sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2024-21-3-436-451TGHGZXsibadi-1836Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАCONSTRUCTION AND ARCHITECTUREМетодика расчета сталежелезобетонного пролетного строения моста с разделением материала по нейтральной осиCalculation method for a steel-reinforced concrete bridge span structure with material separation along the neutral axishttps://orcid.org/0009-0001-4790-1688БелокопытовА. С.BelokopytovA. S.

Белокопытов Артем Сергеевич – аспирант, старший преподаватель кафедры мостов и тоннелей; инженер-проектировщик

644050, г. Омск, просп. Мира, д. 5

Artem S. Belokopytov – Post-graduate student, senior lecturer of the Bridges and Tunnels Department; design engineer

Omsk, 5 Prospekt Mira, 644050

a.sbel@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2044-3242УткинВ. А.UtkinV. A.

Уткин Владимир Александрович – д-р техн. наук, доц. кафедры мостов и тоннелей

644050, г. Омск, просп. Мира, д. 5

Vladimir A. Utkin – Dr. of Sci., Associate Professor, Bridges and Tunnels Department

Omsk, 5 Prospekt Mira, 644050

prof.utkin@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7362-0399МатвеевС. А.MatveevS. A.

Матвеев Сергей Александрович – д-р техн. наук, проф. кафедры мостов и тоннелей

644050, г. Омск, просп. Мира, д. 5

Scopus: 56297305000; Researcher ID (WoS): Y-3137-2018

Sergey A. Matveev – Dr. of Sci., Professor, Bridges and Tunnels Department

Omsk, 5 Prospekt Mira, 644050

Scopus ID: 56297305000; Researcher ID (WoS): Y-3137-201

dfsibadi@mail.ruСибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ); ООО ПРОЕКТНО-ИНЖИНИРИНГОВАЯ КОМПАНИЯ «МОСТОВИК»РоссияSiberian State Automobile and Highway University (SibADI); OOO MOSTOVIK DESIGN ENGINEERINGRussian FederationСибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)РоссияSiberian State Automobile and Highway University (SibADI)Russian Federation202418062024213436451Copyright © Белокопытов А.С., Уткин В.А., Матвеев С.А., 20242024Белокопытов А.С., Уткин В.А., Матвеев С.А.Belokopytov A.S., Utkin V.A., Matveev S.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/1836Введение

Введение. В сталежелезобетонных пролетных строениях прочность железобетона используется не полностью из-за двухстадийного включения в работу поперечного сечения и нерационального распределения материалов сечения. Чтобы повысить эффективность работы используемых материалов, предлагается объединять стальную и железобетонную часть по нейтральной оси поперечного сечения. При такой конструкции поперечного сечения сталь будет находиться всегда в растянутой зоне, а бетон в сжатой. Реализовать такую конструкцию возможно при сооружении пролетного строения в одну стадию из сталежелезобетонных блоков заводского изготовления.

Материалы и методы

Материалы и методы. Реализовать методику расчета с разделением материала по нейтральной оси возможно при организации монтажа пролетного строения в одну стадию, приняв, что сечение пролетного строения работает в упругой стадии, и выполняя законы строительной механики. Чтобы охватить особенности расчета разрезных и неразрезных пролётных строений, принята консольно-балочная статическая схема.

Результаты

Результаты. Представленные результаты аналитического расчета позволяют оценить расход материалов при изготовлении пролетного строения. Расход стали исследуемого пролетного строения – 6,12 т/п.м., расход железобетона – 6,54 м3/п.м.

Монтаж пролетного строения. Описан монтаж пролетного строения с учетом особенностей конструкции.

Выводы

Выводы. Определена оптимальная статическая схема пролетного строения. Разработана методика расчета сталежелезобетонного пролетного строения с разделением материала по нейтральной оси. Выполнен аналитический расчет по подбору геометрических параметров поперечных сечений пролетного строения.

Introduction

Introduction. In steel-reinforced concrete spans, the strength of reinforced concrete is not fully used due to the twostage inclusion of the cross section in the work and the irrational distribution of materials in the section. To increase the efficiency of the materials used, it is proposed to combine the steel and reinforced concrete parts along the neutral axis of the cross section. With such a cross-section design, the steel will always be in the tension zone, and the concrete in the compression zone. It is possible to implement such a design by constructing a span in one stage from prefabricated steel-reinforced concrete blocks.

