Натурные испытания бескапительной сталефибробетонной плиты с комбинированным армированием

Введение. В практике строительства применение сталефибробетона (СФБ) в бескапительных безригельных плитах перекрытия ограничено, несмотря на его потенциал повышения трещиностойкости и снижения трудоёмкости армирования. В данной работе рассматривается конструкция с комбинированным армированием, сочетающим стальную фибру и локальное стержневое армирование.

Цель. Экспериментально подтвердить работоспособность и несущую способность бескапительной плиты из СФБ с комбинированным армированием на основе натурных испытаний.

Материалы и методы. Испытания выполнены на полноразмерной плите перекрытия локального очистного сооружения в возрасте 30 суток. Использован бетон класса B30 и стальная фибра Hendix® Prime 75/52 в количестве 70 кг/м[3] . Нагрузка прикладывалась ступенчато в центре пролёта на площадке 1,5 × 3,0 м. Максимальная нагрузка составила 15,5 тс (3,45 тс/м[2] ). Для обоснования эквивалентности нагрузок использовалась конечно-элементная модель и упругий расчёт по первой группе предельных состояний.

Результаты. Установлено, что плита работает упруго до 65 % максимальной нагрузки. При дальнейшем нагружении наблюдается снижение жёсткости и нелинейный рост прогибов (до 2,10 мм), при этом трещинообразование визуально не выявлено. После разгрузки остаточная деформация составила 0,14 мм.

Выводы. Полученные результаты подтверждают возможность эффективного применения СФБ с комбинированным армированием в бескапительных плитах. Конструкция обеспечивает требуемую несущую способность и трещиностойкость при снижении объёма традиционного армирования, что делает данный подход перспективным для практического применения.

1. Pujadas P., Blanco A., de la Fuente A., Aguado A. Cracking behavior of FRC slabs with traditional reinforcement. Materials and Structures, 2012, vol. 45, pp. 707–725. DOI: https://doi.org/10.1617/s11527-011-9791-0.

2. Клюев А.В. Сталефибробетон для сборно-монолитного строительства // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. № 2. С. 60–63. EDN: NYATIP.

3. Groli G., Caldentey A.P. Improving cracking behaviour with recycled steel fibres targeting specific applications – analysis according to fib Model Code 2010. Structural Concrete, 2017, vol. 18, pp. 29–39. DOI: https://doi.org/10.1002/suco.201500170.

4. Гонов М.Е. Механические свойства фибробетонов при динамическом сжатии // Проблемы прочности и пластичности. 2022. Т. 84. № 1. С.130–148. DOI: https://doi.org/10.32326/1814-9146-2022-84-1-130-148. EDN: CRBUYR.

5. Камалова К.Д. Исследование усиления фибробетоном узлов монолитных железобетонных рамно-стержневых систем многоэтажных зданий при аварийных воздействиях // Научный электронный журнал «Меридиан». 2020. Т. 37. № 3. С. 465–467. EDN: WJLLDO. URL: https://meridian-journal.ru/site/article5be0/

6. Groli G., Pérez A., Marchetto F., Aríñez F. Serviceability performance of FRC columns under imposed displacements : An experimental study. Engineering Structures, 2015, vol. 101, pp. 450–464. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2015.07.035.

7. Vasanelli E., Micelli F., Aiello M.A., Plizzari G. Crack width prediction of FRC beams in short and long term bending condition. Materials and Structures, 2014, vol. 47, pp. 39–54. DOI: https://doi.org/10.1617/s11527-013-0043-3.

8. Teng T., Chu Y-A, Chang F-A, Shen B-C, Cheng D-S. Development and validation of numerical model of steel fiber reinforced concrete for high-velocity impact. Computational Materials Science, 2008, vol. 42, pp. 90–99. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2007.06.013.

9. Wu H., Lin X., Zhou A. A review of mechanical properties of fibre reinforced concrete at elevated temperatures. Cement and Concrete Research, 2020, vol. 135, 106117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2020.106117.

