Оптимизированная консольная конструкция с применением текстильно-армированного бетона для климатических условий юга России

Цель исследования. Целью данного исследования является анализ конструктивных возможностей и ограничений применения текстильно-армированного бетона (ТАБ) в кровельных системах спортивных сооружений, с особым вниманием к консольной конструкции крыши стадиона, адаптированной под климатические условия Сочи.

Методы. В исследовании используется расчетная модель консольной кровельной конструкции, выполненной из ТАБ, с геометрией консольного выноса 22,735 м и общей шириной 84,4 м. Для анализа применяются численные методы с использованием конечно-элементной модели в ANSYS. Рассматриваются нагрузки, включая снеговые и ветровые, с соответствующими нормативами для Сочи. В ходе расчётов исследуются различные варианты толщины покрытия и длины консольного выноса.

Результаты. Результаты расчётов показывают, что применение ТАБ значительно улучшает жесткость конструкции, снижая вертикальные перемещения консоли на 30–35% по сравнению с традиционным армоцементом. Также, при уменьшении толщины покрытия до 200 мм, сохраняется достаточная жесткость конструкции, что позволяет уменьшить материалоёмкость. В результате удлинение консольного выноса на 3–4 м возможно без превышения предельных значений прогибов.

Заключение. Исследование показало, что использование ТАБ для кровельных конструкций спортивных сооружений позволяет добиться значительных улучшений в жесткости и материалоёмкости, обеспечивая возможность увеличения пролётов или сокращения толщины покрытия без потери эксплуатационных характеристик. Это открывает новые возможности для проектирования лёгких и эффективных конструкций в условиях южных регионов России.

1. Effects of textile-reinforced concrete on the cyclic shear behavior of damaged confined brick masonry walls / F. Qu, S. Yin, F. Wang, B. Wang // Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 78. Р. 107717. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.107717.

2. Fabrication of lightweight, carbon textile reinforced concrete components with internally nested lattice structure using 2-layer extrusion by LabMorTex / M. Kalthoff [et al.] // Constr Build Mater. 2023. Vol. 395. P. 132334. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132334.

3. Jing L., Wang N., Yin S. Shear performance of textile-reinforced concrete (TRC)-strengthened brick masonry walls // Constr Build Mater. 2023. Vol. 397. P. 132401. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132401.

4. Compressive behaviour of concrete columns confined with textile reinforced concrete composites / Y. Li, S. Yin, Q. Wang, and B. Zhou // Journal of Building Engineering. 2024. Vol. 96. P. 110587. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.110587.

5. Textile reinforced concrete members subjected to tension, bending, and in-plane loads: Experimental study and numerical analyses / A. Sciegaj, S. Almfeldt, F. Larsson, K. Lundgren // Constr Build Mater. 2023. Vol. 408. P. 133762. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.133762.

6. Numerical model of tensile behavior of textile reinforced concrete (TRC) based on stress field analysis / S. Ye, C. Lu, P. She, Z. Li, T. Xie, C. K. Y. Leung // Constr Build Mater. 2023. Vol. 407. P. 133568. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.133568.

7. Flexural behavior of composite beams with textile reinforced concrete (TRC) permanent formwork considering interface characteristics / C. Wang, S. Yin, Y. Zhao, Y. Li // Journal of Building Engineering. 2025. Vol. 99. P. 111602. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.111602.

8. Priyanga R., Muthadhi A. Bending analysis of textile reinforced concrete sandwich panels: Experimental and numerical evaluation // Constr Build Mater. 2024. Vol. 439. P. 137213. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137213.

9. Numerical study of thermomechanical behaviour of reinforced concrete beams with and without textile reinforced concrete (TRC) strengthening: Effects of TRC thickness and thermal loading rate / N. Douk, X. H. Vu, A. Si Larbi, M. Audebert, R. Chatelin // Eng Struct. 2021. Vol. 231. P. 111737. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2020.111737.

10. Esaker M., Thermou G. E., Neves L. Behaviour of Textile Reinforced Concrete panels under high-velocity impact loading // Constr Build Mater. 2024. Vol. 445. P. 137806, 2024. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137806.

11. Immanuel S., Kaliyamoorthy B. Investigating the effect of textile layers on the flexural response of Textile Reinforced Concrete (TRC) panels // Structures. 2025. Vol. 71. P. 108112. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2024.108112.

12. Hutaibat M., Ghiassi B., Tizani W. Bond behaviour of prestressed basalt textile reinforced concrete // Constr Build Mater. 2024. Vol. 438. P. 137309. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.137309.

