vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2026-28-4-141-162MEGYQEvestniktgasu-2580Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯBUILDING AND CONSTRUCTIONЧетырехстадийный механизм разрушения сталежелезобетонной перемычки с внешним листовым армированиемFour-stage Failure Mechanism of Composite Coupling Beam with External Reinforcement PlateДесяткинМ. А.DesyatkinM. A.

Михаил Александрович Десяткин, гл. конструктор

115280; ул. Ленинская Слобода, 19; Москва

Mikhail A. Desyatkin, Chief Designer

115280; 19, Leninskaya Sloboda Str.; Moscow

mdesyatkin@yandex.ruООО «Инфорспроект»РоссияOOO ‘Inforsproekt’Russian Federation202602092026284141162Copyright © Десяткин М.А., 20262026Десяткин М.А.Desyatkin M.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/2580   Актуальность

   Актуальность. Сталежелезобетонные перемычки с внешним листовым армированием (СТЖБ с ЛА) – новое конструктивное решение для связевых стен высотных зданий, механизм разрушения которого не описан в отечественной и зарубежной литературе. Образцы испытаны ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко в рамках научно-технического сопровождения проектирования высотного здания.

   Цель

   Цель. Установить и описать механизм разрушения СТЖБ с ЛА по результатам экспериментальных данных.

   Методы

   Методы. Испытания трех образцов серии B3.1 (пролет 665 мм, высота сечения 345 мм, толщина 200 мм; пластина 4 мм, бетон B30, стад-болты М5 и шпильки Ø6 с шагом 110×110 мм); анализ 33 тензорезисторов, датчиков перемещений и фотофиксации.

   Результаты

   Результаты. Установлен четырехстадийный механизм: (I) линейно-упругая стадия; (II) текучесть стали; (III) локальная потеря устойчивости сжатой пластины (определяющая стадия); (IV) разрушение бетонного ядра. Pmax = 1301 кН, CV = 4,8 %, θu = 0,033 рад. Несущая способность превышает аналоги с замоноличенным стальным профилем на 30–35 %. Полученные результаты формируют экспериментальную базу для развития расчетных моделей в российских нормах проектирования высотных зданий.

   Composite coupling beams with external reinforcement plate are a novel structural solution for shear walls in high-rise buildings whose failure mechanism is not described in Russian or international literature. Specimens are tested in Kucherenko Central Research Institute for Structural Construction under a technological support program of high-rise building design.

   Purpose

   Purpose: The aim of the work is to study the failure mechanism of the composite coupling beam based on the experimental data.

   Methodology

   Methodology: Testing of three specimens B3.1 (665 mm clear span, 345 mm section depth, 200 mm thickness, 4 mm steel plate, B30 concrete, M5 stud bolts and Ø6 ties on 110×110 mm grid). The analysis of 33 strain gauges, displacement transducers and camera recording.

   Research findings

   Research findings: A four-stage failure mechanism is identified: (I) linear-elastic stage; (II) steel yielding; (III) local buckling of the compressed plate (governing stage); (IV) concrete core failure. Pmax = 1301 kN, CV = 4.8 %, θu = 0.033 rad. The load-bearing capacity is 30–35 % higher that that of analogues with an encased steel profile.

   Practical implication

   Practical implication: The experimental results can be used to create design models in Russian codes for high-rise buildings.

