Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 53080 10.20295/1815-588X-2022-3-631-638 Общетехнические задачи и пути их решения GENERAL TECHNICAL PROBLEMS AND SOLUTION APPROACH Общетехнические задачи и пути их решения Beam Hybrid Structures with Metal and Composites in Transport Гибридные конструкции балок на транспорте с применением металла и композитов Веселов Виталий Владиславович Veselov Vitaliy Vladislavovich

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Saint-Petersburg Russian Federation 25 09 2022 25 09 2022 19 3 631 638 25 09 2022 https://atjournal.ru/en/nauka/article/53080/view

Цель: Выполнить анализ возможного применения гибридных и комбинированных конструкций для перекрытий зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения, в том числе на транспорте, расширить номенклатуру балочных конструкций, разработать инновационное конструктивное решение гибридной балки, обладающее низкой материалоемкостью при повышенной надежности и долговечности конструкции. Методы: Анализ преимуществ известных гибридных конструкций, применяемых для их проектирования материалов, расчет металлокомпозитной балки с применением существующих инженерных методик по СТО 38276489.003-2017 «Усиление стальных конструкций композитными материалами. Проектирование и технология производства работ» и численных методов расчета с привлечением расчетных программ. Результаты: Приводятся новые разработки балок с применением сталебетона и композитных материалов для проектируемых и усиливаемых конструкций. Разработана инновационная конструкция металлокомпозитной балки — стальная балка, усиленная системой внешнего армирования из композитного материала, защищаемая патентом на полезную модель, выполнен ее статический и конструктивный расчет с привлечением вычислительного комплекса SCAD, проанализированно напряженно-деформированное состояние, произведен анализ снижения расхода стали металлокомпозитной балки и других ее преимуществ в сравнении с традиционными решениями балок из стали и железобетона. Практическая значимость: Выявлены преимущества гибридных и комбинированных конструкций, выявлено снижение матералоемкости металлокомпозитной балки, усиленной боропластиком, в сравнении со стальной. Предложенное конструктивное решение балки может быть использовано в перекрытиях и покрытиях зданий и сооружений, транспортных сооружениях, особенно в условиях агрессивной окружающей среды, а также при капитальном ремонте и реконструкции объектов промышленного и гражданского назначения.

Purpose: To pursue the analysis of hybrid and combined frame possible usage for overlaps of buildings and structures for civil and industrial purposes, including on transport, to expand beam structure nomenclature, to develop innovative structural solution of hybrid beam with material low consumption but with frame increased reliability and durability. Methods: Analysis of the advantages of known hybrid frames, of materials, used for their projection; metal composite beam calculation using existing engineering techniques in accordance with STO 38276489.003-2017 “Strengthening of steel structures with composite materials. Projection and techniques of work production” and numerical calculation methods involving calculation software programs. Results: New workouts for beams with the use of steel concrete and composite materials for projected and strengthened structures are presented. Innovative frame of metal composite beam has been developed — steel beam strengthened with external reinforcement system of composite material, protected by a useful model patent, its static and structural calculation has been performed using SCAD computing complex; stress-strain state has been analyzed, the analysis of steel consumption reduction for a metal composite beam and of its other advantages in comparison with steel and reinforced concrete beam traditional solutions has been carried out. Practical significance: The advantages of hybrid and combined structures are revealed, the decrease in material capacity for a metal composite beam strengthened by boroplastics in comparison with a steel one is revealed. The proposed structural solution of a beam can be used in overlaps and coverings for buildings and structures, transport buildings, especially, in aggressive environment conditions as well as during major repairs and reconstruction of industrial and civil purpose facilities.

 Здание сооружение гибридная конструкция балка перекрытия металлокомпозитная балка численный расчет надежность долговечность Building frame hybrid structure overlap beam metal composite beam numerical calculation reliability durability