13. Betz P., Marx S., Curbach M. Biaxial compressive capacity of textile-reinforced concrete // Case Studies in Construction Materials. 2024. Vol. 20. P. e02986. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e02986.

14. Kumar D., Ali S. F., Arockiarajan A. Theoretical and experimental studies on large deflection analysis of double corrugated cantilever structures // Int J Solids Struct. 2021. Vol. 228. P. 111126. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2021.111126.

15. Study on the factors influencing bending spalling failure in BFRP textile-reinforced concrete / X. Zhang, X. Wang, X. Liang, Y. Zhang, Z. Wu // Journal of Building Engineering. 2025. Vol. 99. P. 111468. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.111468.

16. Integrated analysis of kinematic form active structures for architectural applications: Experimental verification / M. Van Craenenbroeck, S. Puystiens, L. De Laet, D. Van Hemelrijck, W. Van Paepegem, and M. Mollaert // Eng Struct. 2016. Vol. 123. P. 59–70. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.05.032.

17. Stability Analysis for Cofferdams of Pile Wall Frame Structures / R. Xue, S. Bie, L. Guo, P. Zhang // KSCE Journal of Civil Engineering. 2019. Vol. 23, no. 9. P. 4010–4021. https://doi.org/10.1007/s12205-019-1320-7.

18. Vibration damping method of cantilever structure considering redundant constraint of monocrystalline blade casting mold shell / X. Huiyu, B. Guangfu, Z. Da, S. Huaitao // Measurement. 2024. Vol. 236. P. 115100. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.115100.

19. Ma S., Chen M., Skelton R. E. Design of a new tensegrity cantilever structure // Compos Struct. 2020. Vol. 243. P. 112188. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112188.

20. Thermal conductivity of nano- and micro-crystalline diamond films studied by photothermal excitation of cantilever structures / L. Saturday [et al.] // Diam Relat Mater. 2021. Vol. 113. P. 108279. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108279.

21. High-sensitivity narrow-band T-shaped cantilever Fabry-perot acoustic sensor for photoacoustic spectroscopy / J. Wang [et al.] // Photoacoustics. 2024. Vol. 38. P. 100626. https://doi.org/10.1016/j.pacs.2024.100626.

22. Leclerc M., Léger P., Tinawi R. Computer aided stability analysis of gravity dams— CADAM // Advances in Engineering Software. 2003. Vol. 34, no. 7. P. 403–420. https://doi.org/10.1016/S0965-9978(03)00040-1.

23. Out-of-plane shear performance of textile reinforced concrete sandwich panel: Numerical analysis and parametric study / J.-Q. Huang, M.-L. Dan, X. Chong, Q. Jiang, Y.-L. Feng, Y.-W. Wang // Structures. 2025. Vol. 71. P. 108080. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2024.108080.

24. Bai X., Chen M. Lightweight design of tensegrity Michell truss subject to cantilever loads. Compos Struct. 2025. P. 118925. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2025.118925.

25. Experimental and numerical simulation of pull-out response in textile-reinforced concrete / S. G. Venigalla, A. B. Nabilah, N. A. Mohd Nasir, N. A. Safiee, F. N. A. Abd Aziz // Structures. 2023. Vol. 57. P. 105132. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.105132.

26. Lai Y., Wu Y., Wang G. Novel long-span cable-stayed deck arch bridge: Concept and structural characteristics // Eng Struct. 2024. Vol. 308. P. 118026. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118026.

27. Gernay T. Performance-based design for structures in fire: Advances, challenges, and perspectives // Fire Saf J. 2024. Vol. 142. P. 104036. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2023.104036.

28. Madhavi M. A., Madhavi T. C. Flexural behavior of warp knitted textile reinforced concrete impregnated with cementitious binder // Case Studies in Construction Materials. 2024. Vol. 20. P. e02884. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2024.e02884.

29. FEM-based real-time task planning for robotic construction simulation / Q. Xu, A. Zhu, G. Xu, Z. Shao, J. Zhang, and H. Zhang // Autom Constr. 2025. Vol. 170. P. 105935. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2024.105935.

30. Борисов Н. О., Столяров О. Н. Преимущества применения текстильно-армированного бетона в конструкциях консольного типа // Архитектура, строительство, транспорт. 2025. T. 5(1). C. 81–92. https://doi.org/10.31660/2782-232X-2025-1-81-92 EDN: QMXDMF