Неразрезные балочные системы с комбинированным армированием

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

А. Д. Рахмонов              В. М. Поздеев          Н. П. Соловьев   

 
 
 
 

НЕРАЗРЕЗНЫЕ  

БАЛОЧНЫЕ СИСТЕМЫ  

С КОМБИНИРОВАННЫМ  

АРМИРОВАНИЕМ 

 

 

Монография 

 
 
 
 
 

Йошкар-Ола  

ПГТУ  
2017 

УДК 624.016.5 
ББК  38.77 

Р 27 

 

Рецензенты: 

Низомов Дж. Н., доктор технических наук, профессор,  

член-корреспондент Академии наук Республики Таджикистан,  
зав. лабораторией теории сейсмостойкости и моделирования  

Института геологии, сейсмостойкого строительства и сейсмологии АН РТ; 

Федосов С. В., академик РААСН, доктор технических наук,  

профессор, президент ФГБОУ ВО «Ивановский государственный  

политехнический университет»; 

Ходжибоев А. А., доктор технических наук, профессор  

Таджикского технического университета имени академика М. С. Осими 

 

 
 
 

Рахмонов, А. Д. 

Р 27      Неразрезные балочные системы с комбинированным армиро
ванием / А. Д. Рахмонов, В. М. Поздеев, Н. П. Соловьев. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2017. – 184 с.  
ISBN 978-5-8158-1820-0  

 

В монографии представлена краткая история применения композит
ной арматуры в строительстве. Показаны рациональные условия использования неметаллической арматуры в балочных системах, предложен 
принцип комбинированного армирования для неразрезных балок. Разработанные методики, обобщение и анализ результатов исследования позволяют выполнять расчеты и конструирование неразрезных бетонных 
балок, армированных разными видами композитной арматуры, по прочности, жесткости и трещиностойкости.  

Для исследователей, инженеров, специалистов в области строитель
ства, проектирования зданий и сооружений, а также магистрантов и аспирантов строительных направлений и специальностей.  

УДК 624.016.5 
ББК 38.77 

 

ISBN 978-5-8158-1820-0 
© А. Д. Рахмонов, В. М. Поздеев,  
Н. П. Соловьев, 2017  
© Поволжский государственный  

                                             технологический университет, 2017 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
 

На сегодняшний день в практике проектирования и строи
тельства зданий и сооружений наблюдается тенденция расширения сферы применения композитной арматуры для армирования бетонных элементов.  

В центре внимания авторов монографии актуальная пробле
ма использования композитной арматуры в балочных системах. 
Авторы работы исследуют основной спектр достоинств базальтопластиковой арматуры, теоретически обосновывают область 
её применения в строительстве. 

Материал данной монографии призван помочь читателю 

(инженеру, проектировщику) в поиске рационального применения композитной арматуры в строительстве зданий и сооружений. 

Первая глава исследования посвящена анализу использова
ния композитной арматуры для армирования бетонных элементов. Здесь представлены основные виды и свойства композитов; 
обзор экспериментально-теоретических исследований прочности и деформативности бетонных элементов, армированных 
композитной арматурой; практическое применение композитной арматуры в бетонных конструкциях; диаграммные методы 
расчета железобетонных конструкций; современное производство композитной арматуры с учетом ресурсосбережения.  

Во второй главе приведены методика и результаты компью
терного моделирования напряженно-деформированного состояния неразрезных двухпролетных бетонных балок с комбинированным армированием. При этом особое внимание уделено 
оценке параметров, определяющих их прочность и жесткость. 

В третьей главе изложены результаты теоретических иссле
дований неразрезных балочных систем с комбинированным армированием, приведена методика их расчета.  

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследова
ниям прочности, жесткости и трещиностойкости бетонных балок с комбинированным армированием.  

В последней главе монографии приводится сравнение теоре
тических и экспериментальных результатов, изложен техникоэкономический анализ предложений по применению композитной арматуры для армирования комбинированных систем.  

Особое внимание в работе авторы уделяют процессу пере
распределения моментов между пролетными и опорным сечениями в неразрезных балках с комбинированным армированием, а 
также способам формирования таких важных их характеристик, 
как прочность, деформативность, трещиностойкость. 

