Experimental and analytical models of longitudinal deformation in pipe-concrete specimens with small cross-sections

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The results of experimental studies of deformation problems in pipeconcrete specimens with small cross sections are provided and analyzed. The stress-strain state of a steel pipe and a pipe filled with concrete is studied and compared. Experimental determination of the dependencies between axial load and deformations of pipe-concrete and steel bars, as well as evaluation of concrete’s and steel pipe’s contribution to the total load-bearing capacity of the composite section are provided. Tests were carried out for short pipe-concrete specimens with the pipe dimensions equal to 60x2, 76x3 and 102x3.5, as well as for hollow steel pipes with the corresponding dimensions. The diagrams of deformation were obtained basing on the experimental results. The deformation of the pipe-concrete element under central compression occurs in proportion to the deformation of a hollow steel element with the same diameter, that made it possible to evaluate the contribution of concrete to the work of the pipe-concrete cross-section, which turned out to be constant at each stage of deformation. A methodology has been proposed that enables to describe analytically the deformability of pipe-concrete elements under axial compression by means of the analytical model based on the experimental data.

About the authors

Pavel A. Khazov

Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering

Author for correspondence.
Email: khazov.nngasu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1220-6930

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Theory of Structures and Technical Mechanics, Head of the Laboratory for Continuous Monitoring of the Technical Condition of Buildings and Structures

Nizhny Novgorod, Russian Federation

Vladimir I. Erofeev

Institute of Mechanical Engineering Problems of the Russian Academy of Sciences - Branch Federal Research Center named after Gaponov-Grekhov of the RAS

Email: erof.vi@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6637-5564

Doctor of Physics and Mathematics Sciences, Professor, Director of Institute of Mechanical Engineering Problems

Nizhny Novgorod, Russian Federation

Elena A. Nikitina

Institute of Mechanical Engineering Problems of the Russian Academy of Sciences - Branch Federal Research Center named after Gaponov-Grekhov of the RAS

Email: nikitina.ea.nn@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-1189-1062

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Senior Researcher of Institute of Mechanical Engineering Problems

Nizhny Novgorod, Russian Federation

Artyom P. Pomazov

Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering

Email: pomazov.a.p@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0009-5465-3692

Postgraduate Student in Department of Structural Theory and Technical Mechanics, Assistant Professor in the Department of Building Structures

