concconcЖелезобетонные конструкцииReinforced concrete structures2949-16222949-1614Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет10.22227/2949-1622.2026.3.44-52concconc-101Research ArticleТЕОРИЯ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНАTHEORY OF CONCRETE AND REINFORCED CONCRETEПроектирование и расчет усиления железобетонных конструкций зданий и сооружений с использованием сталефибробетонаDesign and Calculation of Reinforcement of Reinforced Concrete Structures of Buildings and Structures Using Steel Fiber ConcreteУткинД. Г.UtkinD. G.

Дмитрий Геннадьевич Уткин, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры железобетонных и каменных конструкций

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Dmitriy G. Utkin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, of the Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

udg70@mail.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)Russian Federation2026280820261534452Copyright © Уткин Д.Г., 20262026Уткин Д.Г.Utkin D.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.g-b-k.ru/jour/article/view/101

В статье представлены варианты усиления и восстановления несущих железобетонных конструкций зданий, поврежденных в процессе эксплуатации. Эффективность использования сталефибробетона для усиления конструкций обусловлена повышенными прочностными и деформационными характеристиками материала по сравнению с железобетоном. Кроме того, многочисленные теоретические и экспериментальные исследования подтвердили повышенную в 3–5 раз трещиностойкость сталефибробетонных конструкций по сравнению с железобетонными. Определены оптимальные характеристики сталефибробетона для использования в качестве арматуры. На основе теоретических и экспериментальных исследований сформулированы предпосылки и методика расчета изгибаемых, сжато-криволинейных и обжатых железобетонных конструкций с зонным армированием из стальной фибры, работающих при статических и кратковременных динамических нагрузках. Разработанный метод расчета прочности нормальных и наклонных сечений реализует нелинейную модель деформирования, основанную на реальных диаграммах деформирования материалов. Для возможности практического применения этих исследований были разработаны алгоритм и компьютерная расчетная программа, которые позволяют инженеру подбирать оптимальные параметры сталефиброармирования, бетона и арматуры для усиления и восстановления поврежденных железобетонных конструкций путем вариантного расчета. В процессе расчета определяется процент перегрузки конструкции, необходимый уровень усиления с учетом требуемого коэффициента запаса и выбирается вариант усиления с необходимыми параметрами.

The article presents options for strengthening and restoring load-bearing reinforced concrete structures of buildings damaged during operation. The effectiveness of using steel-fiber concrete to strengthen structures is due to the increased strength and deformation characteristics of the material compared to reinforced concrete. In addition, numerous theoretical and experimental studies have confirmed a 3–5-fold increased crack resistance of steel-fiber-reinforced concrete structures compared to reinforced concrete ones. The optimal characteristics of steel fiber concrete for use as reinforcement have been determined. Based on theoretical and experimental studies, the prerequisites and methodology for calculating bendable, compressed-curved and compressed reinforced concrete structures with zone reinforcement made of steel fiber operating under static and short-term dynamic loads are formulated. The developed method for calculating the strength of normal and inclined sections implements a nonlinear deformation model based on real diagrams of deformation of materials. For the possibility of practical application of these studies, an algorithm and a computer calculation program have been developed that allow the engineer to select the optimal parameters of steel fiber reinforcement, concrete and reinforcement for strengthening and restoring damaged reinforced concrete structures by variant calculation. During the calculation process, the percentage of overload of the structure is determined, the required gain level is determined taking into account the required margin factor, and a gain option with the necessary parameters is selected.

