Влияние начального прогиба профилированного настила на прочность сталежелезобетонной плиты перекрытия в стадии эксплуатации

Введение. Сталежелезобетонные конструкции в настоящее время являются быстроразвивающимся и перспективным направлением монолитного железобетонного строительства. Возрастающие объемы применения комбинированных конструкций и некоторые особенности их сопротивления в стадиях изготовления и эксплуатации вызывают закономерный интерес у исследователей к установлению реального напряженно-деформированного состояния на всех этапах жизненного цикла конструкции. Цель исследования — изучение влияния начального прогиба профилированного настила в стадии бетонирования на прочность сталежелезобетонных плит при эксплуатации. Объект исследования — однопролетные ортотропные сталежелезобетонные плиты перекрытий, выполненные по несъемной опалубке в виде профилированного настила марок Н75, Н144, Н153 по ГОСТ 24045–2016 и TRP200 по ГОСТ Р 52246, толщиной 0,7–0,9 мм. Предмет исследования — прочность сталежелезобетонной плиты с учетом доэксплуатационного состояния конструкции.

Материалы и методы. Применялся расчетно-аналитический метод исследования на основе действующих в РФ нормативных документов.

Результаты. Установлены значения дополнительных изгибающих моментов и поперечных сил в сталежелезо-бетонных плитах в стадии эксплуатации, вызванные первичным прогибом профнастила, в стадии бетонирования. Выявлены зависимости действующих усилий от размеров пролета и величины полезной нагрузки для различных марок профлиста. Анализ результатов исследования реализован в графической и табличной формах. Полученные данные для наиболее распространенных марок профлиста и пролетов плит при различных уровнях нагрузки свидетельствуют о необходимости увеличения рабочего армирования плит по отношению к первоначальному армированию.

Выводы. Сделан вывод о необходимости проведения уточняющих прочностных расчетов с учетом геометрической нелинейности конструкции в стадии эксплуатации вследствие перегруза профнастила бетонной смесью при бетонировании из-за развития начальных прогибов. При пролетах плиты 3,5 м и более и полезных нагрузках свыше 3 кПа прогиб на стадии бетонирования от действия повышенного веса бетонной смеси приводит к необходимости установки дополнительного продольного армирования в ребрах плиты. Полученные сведения могут использоваться при проектировании сталежелезобетонных плит перекрытий и оценке технического состояния сталежелезобетонных плит.

1. Бабалич В.С., Андросов Е.Н. Сталежелезобетонные конструкции и перспектива их применения в строительной практике России // Успехи современной науки. 2017. Т. 4. № 4. С. 205–208. EDN YROOWX.

2. Никулина О.В., Цымдянкина Н.Ю. Анализ конструктивных решений сталежелезобетонных перекрытий // Оренбургские горизонты: прошлое, настоящее, будущее : сб. мат. Всеросс. науч.-практ. конф., посвящ. 275-летию Оренбургской губернии и 85-летию Оренбургской области. 2019. С. 157–161. EDN WBTOMY.

3. Туснин А.Р., Мыльников И.В. Быстросборные узлы в стальных каркасах многоэтажных зданий // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 6. С. 942–959. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.6.942-959. EDN KXXGCG.

4. Будошкина К.А., Кузнецов В.С., Мурлышева Ю.А., Улямаев А.С., Шапошникова Ю.А. Анализ работы комбинированных балок в широком диапазоне нагрузок // Инженерный вестник Дона. 2018. № 2 (49). С. 169. EDN YATGDB.

5. Lu L., Ding Y., Guo Ya., Hao H., Ding S. Flexural performance and design method of the prefabricated RAC composite slab // Structures. 2022. Vol. 38. Pp. 572–584. DOI: 10.1016/j.istruc.2022.02.022

6. Yao G., Chen Y., Yang Y., Ma X., Men W. Investigation on buckling performance of prefabricated light steel frame materials under the action of random defects during construction // Materials. 2023. Vol. 16. Issue 16. P. 5666. DOI: 10.3390/ma16165666

7. Тамразян А.Г., Арутюнян С.Н. Исследование начальных напряжений и прогибов профнастила, возникающих при возведении сталежелезобетонных плит перекрытий // Безопасность строительного фонда России. Проблемы и решения. 2017. № 1. С. 139–146. EDN ZXNSCX.

8. Замалиев Ф.С., Тамразян А.Г. К расчету сталежелезобетонных ребристых плит для восстанавливаемых перекрытий // Строительство и реконструкция. 2021. № 5 (97). С. 3–15. DOI: 10.33979/2073-7416-2021-97-5-3-15. EDN BDUMYX.

9. Bedov A., Shaposhnikova Yu. Bearing capacity of steel-reinforced concrete floor elements before the operation period // Magazine of Civil Engineering. 2024. Nо. 1 (125). DOI: 10.34910/MCE.125.1. EDN HBTNSM.

