mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.12.1883-1895mgssuvest-445Research ArticleПроектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооруженияConstruction system design and layout planning. Construction mechanics. Bases and foundations, underground structuresЭкспериментальные исследования несущей способности балок составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей (ПСП)Experimental studies of the bearing capacity of composite cross section beams made of pultrusion fiberglass rofile (PFP)СалахутдиновМ. А.SalakhutdinovM. A.

Марат Айдарович Салахутдинов — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры металлических конструкций и испытания сооружения

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

РИНЦ AuthorID: 825789

Marat A. Salakhutdinov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

RSCI AuthorID: 825789

lider-kazann@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5912-9672АриповД. Н.AripovD. N.

Далер Насимович Арипов — кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры металлических конструкций и испытания сооружения

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

РИНЦ AuthorID: 1004265

Daler N. Aripov — Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

RSCI AuthorID: 1004265

architector-1992@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6202-2040ХанековА. Р.KhanekovA. R.

Арслан Реджепович Ханеков — аспирант, ассистент кафедры металлических конструкций и испытания сооружения

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

РИНЦ AuthorID: 1157384

Arslan R. Khanekov — postgraduate student, assistant

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

RSCI AuthorID: 1157384

khanekova@kgasu.ruКиселевС. С.KiselevS. S.

Сергей Сергеевич Киселев — студент

420043, г. Казань, ул. Зеленая, д. 1

Sergey S. Kiselev — student

1 Zelenaya st., Kazan, 420043

kazanbuilder2002@gmail.comКазанский государственный архитектурно-строительный университет (КГАСУ)РоссияKazan State University of Architecture and Engineering (KSUAE)Russian Federation202426122024191218831895Copyright © Салахутдинов М.А., Арипов Д.Н., Ханеков А.Р., Киселев С.С., 20242024Салахутдинов М.А., Арипов Д.Н., Ханеков А.Р., Киселев С.С.Salakhutdinov M.A., Aripov D.N., Khanekov A.R., Kiselev S.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/445Введение

Введение. В статье рассматриваются результаты натурных испытаний балок составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей (ПСП) для оценки их несущей способности и прогибов. Актуальность исследования обусловлена ограничением применения сплошных балок из пултрузионных стеклопластиковых профилей для относительно больших пролетов, что требует применения балок составного сечения. Разработаны конструктивные решения балок составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей, пояса которых выполнены из парных уголков, со сплошной и перфорированной стенками. В настоящее время отсутствует действующая нормативная документация на уровне сводов правил или ГОСТ, в которых приведена методика расчета несущей способности для составных сечений из ПСП, особенно балок с перфорированной стенкой.

Материалы и методы

Материалы и методы. Экспериментальные исследования выполнялись на трехточечный изгиб. В процессе натурных испытаний фиксировались вертикальные перемещения балок и деформации стенки относительно полок.

Результаты

Результаты. По результатам натурных испытаний определены несущая способность, прогибы составной двутавровой балки со сплошной и перфорированной стенками. Проведен сравнительный анализ с результатами экспериментальных и численных исследований.

Выводы

Выводы. Значимость натурных испытаний заключается в оценке несущей способности и прогибов балок составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей при трехточечном изгибе, возможности дальнейшего развития и совершенствования методики их расчета.

Introduction

Introduction. The article discusses the results of field tests of composite I-beam beam made of pultrusion fiberglass profiles (PSP) to assess their bearing capacity and deflections. The relevance of the study is due to the limited use of solid beams made of pultrusion fiberglass profiles for relatively large spans, which requires the use of composite beams. Constructive solutions have been developed for beams of composite I-section made of pultrusion fiberglass profiles, the belts of which are made of paired corners, with solid and perforated walls. Currently, there is no current regulatory documentation at the level of codes of practice or GOST, which provides a method for calculating the bearing capacity for composite sections made of PSP, especially beams with a perforated wall.