Materials and methods

Materials and methods. It is possible to implement the calculation method with the separation of the material along the neutral axis when organizing the installation of the span structure in one stage, assuming that the section of the span structure operates in the elastic stage and following the laws of structural mechanics. To cover the features of the calculation of split and continuous span structures, a cantilever-beam static scheme was adopted.

Results

Results. The presented results of analytical calculations make it possible to estimate the consumption of materials in the manufacture of the span. The steel consumption of the span under study is 6.12 t/lm, the reinforced concrete consumption is 6.54 m3/lm.

Installation of the span

Installation of the span. The installation of the span is described, considering the design features.

Conclusions

Conclusions. The optimal static layout of the span structure has been determined. A method for calculating a steel-reinforced concrete span with material separation along the neutral axis has been developed. An analytical calculation was performed to select the geometric parameters of the cross sections of the span.

мостсталежелезобетонпролетное строениенейтральная осьметодика расчета пролетного строения мостаплита проезжей частиbridgesteel-reinforced concretesuperstructureneutral axismethod for calculating the bridge superstructureroadway slabReferencesКозак Н.В. Экспериментальное исследование режима работы гибких штыревых упоров сталежелезобетонного пролётного строения существующего автодорожного моста // Транспортные сооружения. 2022. Т. 9, № 1. DOI 10.15862/07SATS122. EDN CLALTW.Kozak N.V. Operating regime investigational study of steel-reinforced concrete superstructure flexible pin stops of the existing road bridge. Russian Journal of Transport Engineering. 2022; Vol. 9, No. 1. (In Russ.) DOI 10.15862/07SATS122. EDN CLALTW.Козак Н.В. Комплексный анализ существующих методик проверки выносливости гибких штыревых упоров сталежелезобетонных автодорожных мостов по нормативам ряда стран // Транспортные сооружения. 2021. Т 8, № 2. С. 10SATS221. URL: https://t-s.today/10SATS221.html (дата обращения: 24.12.2021). DOI: 10.15862/10SATS221 EDN: MRLPEFKozak N.V. Comprehensive analysis of existing endurance testing methods of flexible dowel crutches of composite reinforced concrete road bridges according to the standards of a number of countries. Russian Journal of Transport Engineering. 2021; Vol. 8, No. 2: 10SATS221. (In Russ.) Available at: https:// t-s.today/10SATS221.html (Accessed on: 24.12.2021). DOI: 10.15862/10SATS221. EDN: MRLPEF.Козлов А.В. Расчет сталежелезобетонных мостов с учетом сдвига плиты по верхнему поясу балки // Строительная механика и конструкции. 2018. № 4. С. 64–71. URL: item.asp?id=36545559 (дата обращения: 24.12.2021). EDN: YPUHVJKozlov A.V. Calculation of Steel-Reinforced Concrete Bridges Considering the Shear of the Plate Along the Upper Flange of the Beam. Stroitel’naja mehanika i konstrukcii. 2018; No. 4: 64–71. (In Russ.) Available at: item.asp?id=36545559 (accessed: 24.12.2021). EDN: YPUHVJ.Веселов В.В. Применение сталежелезобетонных конструкций в мостовых сооружениях // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2023. Т. 20, № 3. С. 633–644. DOI 10.20295/1815-588X-2023-3-633-644. EDN HGPJAF.Veselov V.V. Application of Steel-Reinforced Concrete Structures in Bridge Constructions. Journal «Proceedings of Petersburg Transport University». 2023; Vol. 20, No. 3: 633–644. (In Russ.) DOI 10.20295/1815-588X-2023-3-633-644. EDN HGPJAF.Мирсаяпов И.Т., Валиев А.Т. Исследование напряженно-деформированного состояния сталежелезобетонных балок нового типа железнодорожных мостов // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. № 1(63). С. 31–42. DOI 10.52409/20731523_2023_1_31. EDN ECDUWC.Mirsayapov I.T., Valiev A.T. Research on the Stress-Strain State of New Type SteelReinforced Concrete Beams for Railway Bridges. