Несущая способность, жесткость и трещиностойкость облегченных железобетонных балок

К содержанию выпуска

PDF статьи

DOI: 10.25628/UNIIP.2025.66.3.002

УДК: 691.32

Тошин Дмитрий Сергеевич
ФГБОУ «Тольяттинский государственный университет» (ТГУ), Архитектурно-строительный институт, Центр архитектурных, конструктивных решений и организации строительства, Тольятти, Российская Федерация

Несущая способность, жесткость и трещиностойкость облегченных железобетонных балок

Для цитирования
Тошин Д. С. Несущая способность, жесткость и трещиностойкость облегченных железобетонных балок // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. 2025. − № 3 (66). − С. 71−76. DOI 10.25628/UNIIP.2025.66.3.002

Статья поступила в редакцию: 16.07.2025.
Опубликована: 30.09.2025.

Аннотация. Основным недостатком монолитных железобетонных перекрытий и покрытий остается высокая материалоемкость и значительный собственный вес. Вариантом оптимизации традиционного решения является включение несъемных вкладышей-пустотообразователей в конструкцию и вытеснение части тяжелого бетона. Облегченная конструкция отличается более высокими технико-экономическими показателями, но требуется развитие экспериментальных основ для широкого применения на практике. В работе приводятся результаты экспериментального исследования облегченных железобетонных конструкций, на примере сферических вкладышей показано влияние несъемных пустотообразователей на несущую способность, жесткость и трещиностойкость.

Ключевые слова: изгибаемый железобетонный элемент, облегченная железобетонная конструкция, оптимизация, расход бетона, несъемные пустотообразователи, вкладыши, несущая способность, жесткость, трещиностойкость

Toshin Dmitry S.
FSBE Togliatti State University (TSU), Institute of Architecture and Construction, Center for Architectural, Structural Solutions and Construction Organization, Togliatti, Russian Federation

Load-bearing capacity, stiffness and crack resistance of lightweight reinforced concrete beams

Annotation. The main disadvantage of monolithic reinforced concrete floors and roofs remains high material consumption and significant self-weight. An option for optimizing the traditional solution is the inclusion of non-removable inserts-hollow-out in the design and displacement of part of the heavy concrete. The lightweight design has higher technical and economic indicators, but the development of experimental foundations for widespread application in practice is required. The paper presents the results of an experimental study of lightweight reinforced concrete structures, and the influence of non-removable hollow-out inserts on the load-bearing capacity, stiffness and crack resistance is shown on the example of spherical inserts.

Keywords: flexural reinforced concrete element, lightweight reinforced concrete structure, optimization, non-removable void-forming elements, inserts, concrete consumption, load-bearing capacity, stiffness, crack resistance