В заключение авторы выражают глубокую признательность 

за рецензирование рукописи докторам технических наук, профессорам Дж. Н. Низомову, С. В. Федосову, А. А. Ходжибоеву и 
всем, чьи советы и рекомендации были учтены при подготовке 
монографии к печати, а также благодарят директора Института 
строительства и архитектуры ПГТУ В. Г. Котлова за всемерную 
помощь и поддержку при выполнении исследований.  

 
 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ  

 

CFRP 
– углепластиковая арматура  

 
(carbon fibre reinforced plastics) 

FRP 
– пластиковая арматура  

 
(fibre reinforced plastics) 

GFRP 
– стеклопластиковая арматура  

 
(glass fibre reinforced plastics) 

ААК 
– арматура арамидная композитная 

АБК 
– арматура базальтопластиковая композитная 

АКК 
– арматура комбинированная композитная 

АСК 
– арматура стеклопластиковая композитная 

АУК 
– арматура углепластиковая композитная 

БН 
– балка неразрезная 

БТ 
– балка традиционная 

ЕКБ-ФИП – Евро-Интернациональный комитет по бетону 
ИСиА 
– Институт строительства и архитектуры 

КЭ 
– конечный элемент 

МКЭ 
– метод конечных элементов 

НДС 
– напряженно-деформированное состояние 

НИИЖБ 
– Научно-исследовательский, проектно-конструктор
ский и технологический институт бетона и железобетона им. А. А. Гвоздева 

НКА 
– неметаллическая композитная арматура 

ПАН 
– полиакрилонитрильный 

ПК 
– программный комплекс 

СВМ 
– синтетический высокопрочный материал 

СИСиК 
– сектор испытания строительных конструкций 

СНиП 
– строительные нормы и правила 

СП 
– свод правил 

УВ 
– углеродное волокно 

 
 

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 

 

acrc – ширина раскрытия трещины; 
acrc,ult – предельная ширина раскрытия трещины; 
Ared, Ared,net – соответственно приведённая площадь целого 

сечения и сечения с трещиной; 

As, as – площадь сечения арматуры и защитный слой бетона; 
B – класс бетона по прочности на сжатие; 
b, h – размеры поперечного сечения стержня; 
Eb – начальный модуль деформаций бетона; 
Ered – приведённый модуль деформации железобетонного се
чения; 

Es – модуль деформации стальной арматуры; 
Ef – модуль деформации композитной арматуры; 
f, fult – расчётный и предельно допустимый прогибы балки; 
Ired, Ired,net – соответственно момент инерции приведённого се
чения без трещины и с трещиной; 

M – изгибающий момент; 
Mcrc – момент образования трещин; 
Rb – призменная прочность бетона на сжатие; 
Rbt – прочность бетона на растяжение; 
εb – полные деформации растянутого бетона; 
εb,ult – предельные деформации бетона; 
σbt, σb – напряжения в растянутом и сжатом бетоне; 
σs, σf – напряжения в растянутой стальной и композитной ар
матуре; 

х – высота сжатой зоны бетона. 
 
 
 
 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Современное строительство неразрывно связано с задачами, 

имеющими отношение к повышению эффективности строительного производства, снижению стоимости и трудоемкости технологических процессов, экономному использованию материальных и энергетических ресурсов, применению новых прогрессивных материалов, в том числе строительных конструкций, 
изготовленных с использованием нанотехнологий. Одной из 
современных задач повышения эффективности строительного 
производства является развитие направления по расширению 
применения современной композитной арматуры для армирования бетонных конструкций. 

Несмотря на то, что в России первый вид композитной по
лимерной арматуры на основе стеклопластиковых волокон появился более 70 лет назад, массового применения в строительстве новый материал не нашел.  

Использование арматуры в отдельных конструкциях и со
оружениях определялось ее специфическими свойствами:  

 коррозионной стойкостью к агрессивным средам; 
 низкой диэлектрической проницаемостью; 
 низкой теплопроводностью.  
Имелись лишь отдельные примеры армирования: 
 бетонных и деревянных конструкций, предназначенных 

для эксплуатации в агрессивных средах;  

 дорожных бетонных плит и дорожных одежд мостов;  
 бетонных конструкций, контактирующих с водой, в том 

числе в морских сооружениях.  

На тот момент стоимость композитной арматуры превышала 

цену металлических стержней, что не способствовало расширению ее производства и применения. 