усилениежелезобетонные конструкциисталефибробетонперегрузкаобойманаращиваниеповерочный расчетдеформационная модельReinforcementreinforced concrete structuressteel-fiber concreteoverloadcagebuild-upcalibration calculationdeformation modelReferencesПопов Н.Н., Расторгуев Б.С. Динамический расчет железобетонных конструкций. М. : Стройиздат, 1974. 207 с.Popov N.N., Rastorguev B.S. Dynamic Analysis of Reinforced Concrete Structures. Moscow, Stroyizdat, 1974; 207. (In Russian).Попов Н.Н. Вопросы расчета и конструирования специальных сооружений. М. : Стройиздат, 1980. 189 с.Popov N.N. Issues of Calculation and Design of Special Structures. Moscow, Stroyizdat, 1980; 189. (In Russian).Баженов Ю.М. Бетон при динамическом нагружении. М. : Стройиздат, 1970. 270 с.Bazhenov Yu.M. Concrete under Dynamic Loading. Moscow, Stroyizdat, 1970; 270. (In Russian).Григорьев В.И. О коэффициенте динамического упрочнения сталефибробетона при растяжении // Исследование и расчет пространственных конструкций гражданских зданий : сб. науч. тр. Л., 1985. С. 95–99.Grigoriev V.I. On the Dynamic Hardening Coefficient of Steel Fiber Reinforced Concrete in Tension. Research and Design of Spatial Structures of Civil Buildings : Collection of Scientific Papers. Leningrad, 1985; 95-99. (In Russian).Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. Вопросы теории и проектирования, технология, конструкции. М. : Изд-во АСВ, 2004. 560 с.Rabinovich F.N. Composites Based on Dispersely Reinforced Concretes. Theory and Design Issues, Technology, Structures. Moscow, ASV Publishing House, 2004; 560. (In Russian).Уткин Д.Г. Экспериментальные исследования сжато-изогнутых железобетонных элементов с зонным армированием из стальной фибры при кратковременном динамическом нагружении // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2008. № 3. С. 156–164.Utkin D.G. Experimental Studies of Compressed-Bent Reinforced Concrete Elements with Zone Reinforcement of Steel Fiber under Short-Term Dynamic Loading. Bulletin of Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering. 2008; 3:156-164. (In Russian).Плевков В.С., Уткин Д.Г. Прочность железобетонных элементов с армированием из стальной фибры при кратковременном динамическом нагружении // Научно-технический журнал «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений». М., 2014. № 5. С. 38–44.Plevkov V.S., Utkin D.G. Strength of Reinforced Concrete Elements with Steel Fiber Reinforcement under Short-Term Dynamic Loading. Scientific and Technical Journal "Earthquake-Resistant Construction. Safety of Structures". Moscow, 2014; 5:38-44. (In Russian).Морозов В.И., Хегай А.О. Исследования фиброжелезобетонных колонн с высокопрочной арматурой // Вестник гражданских инженеров. 2011. № 3 (28). С. 34–37.Morozov V.I., Khegai A.O. Studies of Fiber-Reinforced Concrete Columns with High-Strength Reinforcement. Bulletin of Civil Engineers. 2011; 3(28):34-37. (In Russian).Морозов В.И. Расчет изгибаемых элементов с высокопрочной арматурой с фибровым армированием растянутых зон // Промышленное и гражданское строительство. 2007. № 2. С. 36–39.Morozov V.I. Calculation of Bending Elements with High-Strength Reinforcement and Fiber Reinforcement of Tensile Zones. Industrial and Civil Engineering. 2007; 2:36-39. (In Russian).Плевков В.С., Уткин Д.Г., Карпов А.Е. Прочность и деформативность железобетонных элементов с зонным фибровым армированием при кратковременном динамическом нагружении // Современные проблемы расчета железобетонных конструкций, зданий и сооружений на аварийные воздействия : сб. докл. Междунар. науч. конф., посвящ. 85-летию кафедры железобетонных и каменных конструкций и 100-летию со дня рождения Н.Н. Попова (19–20 апреля 2016 г., Москва). М., 2016. С. 342–348.Plevkov V.S., Utkin D.G., Karpov A.E. Strength and Deformability of Reinforced Concrete Elements with Zone Fiber Reinforcement under Short-Term Dynamic Loading. Modern Problems of Calculation of Reinforced Concrete Structures, Buildings and Structures for Accidental Impacts : Proceedings of the International Scientific Conference dedicated to the 85th anniversary of the Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures and the 100th anniversary of the birth of N.N. Popov (April 19-20, 2016, Moscow). Moscow, 2016; 342-348. (In Russian).