Nizhny Novgorod, Russian Federation

References

  1. Lazovic Radovanovic M.M., Nikolic J.Z., Radovanovic J.R., Kostic S.M. Structural Behavior of Axially Loaded Concrete-Filled Steel Tube Columns during the Top-Down Construction Method. Applied Sciences. 2022;(8):3771. https://doi.org/10.3390/app12083771.
  2. Manikandan K.B., Umarani C. Understandings on the Performance of Concrete-Filled Steel Tube with Different Kinds of Concrete Infill. Advances in Civil Engineering. 2021;2021:6645757. https://doi.org/10.1155/2021/6645757
  3. Li P., Zhang T., Wang C. Behavior of Concrete-Filled Steel Tube Columns Subjected to Axial Compression. Advances in Materials Science and Engineering. 2018;2018:4059675. https://doi.org/10.1155/2018/4059675
  4. Rimshin V.I., Semenova M.N., Shubin I.L., Krishan A.L., Astafyeva M.A. Studies of the bearing capacity of noncentrally compressed concrete filled steel tubes. Stroitel’nye materialy [Construction materials]. 2022;6:8-14. (In Russ.) https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-803-6-8-14
  5. Rimshin V.I., Krishan A.L., Astafyeva M.A., Semenova M.N., Kurbatov V.L. Studies of the bearing capacity of centrally compressed concrete filled steel tubes. Housing construction. 2022;6:33-38. (In Russ.) https://doi.org/10.31659/0044-4472-2022-6-33-38
  6. Tamrazyan A.G., Manaenkov I.K. Testing of small diameter concrete filled steel tube samples with high reinforcement coefficient. Building and reconstruction. 2017;4(72):57-62. (In Russ.) EDN: ZHHHIZ
  7. Rezvan I.V, Mailyan D.R. Load-bearing capacity of the concrete core of pipe-concrete columns. Vestnik Majkopskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Maikop State Technological University]. 2011;3:18-25. (In Russ.) EDN: OOGARN
  8. Khazov P.A., Erofeev V.I., Lobov D.M., Sitnikova A.K., Pomazov A.P. The experimental research of the strength of composite steel tube confined concrete samples of small-sized sections. Privolzhsky scientific journal. 2021;3:36-43. (In Russ.) EDN: MHSZBO
  9. Krishan A.L., Zaikin A.I., Kupfer M.S. Determination of the destructive load of compressed pipe concrete elements. Concrete and reinforced concrete. 2008;2:22-25. (In Russ.)
  10. Belyy G.I., Vedernikova A.A. Investigation of strength and stability of concrete filled steel tubes structural elements by the inverse numerical-analytical method. Vestnik grazhdanskih inzhenerov [Bulletin of Civil Engineers]. 2021;2(85):26- 35. (In Russ.) https://doi.org/10.23968/1999-5571-2021-18-2-26-35
  11. Nesvetaev G.V., Rezvan I.V. Resistibility evaluation of the composite columns. Fundamental research 2011;12- 3:580-583. (In Russ.) EDN: OVXWDB
  12. Wang Z.B., Tao Z., Han L.H., Uy B., Lam D., Kang W.H. Strength, stiffness and ductility of concrete-filled steel columns under axial compression. Engineering Structures. 2017;135:209-221. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.12.049
  13. Krishan A.L., Rimshin V.I., Rahmanov V.A., Troshkina E.A., Kurbatov V.L. Bearing capacity of short concrete filled steel tube columns of circular cross-section. Proceedings of higher education institutions. Textile industry technology. 2017;4(370):220-225. (In Russ.) EDN: NOYQNT
  14. Lapshin A.A., Khazov P.A., Kozhanov D.A., Lihacheva S.YU. Assessment of strength and stability of composite steel-reinforced concrete elements with joint use of rod and solid-state calculation. Privolzhsky scientific journal. 2021;3: 9- 16. (In Russ.) EDN: RKFLGL
  15. Kanishchev R.A. Analysis of local stability of rectangular concrete filled steel tubes. Magazine of Civil Engineering. 2016;4(64):59-68. https://doi.org/10.5862/MCE.64.6
  16. Mansurova A.R. Calculation of tube-concrete columns of a high-rise building and their comparison with reinforced concrete structures. Molodoj uchenyj [Young Scientist]. 2018;52(238):20-23. Available from: https://moluch.ru/archive/238/55166 (accessed: 02.10.2022).
  17. Hashkhozhev K.N. Determination of the maximum load for centrally compressed pipe concrete columns based on the deformation theory of concrete plasticity. Engineering journal of Don. 2021;8:408-414. (In Russ.) EDN: WOXBVI
  18. Snigireva V.A., Gorynin G.L. The nonlinear stress-strain state of the concrete-filled steel tube structures // Magazine of Civil Engineering. 2018;7:408-414. https://doi.org/10.18720/MCE.83.7
  19. Afanas’ev A.A., Kurochkin A.V. Concrete filled steel tubes for the construction of frame buildings. Academia. Architecture and construction. 2016;2:113-118. (In Russ.) EDN: WFFVFL
  20. Ovchinnikov I.I., Ovchinnikov I.G., Chesnokov G.V., Mihaldykin E.S. On the problem of calculating pipe-concrete structures with a shell made of different materials. Part 2. Calculation of concrete filled steel tubes structues. Internet-zhurnal Naukovedenie [Online Journal of Science Studies]. 2015;7(4). (In Russ.) URL: http://naukovedenie.ru/PDF/112TVN415.pdf (accessed: 09.15.2022)
  21. Krishan A.L., Shubin I.L., Rimshin V.I., Astafeva M.A., Stupak A.A. Compressed Reinforced Concrete Elements Bearing Capacity of Various Flexibility. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022;182:283-291. https://doi.org/10.1007/978-3-030-85236-8_26
  22. Bragov A.M., Lomunov A.K., Konstantinov A.Yu., Lamzin D.A., Balandin V.V. Evaluation of radial deformation of a sample based on theoretical and experimental analysis of the methodology of dynamic testing of materials in a rigid cage. Problems of Strength and Plasticity. 2016;78(4):378-387. (In Russ.) EDN: XEGSMV
  23. He Z., Song Y. Triaxial strength and failure criterion of plain high-strength and high-performance concrete before and after high temperatures. Cement and Concrete Research. 2010;40(1):171-178. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2009.08.024
  24. Karpenko N.I., Korsun V.I., Karpenko S.N., Anushchenko A.M. Strength criterion for concrete under triaxial compression. Privolzhsky scientific journal. 2022;4:8-16. (In Russ.) EDN: IRGIPX

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».