Колонны коробчатого сечения из стальных труб, заполненных бетоном

Вот что реально работает в полевых условиях, а не в учебниках: стальные трубы с бетонным заполнением, особенно коробчатые сечения. Многие до сих пор путают их с обычными ЖБК, но разница – в гибридной работе материалов.

Конструктивные особенности, которые не всегда очевидны

Когда мы впервые запускали линию по производству колонны коробчатого сечения из стальных труб, заполненных бетоном на площадке ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг, пришлось пересмотреть стандартные допуски. Например, зазор между стенкой трубы и бетоном – если сделать больше 3 мм, появляется риск локального выпучивания.

Сварные швы коробчатых профилей – отдельная история. На объекте в Сиане пришлось демонтировать уже собранную колонну из-за поперечных швов в зоне максимального изгибающего момента. При динамических нагрузках такие швы работают как концентраторы напряжений.

Иногда заказчики требуют уменьшить толщину стенки трубы для экономии. Но при заполнении бетоном вибрация от укладки смеси может вызвать местную потерю устойчивости. Приходится показывать расчёты по СП 16.13330.2017, где чётко прописаны минимальные соотношения B/t.

Технология заполнения: ошибки, которые дорого обходятся

Бетонирование – самый критичный этап. Через наш завод прошло более 50 пробных заполнений, прежде чем мы отработали технологию. Основная проблема – образование пустот в углах коробчатого сечения. Пришлось разрабатывать специальные вибрационные насадки с гибким валом.

Марка бетона – отдельный разговор. Использование быстротвердеющих составов с высокой экзотермией приводит к деформациям стальной оболочки. На одном из объектов в Шэньси при температуре +35°C мы получили продольные трещины в сварных швах уже через 12 часов после заполнения.

Сейчас мы рекомендуем бетоны на гранитном щебне с подвижностью П4-П5. Но и здесь есть нюанс – при слишком высокой подвижности происходит расслоение смеси. Оптимальный вариант – добавление микрокремнезёма для сохранения однородности.

Монтажные соединения: от теории к практике

В проектах часто предусматривают фланцевые соединения, но на высоте их монтаж – та ещё задача. Особенно когда речь идёт о колонны коробчатого сечения из стальных труб, заполненных бетоном длиной более 12 метров. Приходится разрабатывать временные крепления, которые не всегда попадают в ППР.

Базовая плита – ещё одно больное место. Стандартные решения из каталогов не всегда работают с гибридными конструкциями. Например, анкерные болты должны учитывать не только стальную оболочку, но и работу бетонного ядра.

На мостовых переходах мы перешли на комбинированные соединения – сварка плюс высокопрочные болты. Это даёт возможность выдерживать знакопеременные нагрузки без появления усталостных трещин.

Контроль качества: что не пишут в нормативных документах

Ультразвуковой контроль сварных швов – обязательная процедура, но для коробчатых сечений нужны специальные датчики с углом ввода 70°. Обычные датчики не 'видят' дефекты в зоне сопряжения полок.

Метод акустической эмиссии мы начали применять после инцидента на строительстве логистического центра. Тогда в уже смонтированной колонне обнаружили отслоение бетона от стальной стенки. Теперь проводим обязательный контроль сцепления после набора прочности.

Протоколы испытаний образцов-свидетелей – это хорошо, но они не всегда отражают реальное состояние конструкции. Мы дополнительно отбираем керны из готовых колонн, хотя это и требует согласования с заказчиком.

Экономическая составляющая: где можно, а где нельзя экономить

Себестоимость колонны коробчатого сечения из стальных труб, заполненных бетоном на 15-20% выше обычных железобетонных, но выигрыш в занимаемой площади опорной зоны того стоит. Особенно в многоэтажках с подземными паркингами.

Антикоррозионная защита – та статья, на которой некоторые пытаются сэкономить. Но опыт показывает: цинковое покрытие толщиной менее 80 мкм в агрессивных средах служит не более 7-8 лет. Лучше сразу закладывать комбинированную защиту – металлизация плюс лакокрасочное покрытие.

Транспортировка – отдельная статья расходов. При длине колонн более 18 метров приходится разрабатывать специальные траверсы для погрузки. Однажды пришлось переделывать партию из-за повреждений при перевозке – неправильно рассчитали точки опирания.

Перспективы развития технологии

Сейчас экспериментируем с дисперсно-армированным бетоном. Добавление стальной фибры позволяет повысить сопротивление сдвигу на 25-30%. Особенно актуально для сейсмических районов.

Композитные трубы – следующая ступень. Уже есть опытные образцы с внешним слоем из стеклопластика. Но пока стоимость такого решения в 2.5 раза выше традиционного.

Цифровое моделирование процесса твердения бетона – то, над чем работаем с технологами завода. Если бы пять лет назад кто-то сказал, что мы будем в реальном времени отслеживать температурные поля в толще бетона через IoT-датчики, не поверил бы. А сейчас это стандартная практика на ответственных объектах.