10. Магдеев У.Х., Морозов В.И., Пухаренко Ю.В., Хегай А.О. Эффективное использование высокопрочной арматуры в дисперсно-армированных железобетонных конструкциях без предварительного напряжения // Academia. Архитектура и строительство. 2016. № 2. С.106–112. EDN: WFFVFB.

11. Aidarov S, Mena F, de la Fuente A. Structural response of a fibre reinforced concrete pile-supported flat slab: full-scale test. Engineering Structures, 2021, vol. 239, 112292. DOI: https://doi.org/10.1016/J.ENGSTRUCT.2021.112292.

12. Клюев С.В., Клюев А.В., Сопин Д.М. Тяжелонагруженные полы на основе мелкозернистых фибробетонов // Инженерно-строительный журнал. 2013. T. 38. № 3. С. 7–14. DOI: https://doi.org/10.5862/MCE.38.1. EDN: PZETQZ.

13. de la Fuente A., Escariz R.C., De Figueiredo A.D., Molins C., Aguado A. A new design method for steel fibre reinforced concrete pipes. Construction and Building Materials, 2012, vol. 30, pp. 547–555. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.12.015.

14. de la Fuente A., Pujadas P., Blanco A., Aguado A. Experiences in Barcelona with the use of fibres in segmental linings. Tunnelling and Underground Space Technology, 2012, vol. 27, pp. 60–71. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tust.2011.07.001.

15. di Prisco M., Martinelli P., Parmentier B. On the reliability of the design approach for FRC structures according to fib Model Code 2010: the case of elevated slabs. Structural Concrete, 2016, vol. 17, pp. 588–602. DOI: https://doi.org/10.1002/suco.201500151.

16. Rusanov V., Aidarov S., Pujadas P., Ikumi T., de la Fuente A. Experimental and design-oriented research on fiber reinforced concrete segmental tunnel linings: A systematic review. Structural Concrete, 2026. DOI: https://doi.org/10.1002/suco.70538.

17. Ивлев М.А., Недосеко И.В. Сталефибробетон в производстве малоформатных изгибаемых элементов // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура. 2012. Т. 8. № 4. С. 86–91. DOI: https://doi.org/10.17673/Vestnik.2012.04.16. EDN: RSDKXX.

18. Aidarov S., Nadaždi A., Pugach E., Tošić N., de la Fuente A. Cost-oriented analysis of fibre reinforced concrete column-supported flat slabs construction. Journal of Building Engineering, 2022, vol. 51, 104205. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2022.104205.

19. Martinelli P., Colombo M., de la Fuente A., Cavalaro S., Pujadas P., di Prisco M. Characterization tests for predicting the mechanical performance of SFRC floors: design considerations. Materials and Structures, 2021, vol. 54, no. 2, pp.1–16. DOI: https://doi.org/10.1617/s11527-020-01598-2.

20. Facconi L., Plizzari G., Minelli F. Elevated slabs made of hybrid reinforced concrete: Proposal of a new design approach in flexure. Structural Concrete, 2019, vol. 20, pp. 52–67. DOI: https://doi.org/10.1002/suco.201700278.

21. Monserrat-López A., Bairán J.M., de la Fuente A., Fernández Ruiz M. Resistance partial factor calibration for SFRC elements without shear reinforcement subjected to punching shear according to EN 1992–1-1:2023. Engineering Structures, 2025, vol. 343 (Part D), 121219. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2025.121219.

22. Nguyen-Minh L., Rovňák M., Tran-Quoc T., Nguyen-Kim K. Punching shear resistance of steel fiber reinforced concrete flat slabs. Procedia Engineering, 2011, vol. 14, pp. 1830–1837. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2011.07.230.

23. Tan K.H., Venkateshwaran A. Punching shear in steel fiber-reinforced concrete slabs with or without traditional reinforcement. ACI Structural Journal, 2019, vol. 116, pp.107–118. DOI: https://doi.org/10.14359/51713291.