bzhbБетон и железобетонConcrete and Reinforced Concrete0005-98893034-1302АО «НИЦ «Строительство»10.37538/0005-9889-2026-2(633)-14-26ZQUGSDbzhb-281Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИПрочность элементов объединения железобетона и стали в виде арматурных стержней-упоров в комбинированных балкахStrength of reinforced concrete dowels in composite steel and concrete beamsБережнойД. В.BerezhnoyD. V.

Дмитрий Валерьевич Бережной, доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры «Теоретическая механика»

ул. Кремлевская, д. 18, к. 1, г. Казань, 420008

Dmitrii V. Berezhnoy, Doctor of Physics and Mathematics, Associate Professor, Professor of the Department of Theoretical Mechanics

Kremlevskaya str., 18, bld. 1, Kazan, 420008

berezhnoi.dmitri@mail.ruКонинД. В.KoninD. V.

Денис Владимирович Конин, доктор технических наук, заместитель директора по научной работе, заведующий лабораторией высотных зданий и сооружений

2-я Институтская ул., д. 6, к. 1, г. Москва, 109428

Denis V. Konin, Dr. Sci. (Engineering), Deputy Director of Scientific Work, Head of Laboratory of High-Rise Buildings and Structures

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428

konden@inbox.ruКрыловА. С.KrylovA. S.

Алексей Сергеевич Крылов*, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории высотных зданий и сооружений

2-я Институтская ул., д. 6, к. 1, г. Москва, 109428

Alexey S. Krylov*, Сandidate of Technical Sciences, Leading Researcher of Laboratory of High-Rise Buildings and Structures

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428

kryl07@mail.ruФеоктистовА. Л.FeoktistovA. L.

Александр Львович Феоктистов, ведущий эксперт

ул. Мира, д. 30, г. Череповец, 162608

Aleksandr L. Feoktistov, Lead Expert

162608, Cherepovets, Mira St. 30

al.feoktistov@severstal.comМорозоваД. В.MorozovaD. V.

Дарья Владимировна Морозова, младший научный сотрудник лаборатории комбинированных конструкций

2-я Институтская ул., д. 6, к. 1, г. Москва, 109428

Dariia V. Morozova, Junior Researcher of Laboratory of combined structures

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428

moroz_dk@mail.ruВоропаеваМ. И.VoropaevaM. I.

Мария Игоревна Воропаева, младший научный сотрудник лаборатории Комбинированных конструкций

2-я Институтская ул., д. 6, к. 1, г. Москва, 109428

Mariia I. Voropaeva, Junior Researcher of Laboratory of combined structures

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428

mashavoropaeva00@gmail.comМорозоваК. В.MorozovaK. V.

Ксения Владимировна Морозова, младший научный сотрудник лаборатории Комбинированных конструкций

2-я Институтская ул., д. 6, к. 1, г. Москва, 109428

Kseniia V. Morozova, Junior Researcher of Laboratory of combined structures

2nd Institutskaya str., 6, bld. 1, Moscow, 109428

ms.ksenia.morozova@mail.ruФГБОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»РоссияFederal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Kazan (Volga Region) Federal University»Russian FederationЦентральный научно-исследовательский институт строительных конструкций (ЦНИИСК) имени В.А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство»РоссияJSC Research Center of Construction TSNIISK named after V.A. KoucherenkoRussian FederationПАО «Северсталь»РоссияSeverstal PJSCRussian Federation20260606202663321426Copyright © Бережной Д.В., Конин Д.В., Крылов А.С., Феоктистов А.Л., Морозова Д.В., Воропаева М.И., Морозова К.В., 20262026Бережной Д.В., Конин Д.В., Крылов А.С., Феоктистов А.Л., Морозова Д.В., Воропаева М.И., Морозова К.В.Berezhnoy D.V., Konin D.V., Krylov A.S., Feoktistov A.L., Morozova D.V., Voropaeva M.I., Morozova K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.bzhb.ru/jour/article/view/281Введение

Введение. Обеспечение совместной работы компонентов сталежелезобетонных конструкций является важнейшей задачей при их проектировании. В настоящее время в зарубежной практике строительства набирает популярность новый вид противосдвиговых соединений, выполненных посредством пропущенных через отверстия в стенках стальных профилей арматурных стержней. Достоинствами данного технического решения является независимость от производителя упоров, относительная простота и отсутствие сварочных процессов при их установке. Также важным является возможность использования стержней-упоров в перекрытиях, в которых высота железобетонной плиты близка к высоте стальной балки.

Целью работы является разработка методики расчета на сдвиг сталежелезобетонных конструкций с применением в качестве противосдвиговых упоров арматурных стержней, пропущенных через отверстия в стальных профилях.