Materials and methods

Materials and methods. Experimental studies were performed on a three-point bend. During the field tests, vertical movements of the beams and wall deformations relative to the shelves were recorded.

Results

Results. According to the results of field tests, the bearing capacity, deflections, and composite I-beams with solid and perforated walls were determined. A comparative analysis with the results of experimental and numerical studies has been carried out.

Conclusions

Conclusions. The significance of field tests is to assess the bearing capacity and deflections, beams of composite I-section made of pultrusion fiberglass profiles with three-point bending, the possibility of further development and improvement of their calculation methods.

пултрузиястеклопластиковый профильнесущая способностьбалка составного двутаврового сеченияизгиб балкиперфорированная стенкаpultrusionfiberglass profilebearing capacitycomposite cross-section beambending of the beamperforated wallReferencesКузнецов И.Л., Салахутдинов М.А., Арипов Д.Н., Фахрутдинов А.Э. Разработка и экспериментальные исследования конструкций навеса над трибунами из пултрузионных стеклопластиковых профилей // Известия вузов. Строительство. 2019. № 9. С. 96–108. DOI: 10.32683/0536-1052-2019-729-9-96-108. EDN PUHXJW.Kuznetsov I.L., Salahutdinov M.A., Aripov D.N., Fakhrutdinov A.E. Development and experimental studies of canopy structures over bleachers made of pultrusion fiberglass profiles. News of universities. Construction. 2019; 9:96-108. DOI: 10.32683/0536-1052-2019-729-9-96-108. EDN PUHXJW. (rus.).Сулейманов А.М. Эффективные композиционные материалы строительного назначения // Полимерные композиционные материалы нового поколения для гражданских отраслей промышленности : сб. докл. научн. конф. Всеросс. науч.-исслед. институт авиационных материалов. М., 2015. С. 184–195. EDN UUZBZX.Sulejmanov A.M. Effective composite materials for construction purposes. Polymer composite materials of new generation for civil industries : collection of reports of scientific conference dedicated to the 85th. All-Russian Research Institute of Aviation Materials. Moscow, 2015; 184-195. EDN UUZBZX. (rus.).Шакиров А.Р., Сулейманов А.М. Выбор конструктивно-подобного образца для испытания на ползучесть клеевых соединений элементов усиления конструкций // Известия КГАСУ. 2023. № 4 (66). С. 8–16. DOI: 10.52409/20731523_2023_4_8. EDN AIRICV.Shakirov A.R., Suleymanov A.M. Research of adhesive joints between concrete and carbon fiber on epoxy adhesives of various configurations. News KSUAE. 2023; 4(66):8-16. DOI: 10.52409/20731523_2023_4_8. EDN AIRICV. (rus.).Антаков И.А., Сулейманов А.М. Деформативность изгибаемых бетонных элементов, армированных полимерной композитной арматурой // Известия КГАСУ. 2023. № 3 (65). С. 101–109. DOI: 10.52409/20731523_2023_3_101. EDN HJVCIL.Antakov I.A., Suleymanov A.M. Deformability of flexural concrete members reinforced with fiber-reinforced polymer bars. News KSUAE. 2023; 3(65):101-109. DOI: 10.52409/20731523_2023_3_101. EDN HJVCIL. (rus.).Fiore V., Calabrese l., Scalici T., Valenza A. Evolution of the bearing failure map of pinned flax composite laminates aged in marine environment // Composites Part B Engineering. 2020. No. 187. Р. 107864. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.107864Fiore V., Calabrese L., Scalici T., Valenza A. Evolution of the bearing failure map of pinned flax composite laminates aged in marine environment. Composites Part B Engineering. 2020; 187:107864. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.107864Гимранов Л.Р., Гайнетдинов Р.Г., Багаутдинов Р.М., Атяшева И.