Уткин Д.Г. Прочность изгибаемых сталефиброжелезобетонных элементов со смешанным армированием при кратковременном динамическом нагружении // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2017. № 6. С. 62–76.Utkin D.G. Strength of Bending Steel-Fiber-Reinforced Concrete Elements with Mixed Reinforcement under Short-Term Dynamic Loading. Bulletin of Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering. 2017; 6:62-76. (In Russian).Kumar V., Kartik K.V., Iqbal M.A. Experimental and numerical investigation of reinforced concrete slabs under blast loading // Engineering Structures. 2020. Vol. 206.Kumar V., Kartik K.V., Iqbal M.A. Experimental and numerical investigation of reinforced concrete slabs under blast loading. Engineering Structures. 2020; 206.Jun Yu, Li-zhong Luo, Qin Fang. Structure behavior of reinforced concrete beam-slab assemblies subjected to perimeter middle column removal scenario // Engineering Structures. 2020. Vol. 208.Jun Yu, Li-zhong Luo, Qin Fang. Structure behavior of reinforced concrete beam-slab assemblies subjected to perimeter middle column removal scenario. Engineering Structures. 2020; 208.Caldentey A.P., Diego Y.G., Fernández F.A., Santos A.P. Testing robustness: A full-scale experimental test on a two-storey reinforced concrete frame with solid slabs // Engineering Structures. 2021. Vol. 240.Caldentey A.P., Diego Y.G., Fernández F.A., Santos A.P. Testing robustness: A full-scale experimental test on a two-storey reinforced concrete frame with solid slabs. Engineering Structures. 2021; 240.Jinjie Men, Liquan Xiong, Jiachen Wang, Guanlei Fan. Effect of different RC slab widths on the behavior of reinforced concrete column and steel beam-slab subassemblies // Engineering Structures. 2021. Vol. 229.Jinjie Men, Liquan Xiong, Jiachen Wang, Guanlei Fan. Effect of different RC slab widths on the behavior of reinforced concrete column and steel beam-slab subassemblies. Engineering Structures. 2021; 229.Eladawy M., Hassan M., Benmokrane B., Ferrier E. Lateral cyclic behavior of interior two-way concrete slab–column connections reinforced with GFRP bars // Engineering Structures. 2020. Vol. 209.Eladawy M., Hassan M., Benmokrane B., Ferrier E. Lateral cyclic behavior of interior two-way concrete slab-column connections reinforced with GFRP bars. Engineering Structures. 2020; 209.Deifalla A.A. Mechanical model for concrete slabs subjected to combined punching shear and in-plane tensile forces // Engineering Structures. 2021. Vol. 231.Deifalla A.A. Mechanical model for concrete slabs subjected to combined punching shear and in-plane tensile forces. Engineering Structures. 2021; 231.Yu J.L., Wang Y.C. Modelling and design method for static resistance of a new connection between steel tubular column and flat concrete slab // Journal of Constructional Steel Research. 2020. Vol. 173.Yu J.L., Wang Y.C. Modelling and design method for static resistance of a new connection between steel tubular column and flat concrete slab. Journal of Constructional Steel Research. 2020; 173.Mao L., Barnett S.J., Tyas A., Warren J., Schleyer G.K., Zaini S.S. Response of small scale ultra high performance fibre reinforced concrete slabs to blast loading // Construction and Building Materials. 2015. Vol. 93. Pp. 822–830.Mao L., Barnett S.J., Tyas A., Warren J., Schleyer G.K., Zaini S.S. Response of small scale ultra high performance fibre reinforced concrete slabs to blast loading. Construction and Building Materials. 2015; 93:822-830.Cervenka V., Jendele L., Cervenka J. ATENA Program Documentation. Part 1. Theory. Prague: Cervenka Consulting, 2020. 344 p.Cervenka V., Jendele L., Cervenka J. ATENA Program Documentation. Part 1. Theory. Prague, Cervenka Consulting, 2020; 344.

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