Список использованных источников

  1. Байшев А. Ю., Байшев Ю. П., Голубева Е. А. и др. Инновационные подходы к архитектурно-строительному проектированию железобетонных перекрытий многоэтажных зданий // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. — 2017. — № 1 (32). — С. 69–73: [сайт] — URL: https://uniip.ru/wp-content/uploads/2018/12/13_1_2017_st.pdf (дата обращения: 16.07.2025).
  2. Землянский А. А., Жуков А. Н., Булавина Д. А. Опыт натурного испытания железобетонных ребристых плит // Академический вестник УралНИИпроект РААСН. — 2019. — № 4 (43). — С. 79–82. — DOI: 10.25628/UNIIP.2019.43.4.014
  3. Кузнецов В. С., Шапошниковa Ю. А. Структура стоимости материалов в ребристых плитах при переменной высоте сечения // Инженерный вестник Дона. — 2022. — № 3 (87). — С. 421–432: [сайт] — URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_5__3_Kuznetsov_Shaposhnikova_Stoimost3.pdf_d493c19c4c.pdf (дата обращения: 16.07.2025).
  4. Маилян Д. Р., Меретуков З. А., Беляев А. В., Умаров Р. Г. Особенности деформационного расчета трехслойных железобетонных плитных конструкций // Инженерный вестник Дона. — 2020. — № 10 (70). — С. 302–311: [сайт] — URL: http://ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_21__10_Mailyan_Meretukov.pdf_9c6c5236b0.pdf (дата обращения: 16.07.2025).
  5. Тамразян А. Г., Долганов А. И., Калеев Д. И. и др. К вероятностной оценке надежности железобетонных многопустотных панелей перекрытия // Изв. высш. учеб. заведений. Технология текстильной промышленности. — 2017. — № 4 (370). — С. 267–271: [сайт] — URL: https://www.researchgate.net/publication/339286276_Review_of_modern_optimization_methods_for_bearing_systems_of_buildings_and_structures (дата обращения: 16.07.2025).
  6. Тереза Е. А., Егоров П. И. Монолитные плиты перекрытия с пустотообразователями различной формы // Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса. — 2015. — № 1. — С. 335–338: [сайт] — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25037875 (дата обращения: 16.07.2025).
  7. Топчий Д. В., Болотова А. С., Васильева Ю. А. Технологический процесс устройства монолитных железобетонных перекрытий с вкладышами-пустотообразователями на примере технологии «COBIAX» // Перспективы науки. — 2019. — № 2 (113). — С. 61–67: [сайт] — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=37132954 (дата обращения: 16.07.2025).
  8. Тошин Д. С., Булгаков М. Е., Жданов Д. Г. Несущая способность железобетонных балок, облегченных несъемными сферическими пустотообразователями // Эксперт: теория и практика. — 2024. — № 1 (24). — С. 61–66: [сайт] — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=64032905 (дата обращения: 16.07.2025).
  9. Тошин Д. С., Долгополов Д. А. Прочность, жесткость и трещиностойкость модели облегченной плитной конструкции со сферическими пустотообразователями // Градостроительство и архитектура. — 2023. — Т. 13. — № 1 (50). — С. 10–16: [сайт] — URL: https://journals.eco-vector.com/2542–0151/article/view/109383/ru_RU (дата обращения: 16.07.2025).
  10. Belyaev A. V., Nesvetaev G. V., Mailyan D. R. Design features of three-layer slab reinforced concrete structures // Materials Science Forum. — 2018. — Vol. 931. — P. 264–268: [сайт] — URL: https://www.researchgate.net/publication/327852471_Design_Features_of_Three-Layer_Slab_Reinforced_Concrete_Structures (дата обращения: 16.07.2025).
  11. Bugaevsky S., Sinkovskaya E., Ignatenko A. et al. Creation of reinforced concrete structures of a complex geometric shape // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. — 2020. — Т. 15. — № 2. — P. 242–257: [сайт] — URL: https://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2020/jeas_0120_8090.pdf (дата обращения: 16.07.2025).
  12. Fouad A. S., Ezzeldin M., Assem A. A novel framework for the application of topology in lightweight structures // Architecture and Engineering. — 2024. — Т. 9. — № 3. — P. 3–14: [сайт] — URL: https://aej.spbgasu.ru/index.php/AE/article/view/1242 (дата обращения: 16.07.2025).
  13. Guo L., Deng M., Zhang W. et al. Flexural behavior of textile reinforced mortar-autoclaved lightweight aerated concrete composite panels // Frontiers of Structural and Civil Engineering. — 2024. — Т. 18. — № 5. — P. 776–787: [сайт] — URL: https://academic.hep.com.cn/fsce/CN/Y2024/V18/I5/776 (дата обращения: 16.07.2025).
  14. Ivashenko Yu. A., Serebrennikova E. N., Malikov D. A.et al. Experimental studies of lightweight reinforced concrete frame for sustainable construction // Bull. of South Ural State University. Series: Construction Engineering and Architecture. — 2022. — Т. 22. — № 3. — P. 24–34: [сайт] — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49371653 (дата обращения: 16.07.2025).
  15. Ivashenko Yu. A., Sonin S. A. A numerical study of the performance of a combined floor panel // Bull. of South Ural State University. Series: Construction Engineering and Architecture. — 2022. — Т. 22. — № 4. — P. 5–14: [сайт] — URL: https://sciup.org/a-numerical-study-of-the-performance-of-a-combined-floor-panel-147239260 (дата обращения: 16.07.2025).
  16. Călin S., Asăvoaie C., Florea N. 2010. Issues for achieving an experimental model concerning bubble deck concrete slab with spherical gaps // BULETINUL INSTITUTULUI POLITEHNIC DIN IAŞI Publicat de Universitatea Tehnică «Gheorghe Asachi» din Iaşi Tomul LVI (LX), Fasc. 2, 2010 Secţia CONSTRUCŢII. ĂRHITECTURĂ. — P. 19–26: [сайт] — URL: https://www.researchgate.net/publication/43763827_Issues_for_Achieving_an_Experimental_Model_Concerning_Bubble_Deck_Concrete_Slab_with_Spherical_Gaps (дата обращения: 16.07.2025).
  17. Jiin-Po Yeh, Ren-Pei Yang. Optimal design of continuous reinforced concrete beams using neural networks // Transactions on Machine Learning and Artificial Intelligence. — 2015. — August. — DOI: 3.10.14738/tmlai.34.1303
  18. Yusupov R., Usmankhodjayeva L., Alimov Kh. et al. The resistance of pre-stressed formwork-free floor slabs to the action of short-term static loads // Universum: технические науки. — 2024. — № 10 (127). — С. 67–73: [сайт] — URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18450 (дата обращения: 16.07.2025).