Материалы и методы

Материалы и методы. Разработка инженерной методики выполнена на основе результатов экспериментальных исследований и анализа существующего мирового опыта по расчету сдвиговых соединений, выполненных посредством пропущенных через отверстия в стенках стальных двутавровых профилей арматурных стержней.

Результаты

Результаты. Представлено описание исследуемых моделей, приведены особенности использованных при изготовлении моделей материалов и их характеристики. Приведены данные об экспериментальном оборудовании, схеме испытания и нагружения конструкций. Представлены общие виды и характер разрушения, графические результаты испытаний.

Выполнено сравнение теоретических и экспериментальных данных.

Выводы

Выводы. Главными факторами при определении несущей способности рассматриваемых соединений являются диаметр и прочность арматурных стержней. Прослеживается почти прямая зависимость между увеличением диаметра арматурного стержня, пропущенного сквозь отверстие, и несущей способностью модели. Изученные стержни-упоры в составе сталежелезобетонных перекрытий позволяют надежно объединять стальную и железобетонную части составной конструкции. Соединение работает на сдвиг и воспринимает существенные нагрузки вплоть до деформаций смещения 40–50 мм. На основе выполненных экспериментальных исследований разработана инженерная методика расчета прочности объединения железобетона со стальными профилями посредством арматурных стержней, пропущенных через отверстия в стенке стального профиля.

Introduction

Introduction. Connection between components of composite steel and concrete structures is the most important task in their design. Currently, a new type of anchors is popular in foreign design practice, made of reinforcing bars passed through holes in the walls of steel profiles – reinforced concrete dowels. The advantages of this technical solution are independence from the manufacturer of the anchors, relative simplicity and the absence of welding processes. It is also important to use reinforced concrete dowels in slim floors where the height of the reinforced concrete slab is close to the height of the steel beam.

The aim of the work is to develop a method for calculating reinforced concrete dowels connection.

Materials and methods

Materials and methods. The engineering methodology based on the results of experimental research and analysis of existing international experience in calculating reinforced concrete dowels connection.

Results

Results. The models are described; the features of the models, materials and their characteristics are given. The description of experimental equipment, schemes of testing and loading of structures are given. Schemes and types of fracture, graphical results tests of models are presented. A comparison of theoretical and experimental data is performed.

Conclusions

Conclusions. The main factors in determining the bearing capacity are the diameter and strength of the reinforcing bars. An almost direct relationship has been obtained between the diameter of the reinforcing bar and the bearing capacity of the model. Reinforced concrete dowels in composite steel and concrete beams make it possible to reliably combine the steel and reinforced concrete parts of the composite structure. Dowels can withstand significant loads up to 40–50 mm displacement deformations.

Based on the experimental studies carried out, an engineering methodology has been developed for calculating the strength of reinforced concrete dowels in composite steel and concrete beams.