10. Шапошникова Ю.А. Анализ влияния различных факторов на прогибы профилированного настила в стадии бетонирования плиты // Инженерный вестник Дона. 2024. № 5 (113). С. 551–568. EDN CORURC.

11. Шапошникова Ю.А. Влияние различных факторов на прогибы и прочность профилированного настила в стадии бетонирования сталежелезобетонной плиты // Железобетонные конструкции. 2024. Т. 7. № 3. С. 44–53. DOI: 10.22227/2949-1622.2024.3.44-53. EDN DADHLD.

12. Ургалкина Д.А. Применение деформационной модели к расчету железобетонных перекрытий по стальному профилированному листу // Мировая наука. 2019. № 6 (27). С. 527–531. EDN KGJGTY.

13. Zulpuev A.M., Abdullaev U.D., Iranova N.A., Kochkonbaev B.A., Kenzhebaeva B.P. Calculation of strength and movement of slabs steel profiled deckings under local loads // In the World of Science and Education. 2025. Issue 1. Pp. 150–159. DOI: 10.24412/3007-8946-2025-152-150-159. EDN SPRPNZ.

14. Kuznetsov V., Shaposhnikova Yu. Features of calculation and design of complex concrete monolithic slabs // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 251. P. 02027. DOI: 10.1051/matecconf/201825102027

15. Albarram A., Qureshi J., Abbas A. Effect of Rib Geometry in Steel–Concrete Composite Beams with Deep Profiled Sheeting // International Journal of Steel Structures. 2020. Vol. 20. Issue 3. Pp. 931–953. DOI: 10.1007/s13296-020-00333-5

16. Chaparanganda E., Lazouski D. Design method for cast in-situ floor slabd with external profiled steel deck as reinforcement // Архитектурно-строительный комплекс: проблемы, перспективы, инновации 2024. 2024. С. 73–83. EDN HCQRUF.

17. Vasdravellis G., Uy B., Tan E.L., Kirkland B. Behaviour and design of composite beams subjected to sagging bending and axial compression // Journal of Constructional Steel Research. 2015. Vol. 110. Pp. 29–39. DOI: 10.1016/j.jcsr.2015.03.010

18. Алмазов В.О., Арутюнян С.Н. Проектирование сталежелезобетонных плит перекрытий по Еврокоду 4 и российским рекомендациям // Вестник МГСУ. 2015. № 8. С. 51–65. EDN UGUISR.

19. Ahmed I.M., Tsavdaridis K.D. The evolution of composite flooring systems: applications, testing, modelling and Eurocode design approaches // Journal of Constructional Steel Research. 2019. Vol. 155. Pp. 286–300. DOI: 10.1016/j.jcsr.2019.01.007

20. Konrad M., Kuhlmann U. Headed studs used in trapezoidal steel sheeting according to Eurocode 4 // Structural Engineering International. 2009. Vol. 19. Issue 4. Pp. 420–426. DOI: 10.2749/10168660978984-7118

21. Dujmovic D., Androić B., Lukačević I. Hoesch Additive Floor // Composite Structures According to Eurocode 4. 2014. Pp. 797–824. DOI: 10.1002/9783433604908.ch22

22. Alsharari F., El-Zohairy A., Salim H., El-Sisi A.E. Numerical investigation of the monotonic behavior of strengthened Steel-Concrete composite girders // Engineering Structures. 2021. Vol. 246. P. 113081. DOI: 10.1016/j.engstruct.2021.113081

23. Tamayo J.L.P., Franco M.I., Morsch I.B., Désir J.M., Wayar A.M.M. Some aspects of numerical modeling of steel-concrete composite beams with prestressed tendons // Latin American Journal of Solids and Structures. 2019. Vol. 16. Issue 7. DOI: 10.1590/1679-78255599

24. Трофимов Д.С. Исследования работы монолитного перекрытия по металлическим балкам с нарушенным сцеплением при помощи численной модели // Молодой ученый. 2022. № 21 (416). С. 73–78. EDN SSRXIL.

25. Багаев З.С., Борукаев Б.М. Методика моделирования сталежелезобетонного перекрытия с профилированным настилом в ПК Лира САПР // Стратегическое развитие инновационного потенциала отраслей, комплексов и организаций : сб. ст. X Междунар. науч.-практ. конф. 2022. С. 18–21. EDN EKDSAO.

26. Гайдук С.В., Чудинов Ю.Н. Расчетные модели сталежелезобетонных перекрытий с монолитной плитой по стальному профилированному настилу // Региональные аспекты развития науки и образования в области архитектуры, строительства, землеустройства и кадастров в начале III тысячелетия : мат. Междунар. науч.-практ. конф. 2020. С. 179–183. EDN XBYUSY.