References

  1. Bajshev A. Yu., Bajshev Yu. P., Golubeva E. A. i dr. Innovacionnye podhody k arhitekturno-stroitel‘nomu proektirovaniyu zhelezobetonnyh perekrytij mnogoetazhnyh zdanij // Akademicheskij vestnik UralNIIproekt RAASN. — 2017. — № 1 (32). — S. 69–73: [sajt] — URL: https://uniip.ru/wp-content/uploads/2018/12/13_1_2017_st.pdf (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  2. Zemlyanskij A. A., Zhukov A. N., Bulavina D. A. Opyt naturnogo ispytaniya zhelezobetonnyh rebristyh plit // Akademicheskij vestnik UralNIIproekt RAASN. — 2019. — № 4 (43). — S. 79–82. — DOI: 10.25628/UNIIP.2019.43.4.014.
  3. Kuznecov V. S., Shaposhnikova Yu. A. Struktura stoimosti materialov v rebristyh plitah pri peremennoj vysote secheniya // Inzhenernyj vestnik Dona. — 2022. — № 3 (87). — S. 421–432: [sajt] — URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_5__3_Kuznetsov_Shaposhnikova_Stoimost3.pdf_d493c19c4c.pdf (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  4. Mailyan D. R., Meretukov Z. A., Belyaev A. V., Umarov R. G. Osobennosti deformacionnogo rascheta trekhslojnyh zhelezobetonnyh plitnyh konstrukcij // Inzhenernyj vestnik Dona. — 2020. — № 10 (70). — S. 302–311: [sajt] — URL: http://ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD_21__10_Mailyan_Meretukov.pdf_9c6c5236b0.pdf (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  5. Tamrazyan A. G., Dolganov A. I., Kaleev D. I. i dr. K veroyatnostnoj ocenke nadezhnosti zhelezobetonnyh mnogopustotnyh panelej perekrytiya // Izv. vyssh. ucheb. zavedenij. Tekhnologiya tekstil‘noj promyshlennosti. — 2017. — № 4 (370). — S. 267–271: [sajt] — URL: https://www.researchgate.net/publication/339286276_Review_of_modern_optimization_methods_for_bearing_systems_of_buildings_and_structures (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  6. Tereza E. A., Egorov P. I. Monolitnye plity perekrytiya s pustotoobrazovatelyami razlichnoj formy // Dal‘nij Vostok: problemy razvitiya arhitekturno-stroitel‘nogo kompleksa. — 2015. — № 1. — S. 335–338: [sajt] — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=25037875 (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  7. Topchij D. V., Bolotova A. S., Vasil‘eva Yu. A. Tekhnologicheskij process ustrojstva monolitnyh zhelezobetonnyh perekrytij s vkladyshami-pustotoobrazovatelyami na primere tekhnologii «COBIAX» // Perspektivy nauki. — 2019. — № 2 (113). — S. 61–67: [sajt] — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=37132954 (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  8. Toshin D. S., Bulgakov M. E., Zhdanov D. G. Nesushchaya sposobnost‘ zhelezobetonnyh balok, oblegchennyh nes»emnymi sfericheskimi pustotoobrazovatelyami // Ekspert: teoriya i praktika. — 2024. — № 1 (24). — S. 61–66: [sajt] — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=64032905 (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  9. Toshin D. S., Dolgopolov D. A. Prochnost‘, zhestkost‘ i treshchinostojkost‘ modeli oblegchennoj plitnoj konstrukcii so sfericheskimi pustotoobrazovatelyami // Gradostroitel‘stvo i arhitektura. — 2023. — T. 13. — № 1 (50). — S. 10–16: [sajt] — URL: https://journals.eco-vector.com/2542–0151/article/view/109383/ru_RU (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  