С. Составная балка с гофрированной стенкой из тонкостенных оцинкованных профилей // Промышленное и гражданское строительство. 2023. № 4. С. 29–36. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.04.29-36. EDN EQIPVY.Gimranov L.R., Gainetdinov R.G., Bagautdinov R.M., Atyasheva I.S. Composite beam with corrugated wall of yhin-walled cold formed profiles. Industrial and civil construction. 2023; 4:29-36. DOI: 10.33622/0869-7019.2023.04.29-36. EDN EQIPVY. (rus.).Lei Cao, Dan Zeng, Yang Liu, Zhaochao Li, Hao Zuo. Deflection calculation method for UHPC composite beams considering interface slip and shear deformation // Engineering Structures. 2023. No. 281 (5). Р. 115710. DOI: 10.1016/j.engstruct/2023/115710Lei Cao, Dan Zeng, Yang Liu, Zhaochao Li, Hao Zuo. Deflection calculation method for UHPC composite beams considering interface slip and shear deformation. Engineering Structures. 2023; 281(5):115710. DOI: 10.1016/j.engstruct/2023/115710Zeinali E., Nazari A., Showkati H. Experimental-numerical study on lateral-torsional buckling of PFRP under pure bending // Composites Structures. 2020. No. 237 (1). P. 111925. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.111925Zeinali E., Nazari A., Showkati H. Experime-ntal-numerical study on lateral-torsional buckling of PFRP under pure bending. Composites Structures. 2020; 237(1):111925. DOI: 10.1016/j.compositesb.2020.1119259.Correia J.R., Branco F.A., Silva N.M., Camotim D., Silvestre N. et al. First-order, buckling and post-buckling behaviour of GFRP pultruded beams. Part 1: experimental study // Comput Struct. 2011. No. 89 (21–22). Рр. 2052–64. DOI: 10.1016/j.compstruc.2011.07.005Correia J.R., Branco F.A., Silva N.M., Camotim D., Silvestre N. et al. First-order, buckling and post-buckling behaviour of GFRP pultruded beams. Part 1: experimental study. Comput Struct. 2011; 89(21-22):2052-64. DOI: 10.1016/j.compstruc.2011.07.00510Estep D.D. Bending and shear behavior of pultruded glass fiber reinforced polymer composite beams with closed and open sections. West Virginia University, 2014.Estep D.D. Bending and shear behavior of pultruded glass fiber reinforced polymer composite beams with closed and open sections. West Virginia University, 2014.Fernandes L.A., Gonilha J., Correia J.R., Silvestre N., Nunes F. et al. Web-crippling of GFRP pultruded profiles. Part 1: experimental study // Compos. Struct. 2015. No. 1 (120). Рр. 655–577.Fernandes L.A., Gonilha J., Correia J.R., Silvestre N., Nunes F. et al. Web-crippling of GFRP pultruded profiles. Part 1: experimental study. Compos. Struct. 2015; 1(120):655-577.Liu T., Harries K.A. Flange local buckling of pultruded GFRP box beams // Compos. Struct. 2018. No.1. Vol. 189. Рр. 463–472. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.01.101Liu T., Harries K.A. Flange local buckling of pultruded GFRP box beams. Compos. Struct. 2018; 1(189):463-472. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.01.101Vieira J.D., Liu T., Harries K.A. Flexural stability of pultruded glass fibre-reinforced polymer I-sections // Proceedings of the Institution of Civil Engineers — Structures and Buildings. 2017. No. 171 (11). Рр. 855–866. DOI: 10.1680/jstbu.16.00238Vieira J.D., Liu T., Harries K.A. Flexural stability of pultruded glass fibre-reinforced polymer I-sections. Proceedings of the Institution of Civil Engineers — Structures and Buildings. 2017; 171(11):855-866. DOI: 10.1680/jstbu.16.00238Ganesan G., Kumaran G. An experimental study on the behaviour of GFRP pultruded I beam reinforced with CFRP laminates // International Journal of Advanced Technology and Engineering Exploration. 