В последние годы в России произошел качественный скачок 

в производстве композитной арматуры. Появились новые виды 
композитных материалов (базальтопластиковые, углепластиковые, арамидные), используемые для изготовления арматурных 
стержней в промышленных масштабах.  

Особенностью производства композитной арматуры являет
ся то, что его можно организовать на малых предприятиях при 
достаточно небольших начальных капиталовложениях, что невозможно для металлургического производства.  

Производители новой продукции начали активный поиск 

областей применения композитных материалов.  

Появились отдельные нормативные документы: технические 

условия, стандарты предприятий, рекомендации по применению 
композитной арматуры. На сегодня вышел ГОСТ на композитную полимерную арматуру [20], в СП 63.1330-2012 [124] включено дополнительное приложение «Л» с основными положениями расчета элементов с композитной арматурой, и подготовлен 
проект российского нормативного документа – «Свод правил по 
проектированию бетонных конструкций, армированных композитной арматурой» [125]. 

Увеличение объемов производства композитной арматуры 

сказалось на ее стоимости. В настоящее время цена погонного 
метра стеклопластиковых и базальтопластиковых стержней 
практически сравнялась с аналогичной продукцией из металла. 
Существенно возросла роль исследований, направленных на 
поиск и расширение областей практического применения композитной арматуры для армирования бетонных конструкций в 
строительстве.  

Особенностью композитной арматуры является повышенная 

деформативность по сравнению со стальной арматурой (модуль 
упругости композитной арматуры в 3-4 раза ниже модуля упругости стали). Это затрудняет прямую замену в конструкциях 

металлической арматуры на композитную на основании отношения прочностных характеристик так, как это производится 
при замене одного класса стальных стержней на другой.  

Для сохранения одинаковых показателей 2-й группы пре
дельных состояний в изгибаемых элементах площадь композитной арматуры необходимо увеличить по отношению к  площади 
аналогичного армирования из металлической арматуры либо 
выполнить композитное армирование с предварительным 
напряжением, что приводит к удорожанию изделий. 

Одним из новых направлений применения композитной ар
матуры является использование ее в статически неопределимых 
системах в комбинации с металлической арматурой.  

Для неразрезных балочных и плитных систем междуэтаж
ных перекрытий и покрытия зданий и сооружений предложен 
принцип комбинированного армирования: в растянутых зонах 
пролетных сечений, от которых в большей мере зависит общая 
деформативность системы, сохраняется стальная арматура, а в 
опорных сечениях, в зонах растяжения от действия отрицательных моментов, устанавливается композитная арматура [96-99].  

При установке композитной арматуры в растянутых зонах 

опорных сечений в статически неопределимых системах возникает важный вопрос метода предельного равновесия – возможность перераспределения усилий между опорными и пролетными сечениями конструкции. Данные об исследованиях и расчетах таких систем с комбинированным армированием отсутствуют. Настоящая монография – попытка в какой-то мере восполнить данный пробел. 

В связи с вышесказанным исследования, направленные на 

разработку методики расчета прочности, деформативности и 
трещиностойкости статически неопределимых изгибаемых элементов с комбинированным армированием, являются чрезвычайно актуальными, способствующими в том числе решению 

такой важной сегодня задачи, как снижение материальных и 
трудовых затрат в строительном производстве.  

В представленной монографии выявлены и раскрыты основ
ные проблемы, достоинства и недостатки, а также перспективы 
применения полимеркомпозитной (базальтопластиковой) арматуры в виде комбинированного армирования бетонных элементов каркаса здания. 

Предложены новые конструктивные решения по примене
нию композитной арматуры в статически неопределимых конструкциях в виде комбинации со стальной арматурой.  

Авторы в своем исследовании привели данные о напряжен
но-деформированном состоянии неразрезных балок с комбинированным армированием. Выявлен характер распределения изгибающих моментов на различных стадиях загружения, диапазон изменения соотношения опорного момента к пролетным 
моментам. Выполнена оценка прочности, жесткости и трещиностойкости опытных образцов при действии статических нагрузок. Результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования стали основанием для разработки методики расчета неразрезных балочных систем с комбинированным 
армированием. Достоверность разработанной методики подтверждена сравнением экспериментальных данных с данными 
аналитического расчета.