astАрхитектура, строительство, транспортArchitecture, Construction, Transport2782-232X2713-0770Industrial University of Tyumen10.31660/2782-232X-2025-2-87-98ypnqzpast-198Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВОCONSTRUCTIONМеханические характеристики композиционного материала, изготовленного методом намоткиMechanical characteristics of composite material manufactured by winding processhttps://orcid.org/0000-0001-5436-2558ПиняжинС. В.PinyazhinSergey V.

Пиняжин Сергей Викторович, аспирант кафедры мостов, инженер Сибирского научно-исследовательского института мостов,  

 ул. Дуси Ковальчук, 191,Новосибирск, 630049.

Sergey V. Pinyazhin, Postgraduate Student in the Department of Bridge, Engineer in the Siberian Research Institute of Bridges, 

191 Dusi Kovalchuk St., Novosibirsk, 630049.

s.v.pinyazhin@mail.ruСибирский государственный университет путей сообщенияРоссияSiberian Transport UniversityRussian Federation202528062025528798Copyright © Пиняжин С.В., 20252025Пиняжин С.В.Pinyazhin S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ast.tyuiu.ru/jour/article/view/198

Исследование направлено на решение проблемы повышения долговечности и снижения затрат в мостостроении за счет применения стеклопластиковых труб, изготовленных методом непрерывной намотки. Несмотря на успешное использование полимерных композитов за рубежом, их применение в России ограничено из-за отсутствия нормативной базы и недостаточной изученности механических свойств. Посредством экспериментальных испытаний образцов, вырезанных из стеклопластиковых труб, на растяжение с использованием тензорезисторов и универсальной испытательной машины были получены ключевые характеристики: предел прочности (в среднем 200 МПа), модуль упругости (29.5–37.9 ГПа) и коэффициент Пуассона (0.21–0.27). Установлено, что свойства материала сопоставимы с бетоном и сталью, что подтверждает его пригодность для гибридных конструкций пролетных строений мостов. Выявлены особенности деформационного поведения, включая трещинообразование и изменение модуля упругости, при повторных нагружениях. Результаты исследования могут быть использованы для разработки нормативной базы и проектирования долговечных мостовых конструкций, что открывает перспективы для расширения применения композитов в строительстве.

The study is aimed to increase durability and reduce costs in bridge construction through the use of fiberglass pipes manufactured by the filament winding process. Despite the successful use of fiber reinforced polymers (FRP) abroad, their application in Russia is limited due to the lack of regulatory framework and insufficient study of their mechanical properties. Through experimental tensile testing of fiberglass pipe specimens using strain gauges and a universal testing machine, key characteristics were obtained: tensile strength (200 MPa on average), elastic modulus (29.5–37.9 GPa), and Poisson's ratio (0.21–0.27). The material properties were found to be comparable to concrete and steel, which confirms its suitability for hybrid bridge superstructures. The peculiarities of the deformation behavior, including cracking and changes in the elastic modulus under repeated loading were revealed. The results of the study can be used to develop a regulatory framework and to design durable bridge structures, opening up perspectives for the expansion of composite applications in construction.

