Исследование прочности и деформативности быстросборного контактного узла примыкания балки к колонне

Введение. Рассматривается быстросборный контактный узел примыкания балки к колонне по системе «ласточкин хвост». При монтаже балка устанавливается опорными ребрами в гнезда, изготовленные и приваренные к колонне в заводских условиях. Фиксация ригеля от продольного перемещения обеспечивается заполнением монтажных зазоров доборными пластинами. Данное решение позволяет просто и надежно соединять ригель двутаврового сечения с колонной из квадратного гнутосварного профиля.

Материалы и методы. При определении предельного изгибающего момента Mlim и коэффициента защемления балки в узле С использовался кинематический метод предельного равновесия. Полагая, что пластические деформации могут значительно превзойти упругие, принималась диаграмма работы стали как для жесткопластического тела. Также предполагалось, что линии излома гнездовых пластин являются линейными пластическими шарнирами, вдоль которых действуют только моментные векторы; пластины принимались жестко защемленными по двум смежным краям и свободными от закреплений по двум другим смежным краям.

Результаты. Построена фактическая эпюра моментов для упруго защемленной по концам балки, загруженной двумя сосредоточенными силами, симметрично расположенными от опор; получена формула для определения угла поворота на опорах φ.

Выводы. В ходе сравнительного анализа выявлено, что при использовании в опорном гнезде пластин толщиной 5 мм узел работает практически как шарнирный; при использовании пластин толщиной 10 мм — как полужесткий. Предложенный контактный узел примыкания балки к колонне может рекомендоваться к применению в проектировании.

1. Kukla D., Kozlowski A., Ślęczka L., Wójcik-Grząba I., Nykiel D., Gubernat S. Innovative steel beam-to-column joint under central column loss situation: Experimental tests and analytical model // Engineering Structures. 2025. Vol. 326. P. 119513. DOI: 10.1016/j.engstruct.2024.119513. EDN DXUCZE.

2. Zhang Z.W., Li D., Wang H.J., Qian H.L., Fang W.Q., Jing X.F. et al. Study of mechanical properties of a novel column-beam-column prefabricated steel frame joint // Advanced Steel Construction. 2024. Vol. 20. Issue 4. Pp. 330–344. DOI: 10.18057/ijasc.2024.20.4.2

3. Shi G., Liu M., Luo J., Zhao H. Experimental study on the seismic behavior of steel joints between I-beam and box-T built-up section columns // Thin-Walled Structures. 2025. Vol. 216. P. 113626. DOI: 10.1016/j.tws.2025.113626. EDN SEAQTN.

4. Сунь Г., Миронова Л.И. Влияние изгибной жесткости соединения на работоспособность стального каркаса // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2025. Т. 21. № 6. С. 537–550. DOI: 10.22363/1815-5235-2025-21-6-537-550. EDN FOHZXB.

5. Jakovljević I., Dobrić J., Gluhović N., Spremić M. Beam–to–column joint solutions for reusable moment-resisting steel frames // Journal of Constructional Steel Research. 2026. Vol. 238. P. 110163. DOI: 10.1016/j.jcsr.2025.110163. EDN AWZYWD.

6. Elhout E.A. Effect of beam-column connection types on the response modification factors of steel frames // International Journal of Steel Structures. 2024. Vol. 24. Issue 1. Pp. 132–143. DOI: 10.1007/s13296-023-00805-4. EDN QJSLTJ.

7. Piskulic M., Vujanac R., Vulović S., Miloradovic N., Blagojevic M., Djordjevic Z. Structural Performance of Semi-Rigid Beam-to-Column Connections in Steel Storage Racks: A Review Focused on FEM Analysis // Metals. 2026. Vol. 16. Issue 1. P. 2. DOI: 10.3390/met1601-0002. EDN ZOHPCX.

8. Туснина В.М. Несущая способность и деформативность податливых узлов стальных каркасов многоэтажных зданий : дис. … канд. техн. наук. М., 1989. 166 с.

9. Ferdous W. Effect of beam-column joint stiffness on the design of beams // 23rd Australian Conference on the Mechanics of Structures and Materials. 2014. Pp. 701–706.

10. Tusnina V.M. Semi-rigid steel beam-to-column connections // Magazine of Civil Engineering. 2017. Nо. 5 (73). Рр. 25–39. DOI: 10.18720/MCE.73.3. EDN ZNLKNH.

11. Анохин Н.Н. Строительная механика в примерах и задачах. Ч. II. Статически неопределимые системы : учебное пособие. 4-е изд., доп. и перераб. М. : Издательство АСВ, 2017. 464 с.

12. Глебов Ф.А., Астахов И.В., Корсун В.И., Кондратьева Л.Н., Цыгановкин В. Аналитическая модель метода переменных параметров упругости для расчета фланцевых соединений двутавровой балки с колонной // Инженерный вестник Дона. 2024. № 1 (109). С. 462–496. EDN QHDFKI.

13. Nie R., Li Y., Bai Y., Mou B., Zhou Ya. HSS steel corner column to H-beam joints under cyclic bidirectional loadings: Experiment, numerical modeling, and calculation // Journal of Constructional Steel Research. 2022. Vol. 192. P. 107239. DOI: 10.1016/j.jcsr.2022.107239. EDN PUAQCH.

14. Lian Ju.Yi., Deng En.F., He J.M., Cai Li.M., Gao Sh.C., Zhou Ji.J. Numerical analysis on seismic performance of corner fitting connection in modular steel building // Structures. 2021. Vol. 33. Pp. 1659–1676. DOI: 10.1016/j.istruc.2021.05.044. EDN ZHINRZ.

15. Celik H., Şakar G. Semi-rigid connections in steel structures: State-of-the-art report on modelling, analysis and design // Structural Engineering and Mechanics. 2022. Vol. 45. Issue 1.

16. Yin T., Wang Zh., Zheng K., Lu Sh. A new method for design of the semi-rigid steel frame — the integration of joint inverse design and structural design // Buildings. 2022. Vol. 12. Issue 7. P. 938. DOI: 10.3390/buildings12070938. EDN MRTYXE.

17. Rodríguez González C.A., Caparrós-Mance-ra Ju.J., Hernández-Torres J.A., Rodríguez-Pérez Á.M. Nonlinear analysis of rotational springs to model semi-rigid frames // Entropy. 2022. Vol. 24. Issue 7. P. 953. DOI: 10.3390/e24070953. EDN FFTQGF.

18. Al-Sherif R.H., Ismael M.A. Effect of semi-rigid beam-column connection on structural behavior of steel frames // AIP Conference Proceedings. 2023. Vol. 2784. P. 020008. DOI: 10.1063/5.0140815

19. Elhout E.A. Effect of beam-column connection types on the response modification factors of steel frames // International Journal of Steel Structures. 2024. Vol. 24. Issue 1. Pp. 132–143. DOI: 10.1007/s13296-023-00805-4. EDN QJSLTJ.

20. Piskulic M., Vujanac R., Vulović S., Milorado-vic N., Blagojevic M., Djordjevic Z. Structural Performance of Semi-Rigid Beam-to-Column Connections in Steel Storage Racks: A Review Focused on FEM Analysis // Metals. 2026. Vol. 16. Issue 1. P. 2. DOI: 10.3390/met16010002. EDN ZOHPCX.