сталежелезобетонная конструкцияперемычкавнешнее листовое армированиемеханизм разрушениястадии работылокальная потеря устойчивости пластиныcomposite structurecoupling beamexternal reinforcementfailure mechanismloading stagelocal plate bucklingReferencesPaulay, T., Binney, J.R. Diagonally reinforced coupling beams of shear walls // ACI Special Publication. 1974. SP-42. P. 579–598.Paulay, T., Binney, J.R. Diagonally Reinforced Coupling Beams of Shear Walls. ACI Special Publication, 1974; SP-42. Pp. 579–598.Park, R., Paulay, T. Reinforced Concrete Structures. New York : John Wiley & Sons, 1975. 769 p.Park, R., Paulay, T. Reinforced Concrete Structures. New York: John Wiley & Sons, 1975. 769 p.Nie, J.-G., Hu, H.-S., Eatherton, M.R. Concrete filled steel plate composite coupling beams: Experimental study // Journal of Constructional Steel Research. 2014. V. 94. P. 49–63. DOI: 10.1016/j.jcsr.2013.10.024Nie, J.-G., Hu, H.-S., Eatherton, M.R. Concrete Filled Steel Plate Composite Coupling Beams: Experimental study. Journal of Constructional Steel Research. 2014; 94: 49–63. DOI: 10.1016/j.jcsr.2013.10.024Lam, W.Y., Su, R.K.L., Pam, H.J. Experimental Study on Embedded Steel Plate Composite Coupling Beams // Journal of Structural Engineering. 2005. V. 131. № 8. P. 1294–1302. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2005)131:8(1294)Lam, W.Y., Su, R.K.L., Pam, H.J. Experimental Study on Embedded Steel Plate Composite Coupling Beams. Journal of Structural Engineering. 2005; 131(8): 1294–1302. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2005)131:8(1294)Su, R.K.L., Lam, W.Y., Pam, H.J. Experimental study of plate-reinforced composite deep coupling beams // Structural Design of Tall and Special Buildings. 2009. V. 18. № 2. P. 235–257. DOI: 10.1002/tal.407Su, R.K.L., Lam, W.Y., Pam, H.J. Experimental Study of Plate-reinforced Composite Deep Coupling Beams. Structural Design of Tall and Special Buildings. 2009; 18(2): 235–257. DOI: 10.1002/tal.407Harries, K.A., Cook, W.D., Mitchell, D., Redwood, R.G. The use of steel beams coupling concrete walls // Canadian Society for Civil Engineering. 1992. P. 509–516.Harries, K.A., Cook, W.D., Mitchell, D., Redwood, R.G. The Use of Steel Beams Coupling Concrete Walls. Canadian Society for Civil Engineering. 1992. Pp. 509–516.Motter, C.J., Lehman, D.E., Lowes, L.N. Steel-reinforced concrete coupling beams. I: Testing // Journal of Structural Engineering. 2017. V. 143. № 3. Article 04016191. DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001713Motter, C.J., Lehman, D.E., Lowes, L.N. Steel-reinforced Concrete Coupling Beams. I: Testing. Journal of Structural Engineering. 2017; 143(3): 04016191. DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001713Naish, D.A.B., Fry, A., Klemencic, R., Wallace, J.W. Reinforced concrete coupling beams – Part I: Testing // ACI Structural Journal. 2013. V. 110. № 6. P. 1057–1066.Naish, D.A.B., Fry, A., Klemencic, R., Wallace, J.W. Reinforced Concrete Coupling Beams – Part I: Testing. ACI Structural Journal. 2013: 110(6): 1057–1066.Naish, D.A.B., Fry, A., Klemencic, R., Wallace, J.W. Reinforced concrete coupling beams – Part II: Modeling // ACI Structural Journal. 2013. V. 110. № 6. P. 1067–1076.Naish, D.A.B., Fry, A., Klemencic, R., Wallace, J.W. Reinforced Concrete Coupling Beams – Part II: Modeling. ACI Structural Journal, 2013:110(6): 1067–1076.Motter, C.J., Lehman, D.E., Lowes, L.N. Steel-reinforced concrete coupling beams. II: Modeling // Journal of Structural Engineering. 2017. V. 143. № 3. Art. 04016192. DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001671Motter, C.J., Lehman, D.E., Lowes, L.N. Steel-reinforced Concrete Coupling Beams. II: Modeling. Journal of Structural Engineering. 