мостовое сооружениеполимерные композиционные материалыметод непрерывной намоткистеклопластиковые трубымеханические характеристики композиционного материалаbridge structurefiber reinforced polymersfilament windingfiberglass pipesmechanical characteristics of composite materialАвтор выражает благодарность ООО «Электромаш» (г. Бийск, Российская Федерация) за предоставление материалов и образцов для проведения экспериментальных исследований.The author expresses his gratitude to LLC "Electromash" (Biysk, Russian Federation) for providing materials and samples for experimental studies.ReferencesТатлыева Г. З., Закиров М. А., Осипова Л. Э. Оценка коррозионной стойкости композиционных материалов на базе смол Norpol Dion. Вестник Казанского технологического университета. 2012;15(11):235– 239. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=ozovol.Tatlyyeva G. Z., Zakirov M. A., Osipova L. E. Evaluation of corrosion resistance of composite materials based on Norpol Dion resins. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2012;15(11):235–239. (In Russ.) URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=ozovol.Попов С. Н., Ушаков А. Е., Кленин Ю. Г. Перспективы расширения возможностей применения пултрузионных стеклопластиков в строительстве в северных климатических условиях. В сб.: Физико-технические проблемы добычи, транспорта и переработки органического сырья в условиях холодного климата. 2024. С. 225–227. https://doi.org/10.24412/cl-37255-2024-1-225-227Popov S. N., Ushakov A. Ye., Klenin Yu. G. Prospects for expanding the possibilities of application of pultrusion fiberglass plastics in construction in northern climatic conditions. Fiziko-tekhnicheskiye problemy dobychi, transporta i pererabotki organicheskogo syr'ya v usloviyakh kholodnogo klimata. 2024. P. 225–227. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/cl-37255-2024-1-225-227Хуанг Чун-Пинь. Моделирование процессов вакуумной инфузии в производстве крупногабаритных композитных конструкций. Известия ЮФУ. Технические науки. 2021;(3):172–185. https://doi.org/10.18522/2311-3103-2021-3-172-185Jyun-Ping Huang. Modeling of the vacuum infusion processes in the manufacturing of the large polymeric composite structures. Izvestiya SFEDU. Engineering Sciences. 2021; (In Russ.). 2021;(3):172–185. https://doi.org/10.18522/2311-3103-2021-3-172-185Früh N., Knippers J. Multi-stage filament winding: Integrative design and fabrication method for fibrereinforced composite components of complex geometries. Composite Structures. 2021;268:113969. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113969Früh N., Knippers J. Multi-stage filament winding: Integrative design and fabrication method for fibrereinforced composite components of complex geometries. Composite Structures. 2021;268:113969. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113969Иванов А. Н., Яшнов А. Н. Экспериментальные исследования пролетного строения из полимерного композиционного материала. Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2014;(4):61–70. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=teqrfd.Ivanov A. N., Yashnov A. N. Experimental research of the superstructure from the polymer composite materials. Bulletin of Pacific National University. 2014;(4):61–70. (In Russ.) URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=teqrfd.Овчинников И. И., Овчинников И. Г., Чесноков Г. В., Михалдыкин Е. С. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Часть 3. Опыт применения полимерных композитных материалов в мостостроении. Науковедение. 2015;7(5):151. URL: http://naukovedenie.ru/PDF/27TVN515.pdf.Ovchinnikov I. I., Ovchinnikov I. G., Chesnokov G. V., Mikhaldykin Ye. S. On the problem of calculation of pipeconcrete structures with a shell made of different materials. Part 3. Experience of application of polymer composite materials in bridge construction. Naukovedenie. 2015;7(5):151. (In Russ.) URL: http://naukovedenie.ru/PDF/27TVN515.pdf.Ушаков А. Е., Монастырев Е. А., Ермаков В. М., Егоров М. А., Мухина М. А., Кленин Ю. Г. (и др.) Результаты испытаний первого в мире железнодорожного моста с пролетным строением из композиционных материалов. Путь и путевое хозяйство. 2021;(10):13–15.Ushakov A. Ye., Monastyrev Ye. A., Yermakov V. M., Yegorov M. A., Mukhina M. A., Klenin Yu. G. (at al.) Test results of the world's first railroad bridge with composite materials span. Railway Track and Facilities. 2021;(10):13–15.Иванов А. Н., Кожевников В. С. Проблемы применения полимерных композиционных материалов в пролетных строениях железнодорожных мостов. Химия. Экология. Урбанистика. 2020;3:94–98. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=xidmrw.Ivanov A. N., Kozhevnikov V. S. Problems of application of polymeric composite materials in superstructure of railway bridges. Khimiya. Ekologiya. Urbanistika. 2020;3:94–98. (In Russ.) URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=xidmrw.Уткин В. А., Иванов А. Н., Мартынов А. В. Пролетное строение с мостовым настилом из пултрузионного профиля. Российская Федерация. Патент № 2735317C1. 16 декабря 2019. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2735317C1_20201030.Utkin V. A., Ivanov A. I., Martynov A. V. Span with bridge flooring made of pultrusion profile. Russian Federation. Patent No. 2735317C1. 16 December 2019. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2735317C1_20201030.Яшнов А. Н., Иванов А. Н. Струнные пролетные строения для магнитолевитационного транспорта. Инновационные транспортные системы и технологии. 2021;7(3):158–168. https://doi.org/10.17816/transsyst202173158-168Yashnov A. N., Ivanov A. N. String superstructures for maglev transport. Modern transportation systems and technologies. 2021;7(3):158–168. (In Russ.) https://doi.org/10.17816/transsyst202173158-168Николаев А. К., Коэйо Веласкес А. Л. Моделирование процесса разрушения стеклопластиковой трубы. Записки Горного института. 2017;223:93–98. https://doi.org/10.18454/PMI.2017.1.93Nikolaev A. K., Coello Velazquez A. L. Modelling of fiberglass pipe destruction process. Journal of Mining Institute. 2017;223:93–98. https://doi.org/10.18454/PMI.2017.1.93Пыринов Б. В., Козьмин Н. А. Сталежелезобетонный автодорожный мост с балками из металлических труб. В сб.: Совершенствование конструктивных решений пешеходных и автодорожных мостов в условиях Сибирского региона. Новосибирск: Наука; 2012. С. 101–105.Pyrinov B. V., Koz'min N. A. Steel reinforced concrete road bridge with metal pipe girders. In: Sovershenstvovaniye konstruktivnykh resheniy peshekhodnykh i avtodorozhnykh mostov v usloviyakh Sibirskogo regiona. Novosibirsk: Nauka; 2012. P. 101–105. (In Russ.)Zhao L., Burgueno R., La Rovere H., Seible F., Karbhari V. Preliminary evaluation of the hybrid tube bridge system. California; 2000. URL: https://trid.trb.org/View/673592Zhao L., Burgueno R., La Rovere H., Seible F., Karbhari V. Preliminary evaluation of the hybrid tube bridge system. California; 2000. URL: https://trid.trb.org/View/673592Иванов А. Н., Кузьменков П. Ю. Мониторинг технического состояния автодорожного моста через реку Пашенку. Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2016;(2):20–27. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26737924.Ivanov A. N., Kuzmenkov P. Yu. Monitoring the technical state of a road bridge across the Pashenka river. Siberian Transport University Bulletin. 2016;(2):20–27. (In Russ.) URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26737924.Николаев А. К., Лутов В. А. Технология производства композиционных труб методом намотки для нефтегазовой отрасли. Международный научно-исследовательский журнал. 2015;(8-2):50–54. URL: https://research-journal.org/wp-content/uploads/2015/09/8-2-39.pdf#page=50.Nikolaev A. K., Lutov V. A. Production technology composite pipes by winding for oil and gas industry. International Research Journal. 2015;(8-2):50–54. (In Russ.) URL: https://research-journal.org/wp-content/uploads/2015/09/8-2-39.pdf#page=50.Яшнов А. Н., Снежков И. И. Развитие систем диагностики и мониторинга мостов. Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2020;(3):6–13. URL: https://elibrary.ru/kyabvu.Yashnov A. N., Snezhkov I. I. Development of diagnostics and monitoring systems for bridges. Siberian Transport University Bulletin. 2020;(3):6–13. (In Russ.) URL: https://elibrary.ru/kyabvu.

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