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2023; 1(63): 31–42. (In Russ.) DOI 10.52409/20731523_2023_1_31. EDN ECDUWC.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.Babalich V.S., Androsov E.N. Steel-Reinforced Concrete Constructions and Their Prospects for Use in Russian Construction Practice. Uspehi sovremennoj nauki. 2017; Vol. 4, No. 4: 205–208. (In Russ.) EDN YROOWX.Панова А.С., Сергеев Е.И. Особенности расчета сталежелезобетонных конструкций // Научный взгляд в будущее. 2019. Т. 1, № 14. С. 72–75. DOI 10.30888/2415-7538.2019-14-01-005. EDN CLPEEU.Panova A.S., Sergeev E.I. Features of Calculating Steel-Reinforced Concrete Structures. Nauchnyj vzgljad v budushhee. 2019; Vol. 1, No. 14: 72–75. DOI 10.30888/2415-7538.2019-14-01-005. (In Russ.) EDN CLPEEU.Голованов В.А., Иванов Г.П. Анализ конструктивных решений малых мостов, выполненных из сталежелезобетона // Студенческий. 2019. № 25-1(69). С. 13–16. EDN SOIPXK.Golovanov V.A., Ivanov G.P. Analysis of Structural Solutions for Small Bridges Made of SteelReinforced Concrete. Studencheskij. 2019; No. 251(69): 13–16. (In Russ.) EDN SOIPXK.Ngoc-Long T., Van-Phuc Ph., Morozov V. Investigating the corrosion initiation process in reinforced concrete structures under the impact of climate change // Architecture and Engineering. 2021. Vol. 6, No. 2. P. 37–44. DOI 10.23968/2500-00552021-6-2-37-44. EDN SHOTRV.Ngoc-Long T., Van-Phuc Ph., Morozov V. Investigating the corrosion initiation process in reinforced concrete structures under the impact of climate change. Architecture and Engineering. 2021; Vol. 6, No. 2: 37–44. DOI 10.23968/2500-0055-20216-2-37-44. EDN SHOTRV.Pavlov A., Khegay A., Khegay T.Analysis of bending steel fiber reinforced concrete elements with a stress-strain model // Architecture and Engineering. 2020. Vol. 5, No. 3. P. 14–21. DOI 10.23968/25000055-2020-5-3-14-21. EDN FMJAIK.Pavlov A., Khegay A., Khegay T.Analysis of bending steel fiber reinforced concrete elements with a stress-strain model. Architecture and Engineering. 2020; Vol. 5, No. 3: 14–21. DOI 10.23968/2500-00552020-5-3-14-21. EDN FMJAIK.Johnson R.P. Resistance of stud shear connectors to fatigue // Journal of Constructional Steel Research. 2000. Т 56. No. 2. pp. 101–116. Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0143974X99000826 (дата обращения: 10.12.2021). DOI: 10.1016/S0143-974X(99)00082-6Johnson R.P. Resistance of stud shear connectors to fatigue. Journal of Constructional Steel Research. 2000; Т 56. no 2: 101–116. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0143974X99000826 (accessed: 10.12.2021). DOI: 10.1016/S0143-974X(99)00082-6Hassanin A.I., Shabaan H.F., Elsheikh A.I. The Effects of Shear Stud Distribution on the Fatigue Behavior of Steel-Concrete Composite Beams // Arabian Journal for Science and Engineering. 2020. Т 45. No. 10. pp. 8403-8426. Режим доступа: https://link.springer.com/article/ (дата обращения: 10.12.2021). DOI: 10.1007/s13369-020-04702-4Hassanin A.I., Shabaan H.F., Elsheikh A.I. The Effects of Shear Stud Distribution on the Fatigue Behavior of Steel-Concrete Composite Beams. Arabian Journal for Science and Engineering. 2020; Т 45. No 10: 8403-8426. Available at: https://link.springer.com/article/ (accessed: 10.12.2021). DOI: 10.1007/s13369-020-04702-4Henderson I.E.J., Zhu X.Q., Uy B., Mirza O. Dynamic behaviour of steel-concrete composite beams with different types of shear connectors. Part I: Experimental study // Engineering Structures. 2015. Т 130. No. 15. pp. 298–307. Режим доступа: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141029615005404 (дата обращения: 10.12.2021). DOI: 10.1016/j.engstruct.2015.08.035Henderson I.E.J., Zhu X.Q., Uy B., Mirza O. Dynamic behaviour of steel-concrete composite beams with different types of shear connectors. Part I: Experimental study. Engineering Structures. 2015; Т 130. No 15: 298–307. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141029615005404 (accessed: 10.12.2021). DOI: 10.1016/j.engstruct.2015.08.035Xu C., Sugiura K., Su Q. Fatigue Behavior of the Group Stud Shear Connectors in Steel-Concrete Composite Bridges. Journal of Bridge Engineering. 2018. Т 23. No. 8. P. 4018055. Режим доступа: https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29BE.1943-5592.0001261 (дата обращения: 24.12.2021). DOI: 10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001261Xu C., Sugiura K., Su Q. Fatigue Behavior of the Group Stud Shear Connectors in SteelConcrete Composite Bridges. Journal of Bridge Engineering. 2018; Т 23. No 8: 4018055. Available at: https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE% 29BE.1943-5592.0001261 (accessed: 24.12.2021). DOI: 10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001261Xue W., Ding M., Wang H., Luo Z. Static Behavior and Theoretical Model of Stud Shear Connectors // Journal of Bridge Engineering. 2008. Т 13. No 6. pp. 623–634. Режим доступа: https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%2910840702%282008%2913%3A6%28623%29 (дата обращения: 24.12.2021). DOI: 10.1061/(ASCE)1084-0702(2008)13Xue W., Ding M., Wang H., Luo Z. Static Behavior and Theoretical Model of Stud Shear Connectors. Journal of Bridge Engineering. 2008; Т 13. No 6: 623–634. Available at: https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%2910840702%282008%2913%3A6%28623%29 (accessed: 24.12.2021). DOI: 10.1061/(ASCE)1084-0702(2008)13Wang B., Huang Q., Liu X. Comparison of Static and Fatigue Behaviors between Stud and Perfobond Shear Connectors // KSCE Journal of Civil Engineering. 2019. Т 23. No. 1. pp. 217–227. Режим доступа: https://link.springer.com/article/ (дата обращения: 24.12.2021). DOI: 10.1007/s12205-018-1303-0Wang B., Huang Q., Liu X. Comparison of Static and Fatigue Behaviors between Stud and Perfobond Shear Connectors. KSCE Journal of Civil Engineering. 2019; Т 23. No 1: 217–227. Available at: https://link.springer.com/article/ (accessed: 24.12.2021). DOI: 10.1007/s12205-018-1303-0Steven L.S., Rajan S., Steel bridges with double composite action // Transportation Research Record. Journal of the Transportation Research Board. 1696(1): pp.299–309, January 2000.Steven L.S., Rajan S., Steel bridges with double composite action. Transportation Research Record. Journal of the Transportation Research Board. 1696(1): pp. 299–309, January 2000.DU G., Pettersson, L., Karoumi, R., Steel soil composite bridge: an alternative design solution for short-span bridge towards sustainability // Archives of institute of civil engineering. 2017. Vol 23. pp. 45–52.DU G., Pettersson, L., Karoumi, R., Steel soil composite bridge: an alternative design solution for short-span bridge towards sustainability. Archives of institute of civil engineering. 2017; Vol 23:45–52.Subramanian N., Transportation Infrastructure Needs and Developments // New Building Materials & Construction World (NBM & CW). 2011. Vol.17, No. 3. pp. 106–124.Subramanian N., Transportation Infrastructure Needs and Developments. New Building Materials & Construction World (NBM & CW). 2011; Vol.17, No.3: 106–124.Reese G.A. Innovative Applications of Precast Concrete to Complex Bridge Projects in Colorado // Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board, 2010. 2200(1). DOI: 10.3141/2200-18Reese G.A. Innovative Applications of Precast Concrete to Complex Bridge Projects in Colorado. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board. 2010. 2200(1). DOI: 10.3141/2200-18Уткин В.А. Регулирование положения нейтральной оси при проектировании сечений сталежелезобетонных пролетных строений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2011. № 4(22). С. 39–42. EDN PBIJVF.Utkin V.A. Regulation of the Neutral Axis Position in the Design of Steel-Concrete Composite Bridge Sections. Vestnik SibADI. 2011; No. 4(22): 39–42. EDN PBIJVF.

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