2018. No. 5 (45). Рр. 232–242. DOI: 10.19101/IJATEE.2018.545012Ganesan G., Kumaran G. An experimental study on the behaviour of GFRP pultruded I beam reinforced with CFRP laminates. International Journal of Advanced Technology and Engineering Exploration. 2018; 5(45):232-242. DOI: 10.19101/IJATEE.2018.545012Vieira E.D., Vieira J.D., Cardoso D.C. Local buckling of pultruded GFRP I-section subject to bending // Conference : Brazilian Conference on Composite Materials. 2018. DOI: 10.21452/bccm4.2018.06.05Vieira E.D., Vieira J.D., Cardoso D.C. Local buckling of pultruded GFRP I-section subject to bending. Conference : Brazilian Conference on Composite Materials. 2018. DOI: 10.21452/bccm4.2018.06.05Каюмов Р.А., Шакирзянов Ф.Р., Гимранов Л.Р., Гимазетдинов А.Р. Определение характеристик вязкоупругой модели стеклопластика по результатам изгиба труб квадратного сечения // Известия КГАСУ. 2022. № 2 (60). С. 37–44. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_37. EDN BYHQBR.Kayumov R.A., Shakirzyanov F.R., Gimra-nov L.R., Gimazetdinov A.R. Determination of the characteristics of a viscoelastic fiberglass model based on the results of bending square section pipes. News KSUAE. 2022; 2(60):37-44. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_37. EDN BYHQBR. (rus.).Liu T. Stability behavior of pultruded glass-fiber reinforced polymer I-Sections subject to flexure (Doctoral dissertation, University of Pittsburgh). 2017. URL: https://d-scholarship.pitt.edu/31511/1/LiuT_ETDPITT2017.pdf.Liu T. Stability behavior of pultruded glass-fiber reinforced polymer I-Sections subject to flexure Doctoral dissertation, University of Pittsburgh. 2017. URL: https://d-scholarship.pitt.edu/31511/1/LiuT_ETDPITT2017.pdf.Cardoso D.C., Vieira J.D. Comprehensive local buckling equations for FRP I-sections in pure bending or compression // Composite Structures. 2017. No. 15 (182). Рр. 301–10. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.09.027Cardoso D.C., Vieira J.D. Comprehensive local buckling equations for FRP I-sections in pure bending or compression. Composite Structures. 2017; 15(182):301-10. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.09.027Kasiviswanathan M., Upadhyay A. Flange buckling behaviour of FRP box-beams: a parametric study // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2018. No. 37 (2). Рр. 105–17. DOI: 10.1177/0731684417736142Kasiviswanathan M., Upadhyay A. Flange buckling behaviour of FRP box-beams: a parametric study. Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2018; 37(2):105-17. DOI: 10.1177/0731684417736142Kasiviswanathan M., Upadhyay A. Effect of Shear Lag on Buckling of FRP Box-Beams / Rao A., Ramanjaneyulu K. (eds.) // Recent Advances in Structural Engineering. Vol. 2. Lecture Notes in Civil Engineering.Vol. 12. Singapore, 2019. DOI: 10.1007/978-981-13-0365-4_65Kasiviswanathan M., Upadhyay A. Effect of Shear Lag on Buckling of FRP Box-Beams. Rao A., Ramanjaneyulu K. (eds.). Recent Advances in Structural Engineering. Vol. 2. Lecture Notes in Civil Engineering. Vol. 12. Singapore, 2019. DOI: 10.1007/978-981-13-0365-4_65Каюмов Р.А., Луканин С.А., Паймушин В.Н., Холмогоров С.А. Идентификация механических характеристик армированных волокнами композитов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2015. Т. 157. Кн. 4. С. 112–132. EDN VBEYRR.Kayumov R.A., Lukankin S.A., Paimushin V.N., Kholmogorov S.A. Identification of mechanical properties of fiber-reinforced composites. Scientific notes of Kazan university. Series: physical and mathematical sciences. 2015; 157(4):112-132. EDN VBEYRR. (rus.).Martins D., Proenca M., Correira J.R., Gonilha J., Arruda M., Silvestre N. Development of a novel beam to column connection system for pultruded GFRP tubular profiles // Composite Structures. 