columns confined by ferrocement including steel bars / G. J. Xiong, X. Y. Wu, F. F. Li, Z. Yan // Construction and Building Materials. — 2011. — Vol. 25, № 5. — P. 2263—2268.

CALCULATION AND DESIGN OF BUILDING STRUCTURES GIVEN THE VARIATROPY OF THE STRUCTURE, SECTIONS AND DIFFERENTIATION OF CONSTRUCTIVE CHARACTERISTICS OF THE MATERIALS

L. R. Mailyan 1, S. A. Stel'makh 2, E. M. Shcherban' 3

Don State Technical University1, 2, 3

Russia, Rostov-on-Don

1D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Highways

2PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Engineering Geology, Foundations and Fundamentals, e-mail: sergej.stelmax@mail.ru

3PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Engineering Geology, Foundations and Fundamentals, e-mail: au-geen@mail.ru

Statement of the problem. Increasing numbers of construction call for new technological, structural and design solutions for reinforced concrete elements. Being a promising production technology, centrifugation causes variatropic characteristics, i. e., differing ones (density, strength, deformability, etc.), in cross section of concrete and structures made of them. This is oftentimes essential to consider in both calculation and design, but research on this topic is literally non-existent. Thus while calculating and designing building structures of the variatropic structure, an unreasonably large margin of safety is commonly present leading a surge in their price. In design guidelines and scientific literature there are notheoretical and practical methods of calculation of centrifuged reinforced concrete building structures considering the variability of the structure and characteristics of concrete in cross section. Some data confirm the efficiency of centrifugation, but it is not yet possible to make complete use of its advantages due to the lack of existing methods for calculating the variabilityof the structure.

Results and conclusions. Based on the review and analysis, the vectors of development and directions of future research are identified, which are to sinvestigate the operation of reinforced concrete centrifuged and vibrocentrifuged compressed elements using fiber reinforcing fibers. It is suggested that the manufacturing technologyand calculation methods are improved for a more complete and comprehensive studyof such a unique phenomenon as variatropy of the concrete structure of building structures.

Keywords: variatropic structure, vibrocentrifuged concrete, reinforced concrete structures, structural characteristics, design, calculation, compressed element, centrifuged concrete.

48

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ

DOI 10.36622/VSTU.2021.62.2.003

УДК 621.642.02

МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОВЫХ КОМПОЗИТНЫХ БАЛЛОНОВ

Н. Н. Осипова 1, Б. М. Гришин 2

Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю. А., Институт урбанистики, архитектуры и строительства 1

Россия, г. Саратов Пензенский государственный университет архитектуры и строительства,

Институт инженерной экологии 2 Россия, г. Пенза

1Д-р техн. наук, зав. кафедрой теплогазоснабжения и нефтегазового дела, тел.: (8452)99-88-93, e-mail: osnat75@mail.ru

2Д-р техн. наук, зав. кафедрой водоснабжения, водоотведения и гидротехники, тел.: (8412)92-95-08

Состояние проблемы. Появление на рынке композитных баллонов обеспечивает ряд технологических и эксплуатационных преимуществ по сравнению с металлическими баллонами сжиженного углеводородного газа. В то же время отсутствие в научной литературе обоснованных рекомендаций по определению паропроизводительности баллонов по режимам их эксплуатации ограничивает их широкое внедрение в газовую практику.

Результаты. Разработана математическая модель, учитывающая эксплуатацию баллона в режиме периодического газопотребления, рассчитан коэффициент неравномерности газопотребления в течение суток, определены значения коэффициента теплопередачи стенки композитного баллона, получена аппроксимирующая зависимость коэффициента теплопередачи от уровня заполнения баллона газом.

Выводы. В результате проведенных исследований установлены критерии, влияющие на паропроизводительность композитных баллонов сжиженного углеводородного газа в различных режимах эксплуатации.

Ключевые слова: композитный баллон, сжиженный углеводородный газ, периодическое газопотребление, паропроизводительность, коэффициент теплопередачи.

Введение. Временное и периодическое (сезонное) газоснабжение объектов, снабжение удаленных объектов от магистралей сетевого природного газа, преимущественно осуществляется с помощью баллонов сжиженного углеводородного газа (СУГ), при этом обеспечивается использование газа на пищеприготовление и приготовление горячей воды [1, 5, 11].

В настоящее время наиболее распространены газовые металлические баллоны объемом от 5 до 50 литров [9, 18]. Однако данным баллонам присущи существенные недостатки:

подверженность коррозии;

взрывоопасность;

©Осипова Н. Н., Гришин Б. М., 2021

49

Научный журнал строительства и архитектуры

значительная масса порожнего баллона;

невозможность контроля уровня газа в баллоне вследствие его непрозрачности. Композитные баллоны избавлены от указанных недостатков, их легко хранить, перено-

сить, транспортировать. Они обладают большей эстетикой внешнего вида, имеют широкий номенклатурный ряд размеров и форм. Рынок композитных баллонов в основном представ-

лен производителями Rugasco (Россия), Heagon Ragasco (Норвегия), Armotech, HPC Research

(Чешская республика), Life Safe, Supreme (Индия) [10].

В то же время применение композитных баллонов в коммунально-бытовом секторе требует практических рекомендаций по определению паропроизводительности емкостей и условий эксплуатации. Разработанные рекомендации для металлических баллонов в данном случае не применимы, а научные исследования по определению паропроизводительности композитных баллонов в известной литературе отсутствуют.

Целью исследования является определение критериев, влияющих на паропроизводительность композитных баллонов сжиженного углеводородного газа в условиях естественной конвекции внутреннего воздуха в помещении с учетом периодического газопотребления

иизменения уровня заполнения баллона жидкой фазой газа.

1.Разработка математической модели периодического газопотребления. Научные исследования [3, 4, 6, 12, 16, 22] показывают, что паропроизводительность емкостей с газом, работающих под давлением, обусловливается целым рядом технических характеристик, основными из которых являются:

компонентный состав газа;

температура окружающей среды;

минимальный уровень заполнения емкости;

длительность потребления газа и т. д.

При постоянном отборе паровой фазы из баллона в течение суток расчетная паропроизводительность баллона при наихудших условиях эксплуатации, кг/ч, определяется по фор-

муле [4, 15]:

r

где k — коэффициент теплопередачи стенки баллона, кДж ч/м2К; Fcminм — смоченная по-

верхность баллона жидкой фазой газа, соответствующая минимальному уровню его заполнения, м2; tв — температура окружающей среды, 0С; tжmin — минимальная температура сжи-

женного газа в баллоне перед очередной заправкой, 0С; r — скрытая теплота парообразования сжиженного газа, кДж/ч.

В реальных условиях эксплуатации баллонов потребление газа обычно носит периодический характер, при этом периоды испарения жидкой фазы «И» меняются периодами отдыха «О». В периоде отдыха происходит повышение температуры жидкой фазы газа за счет теплообмена с окружающей средой и увеличение равновесной упругости паров [17, 21]. Тепловой баланс указанного периода может быть описан выражением:

где FсмО — смоченная поверхность баллона, соответствующая режиму отдыха, м2; tж — тем-

пература сжиженного газа, 0С; dτ — изменение времени, за которое рассматривается отдых баллона, ч; сг, сст — теплоемкость сжиженного газа и стенки баллона соответственно, кДж/кг К; MгО ,MстО — масса жидкой фазы газа в баллоне в период отдыха и корпуса балло-

на, контактирующего с жидкой фазой, кг; dt — изменение температуры газа за период отдыха баллона, 0С; G — масса паровой фазы в баллоне, кг.

50