бетонарматуражелезобетонсталежелезобетонная конструкцияупоршпонкаconcretebar reinforcementreinforced concretecomposite steel and concrete structureshear connectorsdowel actionФинансирование осуществлялось за счет средств ПАО «Северсталь».Financing was provided at the expense of Severstal PJSC.ReferencesFriberg B.F. Design of Dowels in Transverse Joints of Concrete Pavements. Amercian Society of Civil Engineers (ASCE), 1938, pp.1809–1828.Friberg B.F. Design of Dowels in Transverse Joints of Concrete Pavements. Amercian Society of Civil Engineers (ASCE), 1938, pp.1809–1828.Rasmussen B.H. The Carrying Capacity of Transversely Loaded Bolts and Dowels Embedded in Concrete. Bygningsstatiske Meddelelser, 1963, pp. 39–56.Rasmussen B.H. The Carrying Capacity of Transversely Loaded Bolts and Dowels Embedded in Concrete. Bygningsstatiske Meddelelser, 1963, pp. 39–56.Tanaka Y., Murakoshi Y. Reexamination of Dowel Behavior of Steel Bars Embedded in Concrete. American Concrete Institute (ACI) Structural Journal, 2011, pp. 659–679.Tanaka Y., Murakoshi Y. Reexamination of Dowel Behavior of Steel Bars Embedded in Concrete. American Concrete Institute (ACI) Structural Journal, 2011, pp. 659–679.Dulacska H. Dowel action of reinforcement crossing cracks in concrete. Journal of the American Concrete Institute (ACI), 1972, pp. 654–757.Dulacska H. Dowel action of reinforcement crossing cracks in concrete. Journal of the American Concrete Institute (ACI), 1972, pp. 654–757.Sorensen J.H., Hoang L.C., Olesen J.F., Fischer G. Testing and modeling dowel and catenary action in rebars crossing shear joints in RC. Engineering Structures, 2017, pp. 234–245. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.05.020Sorensen J.H., Hoang L.C., Olesen J.F., Fischer G. Testing and modeling dowel and catenary action in rebars crossing shear joints in RC. Engineering Structures, 2017, pp. 234–245. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.05.020Huo B.Y., D’Mello C. Push-out tests and analytical study of shear transfer mechanisms in composite shallow cellular floor beams. Journal of Constructional Steel Research, 2013, pp. 191–205. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2013.05.007Huo B.Y., D’Mello C. Push-out tests and analytical study of shear transfer mechanisms in composite shallow cellular floor beams. Journal of Constructional Steel Research, 2013, pp. 191–205. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2013.05.007Toi Limazie, Shiming Chen. Effective Shear Connection for Shallow Cellular Composite Floor Beams. Journal of Constructional Steel Research, 2017, vol. 128, pp. 772–778. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2016.10.010Toi Limazie, Shiming Chen. Effective Shear Connection for Shallow Cellular Composite Floor Beams. Journal of Constructional Steel Research, 2017, vol. 128, pp. 772–778. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2016.10.010Toi Limazie, Shiming Chen. FE modeling and numerical investigation of shallow cellular composite floor beams. Journal of Constructional Steel Research, 2016, vol. 119, 190–201. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2015.12.022Toi Limazie, Shiming Chen. FE modeling and numerical investigation of shallow cellular composite floor beams. Journal of Constructional Steel Research, 2016, vol. 119, 190–201. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2015.12.022Braun M. Investigation of the Load-Bearing Behaviour of CoSFB-Dowels: DISSERTATION Defence held on 11/06/2018 in Luxembourg – Luxembourg, 2018. 206 p. Available at: https://hdl.handle.net/10993/36873Braun M. Investigation of the Load-Bearing Behaviour of CoSFB-Dowels: DISSERTATION Defence held on 11/06/2018 in Luxembourg – Luxembourg, 2018. 206 p. Available at: https://hdl.handle.net/10993/36873Braun M., Hechler O., Obiala R. et al. Experimentelle Untersuchungen von Slim-Floor-Tragern in Verbundbauweise. Anwendung von tiefliegenden Betondubeln bei Slim-Floor-Konstruktionen – CoSFB. Stahlbau, 2014, vol. 83, pp. 741–749. DOI: https://doi.org/10.1002/stab.201410204Braun M., Hechler O., Obiala R. et al. Experimentelle Untersuchungen von Slim-Floor-Tragern in Verbundbauweise. Anwendung von tiefliegenden Betondubeln bei Slim-Floor-Konstruktionen – CoSFB. Stahlbau, 2014, vol. 83, pp. 741–749. DOI: https://doi.org/10.1002/stab.201410204Braun M. Anwendung von tiefliegenden Betondubeln bei Slim-Floor-Konstruktionen – CoSFB. Stahlbau, 2014, vol. 83, pp. 302–308. DOI: https://doi.org/10.1002/stab.201410154.Braun M. Anwendung von tiefliegenden Betondubeln bei Slim-Floor-Konstruktionen – CoSFB. Stahlbau, 2014, vol. 83, pp. 302–308. DOI: https://doi.org/10.1002/stab.201410154.Therese Sheehan, Xinghe Dai, Kan Zhou. Flexural behaviour of composite slim floor beams. Structures, 2019, vol. 21, pp. 22–32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.06.021Therese Sheehan, Xinghe Dai, Kan Zhou. Flexural behaviour of composite slim floor beams. Structures, 2019, vol. 21, pp. 22–32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.06.021Dai X., Lam D., Sheehan T., Yang J., Zhou K. Effect of dowel shear connector on performance of slim-floor composite shear beams. Journal of Constructional Steel Research, 2020, vol. 173, no. 2, p. 106243. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2020.106243Dai X., Lam D., Sheehan T., Yang J., Zhou K. Effect of dowel shear connector on performance of slim-floor composite shear beams. Journal of Constructional Steel Research, 2020, vol. 173, no. 2, p. 106243. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2020.106243Ahmed 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: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.01.007.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: https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.01.007.Hicks S.J., Lawson R.M. Design of Composite Beams Using Precast Concrete Slabs. Bracknell: Steel Construction Institute. 2003. 102 p. DOI: https://doi.org/10.13140/RG.2.2.23890.35529Hicks S.J., Lawson R.M. Design of Composite Beams Using Precast Concrete Slabs. Bracknell: Steel Construction Institute. 2003. 102 p. DOI: https://doi.org/10.13140/RG.2.2.23890.35529Toi Limazie, Shiming Chen. Composite slim floor beams with innovative shear connections. ICE Proceedings Structures and Buildings, 2017, vol. 171, pp. 29–37. DOI: https://doi.org/10.1680/jstbu.16.00171Toi Limazie, Shiming Chen. Composite slim floor beams with innovative shear connections. ICE Proceedings Structures and Buildings, 2017, vol. 171, pp. 29–37. DOI: https://doi.org/10.1680/jstbu.16.00171Braun M., Obiala R., Schafer M. Tragverhalten von CoSFB-Dübeln . Stahlbau, 2019, vol. 88, pp. 642– 652. DOI: https://doi.org/10.1002/stab.201900036.Braun M., Obiala R., Schafer M. Tragverhalten von CoSFB-Dübeln. Stahlbau, 2019, vol. 88, pp. 642–652. DOI: https://doi.org/10.1002/stab.201900036.Hechler O., Braun M., Obiala R., Kuhlmann U., Florian Eggert, Hauf G. CoSFB-Composite Slim-Floor Beam: Experimental Test Campaign and Evaluation. International Conference on Composite Construction in Steel and Concrete. North Queensland, 2016. DOI: https://doi.org/10.1061/9780784479735.013Hechler O., Braun M., Obiala R., Kuhlmann U., Florian Eggert, Hauf G. CoSFB-Composite Slim-Floor Beam: Experimental Test Campaign and Evaluation. International Conference on Composite Construction in Steel and Concrete. North Queensland, 2016. DOI: https://doi.org/10.1061/9780784479735.013Braun M., Hechler O., Birarda V. 140 m2 Column Free Space due to Innovative Composite Slim Floor Design. 9th International Conference on Steel Concrete Composite and Hybrid Structures. Naples, Italy, 2009. 6 p.Braun M., Hechler O., Birarda V. 140 m2 Column Free Space due to Innovative Composite Slim Floor Design. 9th International Conference on Steel Concrete Composite and Hybrid Structures. Naples, Italy, 2009. 6 p.Hanswille G., Schäfer M. Zur praktischen Ermittlung der Verformungen von Verbundträgern und Flachdeckensystemen unter Berücksichtigung der Nachgiebigkeit der Verbundfuge. Stahlbau, 2007, vol. 76, no. 11, pp. 845–854. DOI: https://doi.org/10.1002/stab.200710090Hanswille G., Schäfer M. Zur praktischen Ermittlung der Verformungen von Verbundträgern und Flachdeckensystemen unter Berücksichtigung der Nachgiebigkeit der Verbundfuge. Stahlbau, 2007, vol. 76, no. 11, pp. 845–854. DOI: https://doi.org/10.1002/stab.200710090Peikko [website]. DELTABEAM with steel decking: a perfect match for lightweight slim floor structure. URL: https://www.peikko.com/reference/hannamdong-sales-facility/Peikko [website]. DELTABEAM with steel decking: a perfect match for lightweight slim floor structure. URL: https://www.peikko.com/reference/hannamdong-sales-facility/Феоктистов А.Л. Анализ результатов международных исследований стержней-упоров из арматуры в комбинированных балках // Строительная механика и расчет сооружений. 2025. Т. 319. № 2. С. 54–63. DOI: https://doi.org/10.37538/0039–2383.2025.2.54.63.Feoktistov A.L. Analysis of international testing experience of reinforced concrete dowels in composite beams. Stroitelnaya mehanika i raschet soorusheniy [Structural mechanics and calculation of structures], 2025, no. 2 (319), pp. 54–63. (In Russian).Конин Д.В. Напряжения и сдвиг сталежелезобетонных перекрытий со сборными элементами и стальными балками // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2023. Т. 25. № 4. С. 98–115. DOI: https://doi.org/10.31675/1607–1859–2023–25–4-98–115Konin D.V. Stress and shear of steel reinforced floors with prefabricated units and steel beams. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturnostroitel’nogo universiteta – Journal of Construction and Architectur, 2023, vol. 25, no. 4, pp. 98–115. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31675/1607–1859–2023–25–4-98–115.Конин Д.В., Крылов А.С., Каприелов С.С., Чилин И.А., Ртищева И.В., Рожкова Л.С. Работа сборных перекрытий с частично обетонированными стальными балками // Теория инженерных сооружений. Строительные конструкции. 2023. Т. 108. № 4. С. 19–32. DOI: https://doi.org/10.33979/2073–7416–2023–108–4-19–32.Konin D.V., Krylov A.S., Kaprielov S.S., Chilin I.A. Rtischeva I.V., Rozhkova L.S. Bearing capacity of precast floor slabs with partially concreted steel beams. Theory of engineering structures. Building structures, 2023, vol. 108, no. 4, pp.19–32. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.33979/2073–7416–2023–108–4-19–32.

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