10. Belyaev A. V., Nesvetaev G. V., Mailyan D. R. Design features of three-layer slab reinforced concrete structures // Materials Science Forum. — 2018. — Vol. 931. — S. 264–268: [sajt] — URL: https://www.researchgate.net/publication/327852471_Design_Features_of_Three-Layer_Slab_Reinforced_Concrete_Structures (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  11. Bugaevsky S., Sinkovskaya E., Ignatenko A. et al. Creation of reinforced concrete structures of a complex geometric shape // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. — 2020. — T. 15. — № 2. — P. 242–257: [sajt] — URL: https://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2020/jeas_0120_8090.pdf (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  12. Fouad A. S., Ezzeldin M., Assem A. A novel framework for the application of topology in lightweight structures // Architecture and Engineering. — 2024. — T. 9. — № 3. — P. 3–14: [sajt] — URL: https://aej.spbgasu.ru/index.php/AE/article/view/1242 (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  13. Guo L., Deng M., Zhang W. et al. Flexural behavior of textile reinforced mortar-autoclaved lightweight aerated concrete composite panels // Frontiers of Structural and Civil Engineering. — 2024. — T. 18. — № 5. — P. 776–787: [sajt] — URL: https://academic.hep.com.cn/fsce/CN/Y2024/V18/I5/776 (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  14. Ivashenko Yu. A., Serebrennikova E. N., Malikov D. A.et al. Experimental studies of lightweight reinforced concrete frame for sustainable construction // Bull. of South Ural State University. Series: Construction Engineering and Architecture. — 2022. — T. 22. — № 3. — P. 24–34: [sajt] — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49371653 (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  15. Ivashenko Yu. A., Sonin S. A. A numerical study of the performance of a combined floor panel // Bull. of South Ural State University. Series: Construction Engineering and Architecture. — 2022. — T. 22. — № 4. — P. 5–14: [sajt] — URL: https://sciup.org/a-numerical-study-of-the-performance-of-a-combined-floor-panel-147239260 (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  16. Călin S., Asăvoaie C., Florea N. 2010. Issues for achieving an experimental model concerning bubble deck concrete slab with spherical gaps // BULETINUL INSTITUTULUI POLITEHNIC DIN IAŞI Publicat de Universitatea Tehnică «Gheorghe Asachi» din Iaşi Tomul LVI (LX), Fasc. 2, 2010 Secţia CONSTRUCŢII. ĂRHITECTURĂ. — P. 19–26: [sajt] — URL: https://www.researchgate.net/publication/43763827_Issues_for_Achieving_an_Experimental_Model_Concerning_Bubble_Deck_Concrete_Slab_with_Spherical_Gaps (data obrashcheniya: 16.07.2025).
  17. Jiin-Po Yeh, Ren-Pei Yang. Optimal design of continuous reinforced concrete beams using neural networks // Transactions on Machine Learning and Artificial Intelligence. — 2015. — August. — DOI: 3.10.14738/tmlai.34.1303.
  18. Yusupov R., Usmankhodjayeva L., Alimov Kh. et al. The resistance of pre-stressed formwork-free floor slabs to the action of short-term static loads // Universum: tekhnicheskie nauki. — 2024. — № 10 (127). — S. 67–73: [sajt] — URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18450 (data obrashcheniya: 16.07.2025).