2017; 143(3): 04016192. DOI: 10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001671Liu, Y., Sun, F., Jiao, L., Pan, H., Xu, D. Investigation of cyclic behavior of steel–concrete composite coupling beams with axial rib corrugated webs // Scientific Reports. 2025. V. 15. Art. 8566. DOI: 10.1038/s41598-025-91414-0Liu, Y., Sun, F., Jiao, L., Pan, H., Xu, D. Investigation of Cyclic Behavior of Steel-concrete Composite Coupling Beams with Axial Rib Corrugated Webs. Scientific Reports. 2025; 15: 8566. DOI: 10.1038/s41598-025-91414-0Kizilarslan, E., Broberg, M., Shafaei, S., Varma, A.H., Bruneau, M. Non-linear analysis models for composite plate shear walls – concrete filled (C-PSW/CF) // Journal of Constructional Steel Research. 2021. V. 184. Art. 106803. DOI: 10.1016/j.jcsr.2021.106803Kizilarslan, E., Broberg, M., Shafaei, S., Varma, A.H., Bruneau, M. Non-linear Analysis Models for Composite Plate Shear Walls – Concrete Filled (C-PSW/CF). Journal of Constructional Steel Research. 2021; 184: 106803. DOI: 10.1016/j.jcsr.2021.106803Травуш, В.И., Конин, Д.В., Крылов, А.С., Арленинов, П.Д., Рожкова, Л.С., Жданова, А.А., Гаврилов, Д.Н., Ведяков, М.И. Прочность и деформативность изгибаемых сталежелезобетонных элементов с листовым армированием с учетом трещин // Строительство и реконструкция. 2025. № 5 (121). С. 42–56. doi: 10.33979/2073-7416-2025-121-5-42-56Travush, V.I., Konin, D.V., Krylov, A.S., Arleninov, P.D., Rozhkova, L.S., Zhdanova, A.A., Gavrilov, D.N., Vedyakov, M.I. Strength and Deformability of Bending Composite Concrete Elements with Plate Reinforcement Considering Cracks. Stroitel'stvo i rekonstruktsiya. 2025; 5(121): 42–56. DOI: 10.33979/2073-7416-2025-121-5-42-56 (In Russian)Travush, V.I., Konin, D.V., Krylov, A.S. Static bearing capacity of steel-plate composite walls // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2023. V. 19. № 4. P. 166–181. DOI: 10.22337/2587-9618-2023-19-4-166-181Travush, V.I., Konin, D.V., Krylov, A.S. Static Bearing Capacity of Steel-plate Composite Walls. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2023; 19(4): 166–181. DOI: 10.22337/2587-9618-2023-19-4-166-181Конин, Д.В. Современные несущие стальные и сталежелезобетонные конструкции для многоэтажных и высотных зданий : специальность 2.1.1. «Строительные конструкции, здания и сооружения» : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Конин Денис Владимирович. Москва : НИУ МГСУ, 2025. 386 с.Konin, D.V. Modern Load-bearing Steel and Steel-Reinforced Concrete Structures for Multi-Storey and High-Rise Buildings. DSc Thesis. Moscow: NIU MGSU, 2025. 386 p. (In Russian)Белов, В.В., Ведяков, И.И., Виханский, Губа, С.В., Иванов, Д.В., Конин, Д.В., Крылов, А.С., Рожкова, Л.С., Табаев, И.М. Нормы проектирования сталежелезобетонных конструкций с листовым армированием для атомных станций // Промышленное и гражданское строительство. 2025. № 8. С. 12–21. DOI: 10.33622/0869-7019.2025.08.12-21. EDN: DJABVQBelov, V.V., Vedyakov, I.I., Vikhanskiy, Guba, S.V., Ivanov, D.V., Konin, D.V., Krylov, A.S., Rozhkova, L.S., Tabaev, I.M. Design Standards for Composite Concrete Structures with Plate Reinforcement for Nuclear Power Plants. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2025; 8: 12–21. DOI: 10.33622/0869-7019.2025.08.12-21. EDN: DJABVQ (In Russian)Тамразян, А.Г. Концептуальные подходы к оценке живучести строительных конструкций, зданий и сооружений // Железобетонные конструкции. 2023. Т. 3. № 3. С. 62–74. DOI: 10.22227/2949-1622.2023.3.62-74Tamrazyan, A.G. Conceptual Approaches to Assessing Building Robustness. Zhelezobetonnye konstruktsii. 2023; 3(3): 62–74. DOI: 10.22227/2949-1622.2023.3.62-74 (In Russian)Тимошенко, С.П., Войновский-Кригер, С. Пластины и оболочки. Москва : Физматгиз, 1963. 635 с.Timoshenko, S.P., Woinowsky-Krieger, S. Theory of Plates and Shells. Moscow, Fizmatgiz, 1963. 635 p. (In Russian)

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