Веселов В. Применение сталежелезобетонных балочных конструкций в транспортном строительств / В. Веселов // Конспекты лекций по сетям и системам 402 LNS. - C. 269. - DOI: 10.1007/978-3-030-96380-4_30. Veselov V. Primenenie stalezhelezobetonnyh balochnyh konstrukciy v transportnom stroitel'stv / V. Veselov // Konspekty lekciy po setyam i sistemam 402 LNS. - C. 269. - DOI: 10.1007/978-3-030-96380-4_30. Темнов В. Сетка из раковин бионического типа для эксплуатации в экстремальных условиях обитания / В. Темнов, М. Абу-Хасан, Д. Чарник и др. // Серия конференций IOP: материаловедение и инженерия. - 2020. - С. 022023. Temnov V. Setka iz rakovin bionicheskogo tipa dlya ekspluatacii v ekstremal'nyh usloviyah obitaniya / V. Temnov, M. Abu-Hasan, D. Charnik i dr. // Seriya konferenciy IOP: materialovedenie i inzheneriya. - 2020. - S. 022023. Бикбаева, К. А. Усиление металлических конструкций композитными материалами / К. А. Бикбаева, К. С. Савинкова // Молодой ученый. - 2018. - № 11(197). - С. 71-73. Bikbaeva, K. A. Usilenie metallicheskih konstrukciy kompozitnymi materialami / K. A. Bikbaeva, K. S. Savinkova // Molodoy uchenyy. - 2018. - № 11(197). - S. 71-73. Zou X. A review on FRP-concrete hybrid sections for bridge applications / X. Zou, H. Lin, P. Feng et al. // Composite Structures. - 2021. - № 262. - P. 113336. - DOI: 10.1016/j.compstruct.2020.113336. Zou X. A review on FRP-concrete hybrid sections for bridge applications / X. Zou, H. Lin, P. Feng et al. // Composite Structures. - 2021. - № 262. - P. 113336. - DOI: 10.1016/j.compstruct.2020.113336. Ali H. T. Fiber reinforced polymer composites in bridge industry / H. T. Ali, R. Akrami, S. Fotouhi, M. Yusuf, M. Fotouhi // Structures. - 2021. - № 30. - С. 774-785. - DOI: 10.1016/j.istruc.2020.12.092. Ali H. T. Fiber reinforced polymer composites in bridge industry / H. T. Ali, R. Akrami, S. Fotouhi, M. Yusuf, M. Fotouhi // Structures. - 2021. - № 30. - S. 774-785. - DOI: 10.1016/j.istruc.2020.12.092. Веселов В. Гибридные балочные конструкции транспортных зданий / В. Веселов, К. Талантова // Конспекты лекций по сетям и системам 402 LNNS. - C. 278. - DOI: 10.1007/978-3-030-96380-4_31. Veselov V. Gibridnye balochnye konstrukcii transportnyh zdaniy / V. Veselov, K. Talantova // Konspekty lekciy po setyam i sistemam 402 LNNS. - C. 278. - DOI: 10.1007/978-3-030-96380-4_31. Егоров В. В. Усиление стальной стенки гибридной балочной строительной конструкции композитными материалами / В. В. Егоров, М. С. Абу-Хасан, А. М. Федоров // Инновационные технологии в строительстве и геоэкологии: материалы VIII Международной научно-практической интернет-конференции (23.06.2021). - С. 10-15. Egorov V. V. Usilenie stal'noy stenki gibridnoy balochnoy stroitel'noy konstrukcii kompozitnymi materialami / V. V. Egorov, M. S. Abu-Hasan, A. M. Fedorov // Innovacionnye tehnologii v stroitel'stve i geoekologii: materialy VIII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy internet-konferencii (23.06.2021). - S. 10-15. Патент № 2675002. Российская Федерация, МПК Е04С 3/294. Предварительно напряженная сталебетонная балка / В. В. Веселов, М. В. Копачева, Т. Д. Абатурова. Заявл. 21.02.2018; опубл. 14.12.2018. - Бюл. № 35. Patent № 2675002. Rossiyskaya Federaciya, MPK E04S 3/294. Predvaritel'no napryazhennaya stalebetonnaya balka / V. V. Veselov, M. V. Kopacheva, T. D. Abaturova. Zayavl. 21.02.2018; opubl. 14.12.2018. - Byul. № 35. Патент № 2627810. Российская Федерация, МПК E04C 3/07, E04C 3/293, E04В 1/30. Сталебетонная балка / В. В. Егоров, В. В. Веселов. Заявл. 19.05.2016; опубл. 11.08.2017. - Бюл. № 23. Patent № 2627810. Rossiyskaya Federaciya, MPK E04C 3/07, E04C 3/293, E04V 1/30. Stalebetonnaya balka / V. V. Egorov, V. V. Veselov. Zayavl. 19.05.2016; opubl. 11.08.2017. - Byul. № 23. Патент № 170094. Российская Федерация, МПК В66 С/00. Подкрановая балка / В. В. Веселов. Заявл. 18.10.2016; опубл. 13.04.2017. - Бюл. № 11. Patent № 170094. Rossiyskaya Federaciya, MPK V66 S/00. Podkranovaya balka / V. V. Veselov. Zayavl. 18.10.2016; opubl. 13.04.2017. - Byul. № 11. Талантова К. В. Сталефибробетон. Дизайн. Терминология / К. В. Талантова // Вестник Евразийской науки. - 2020. - Т. 12. -№ 4. - DOI: 10.15862/69SAVN420. Talantova K. V. Stalefibrobeton. Dizayn. Terminologiya / K. V. Talantova // Vestnik Evraziyskoy nauki. - 2020. - T. 12. -№ 4. - DOI: 10.15862/69SAVN420. Патент № 2745288. Российская Федерация, МПК E04C 3/29. Балка композиционной структуры / В. В. Егоров, А. М. Федоров. Заявл. 01.10.2020; опубл. 23.03.2021. - Бюл. № 9. Patent № 2745288. Rossiyskaya Federaciya, MPK E04C 3/29. Balka kompozicionnoy struktury / V. V. Egorov, A. M. Fedorov. Zayavl. 01.10.2020; opubl. 23.03.2021. - Byul. № 9. Патент № 211900. Российская Федерация, МПК E04C 3/29. Металлокомпозитная балка / В. В. Веселов, Е. И. Никонова. Заявл. 13.12.2021; опубл. 28.06.2022. - Бюл. № 19. Patent № 211900. Rossiyskaya Federaciya, MPK E04C 3/29. Metallokompozitnaya balka / V. V. Veselov, E. I. Nikonova. Zayavl. 13.12.2021; opubl. 28.06.2022. - Byul. № 19. Химическая энциклопедия: в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - Т. 1: Абл-Дар. - 623 с. Himicheskaya enciklopediya: v 5 t. / Gl. red. I. L. Knunyanc. - M.: Sovetskaya enciklopediya, 1988. - T. 1: Abl-Dar. - 623 s.