27. Гимранов Л.Р., Фаттахова А.И. Определение характеристик модели сталежелезобетонной диафрагмы, влияющих на результат численного эксперимента // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 1. С. 18–25. DOI: 10.33622/0869-7019.2022.01.18-25. EDN LEKTSZ.

28. Reginato L.H., Tamayo J.L.P., Morsch I.B. Finite element study of effective width in steel-concrete composite beams under long-term service loads // Latin American Journal of Solids and Structures. 2018. Vol. 15. Issue 8. DOI: 10.1590/1679-78254599

29. Adamenko V., Dziubko D., Romanyshen O. Stress-strain state investigation of nodes of composite steel-reinforced concrete frame-monolithic buildings using information technology for structural analysis and building information modeling // Mechanics and Mathematical Methods. 2024. Vol. 6. Issue 1. Pp. 107–123. DOI: 10.31650/2618-0650-2024-6-1-107-123

30. Тонких Г.П., Чесноков Д.А. Оценка прочности и деформативности уголковых анкерных упоров в монолитных сталежелезобетонных перекрытиях // Железобетонные конструкции. 2024. Т. 5. № 1. С. 27–44. DOI: 10.22227/2949-1622.2024.1.27-44. EDN BUVBSZ.

31. Тонких Г.П., Чесноков Д.А. Расчет уголковых анкерных упоров в сталежелезобетонных перекрытиях по профилированному настилу // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 7. С. 17–23. DOI: 10.33622/0869-7019.2022.07.17-23. EDN AVBAPK.

32. Кочерженко В.В., Сапожников П.В., Кузнецов В.В. Планирование эксперимента испытания выштамповки на сдвиг в перпендикулярном направлении // Инженерный вестник Дона. 2023. № 11 (107). С. 409–425. EDN CMSRFZ.

33. Sougata C., Umamaheswari N. Numerical investigation of steel-concrete composite beams using flexible shear connectors // AIMS Materials Science. 2022. Vol. 9. Issue 5. Pp. 668–683. DOI: 10.3934/matersci.2022041

34. Hällmark R., Collin P., Hicks S.J. Post-installed shear connectors: Push-out tests of coiled spring pins vs. headed studs // Journal of Constructional Steel Research. 2019. Vol. 161. Pp. 1–16. DOI: 10.1016/j.jcsr.2019.06.009

35. Farid B., Boutagouga D. Parametric study of I-shaped shear connectors with different orientations in push-out test // Frattura ed Integrità Struttu-rale. 2021. Vol. 15. Issue 57. Pp. 24–39. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.57.03

36. Tipka M., Macecek T., Vaskova J. Analysis of Position Effect of Vertical Load-Bearing Elements for Reinforcement of Steel Reinforced Concrete Floor Structures // Key Engineering Materials. 2024. Vol. 976. Pp. 11–20. DOI: 10.4028/p-jmrgs4

37. Maceček T. Analysis of Position Effect of Vertical Load-bearing Elements for Reinforcement of Steel Reinforced Concrete Floor Structures : Bachelor Thesis. CTU in Prague, 2023.

38. Suwaed A.S.H., Karavasilis T.L. Demountable steel-concrete composite beam with full-interaction and low degree of shear connection // Journal of Constructional Steel Research. 2020. Vol. 171. P. 106152. DOI: 10.1016/j.jcsr.2020.106152

39. Colajanni P., Mendola L.L., Monaco A. Review of push-out and shear response of hybrid steel-trussed concrete beams // Buildings. 2018. Vol. 8. Issue 10. P. 134. DOI: 10.3390/buildings8100134

40. Pathirana S.W., Uy B., Mirza O., Zhu X. Bolted and welded connectors for the rehabilitation of composite beams // Journal of Constructional Steel Research. 2016. Vol. 125. Pp. 61–73. DOI: 10.1016/j.jcsr.2016.06.003

41. Давиденко А.И., Давиденко А.А., Давиденко М.А., Давиденко Е.В., Пушко Н.И. К расчету прочности сталебетонных плит с внешним армированием стальным профилированным настилом и предварительно напряженной стержневой арматурой // Научный вестник Луганского государственного аграрного университета. 2023. № 3–4 (20–21). С. 269–276. EDN BENCXQ.

42. Давиденко А.И., Артеменко А.А., Борисов С.Д. Оценка огнестойкости по критерию потери несущей способности железобетонных плит перекрытия с внешним армированием // Вестник Луганского государственного университета имени Владимира Даля. 2024. № 3 (81). С. 21–26. EDN ZLFGUW.

43. Бубис А.А., Гизятуллин И.Р., Давиденко А.А., Петросян И.А., Назмеева Т.В., Давиденко А.И. и др. Особенности применения комбинированных сталежелезобетонных перекрытий на основе легких стальных тонкостенных конструкций в сейсмоопасных районах // Бетон и железобетон. 2024. № 6 (625). С. 5–19. DOI: 10.37538/0005-9889-2024-6(625)-5-19. EDN MYQGYP.