2017. No. 171. Pр. 263–276. DOI: 10.1016/j.compstruct. 2017.03.049Martins D., Proenca M., Correira J.R., Goni-lha J., Arruda M., Silvestre N. Development of a novel beam to column connection system for pultruded GFRP tubular profiles. Composite Structures. 2017; 171:263-276. DOI: 10.1016/j.compstruct. 2017.03.049Satasivam S., Feng P., Bai Y., Caprani C. Composite actions within steel-FPR composite beam systems with novel blind bolt shear connections // Engineering structures. 2017. No. 138. Рр. 63–73. DOI: 10.1016/.engstruct.2017.01.068Satasivam S., Feng P., Bai Y., Caprani C. Composite actions within steel-FPR composite beam systems with novel blind bolt shear connections. Engineering structures. 2017; 138:63-73. DOI: 10.1016/.engstruct.2017.01.068Кузнецов И.Л., Фахрутдинов А.Э., Арипов Д.Н. Исследование болтовых соединений элементов из пултрузионных стеклопластиковых профилей (ПСП) // Полимерные композитные материалы нового поколения. Трансфер инноваций из авиации в приоритетные сектора экономики России : сб. ст. Всеросс. науч.-техн. конф. ВИАМ. Ульяновск, 2018. С. 6–15.Kuznetsov I.L., Fakhrutdinov A.E., Aripov D.N. A study of bolted joints pultruded GRP profiles elements. Polymer composite materials of new generation. Transfer of innovations from aviation to priority sectors of the Russian economy : collection of articles of All-Russian scientific and technical conference. VIAM. Ulyanovsk, 2018; 6-15. (rus.).Mutsuyoshi H., Nguyen H., Zatar W., Ishihama T. Flexural behavior of pultruded hybrid fiber-reinforced polymer I-beam with bonded-and-bolted splice joints // Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board. 2016. No. 2592 (1). Pр. 45–55. DOI: 10.3141/2592-06Mutsuyoshi H., Nguyen H., Zatar W., Ishihama T. Flexural behavior of pultruded hybrid fiber-reinforced polymer I-beam with bonded-and-bolted splice joints. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board. 2016; 2592(1):45-55. DOI: 10.3141/2592-06Sebastian W.M., Ross J., Keller T., Luke S. Load response due to local and global indeterminacies of FRP-deck bridges // Composites Part B: Engineering. 2012. Vol. 43. No. 4. Pр. 1727–1738. DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.01.061Sebastian W.M., Ross J., Keller T., Luke S. Load response due to local and global indeterminacies of FRP-deck bridges. Composites Part B: Engineering. 2012; 43(4):1727-1738. DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.01.061.Adilardi A., Russo S. Innovative design approach to a GFRP pedestrian bridge: Structural aspects, engineering optimization and maintenance // Proc., 15th Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Management. CRC Press. Balkema, Taylor and Francis Group, Leiden, Netherlands, 2010. Pр. 2455–2459.Adilardi A., Russo S. Innovative design approach to a GFRP pedestrian bridge: Structural aspects, engineering optimization and maintenance. Proc., 15th Int. Conf. on Bridge Maintenance, Safety and Management. CRC Press. Balkema, Taylor and Francis Group, Leiden, Netherlands, 2010; 2455-2459.Салахутдинов М.А., Каюмов Р.А., Арипов Д.Н., Ханеков А.Р. Численное исследование несущей способности балки составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей // Известия КГАСУ. 2022. № 2 (60). C. 15. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_15. EDN BHRXOY.Salakhutdinov M.A., Kayumov R.A., Aripov D.N., Khanekov A.R. Numerical study of the bearing capacity of a composite I-shaped section beam of pultruded fiberglass profiles. News KSUAE. 2022; 2(60):15. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_15. EDN BHRXOY. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.