Залізобетонна балка

Винахід стосується будівництва і може застосовуватися при зведенні і підсиленні прольотів будівель та споруд. Відомі залізобетонні балки, що включають залізобетонне тіло з металевими закладними пластинами на поверхні і розміщену зовні робочу арматуру у вигляді гн учкої затяжки, закріплену по кінцях анкерами на торцях балки, а в середній частині взаємодіючу з натяжним пристроєм, обпертим на нижній пояс балки (Голышев А.Б., Ткаченко И.Н. Проектирование усилений несущих железобетонных конструкций производственных зданий и сооружений. - Київ,: Логос, 2001.-С. 110 ). При цьому залізобетонна балка має невисоку міцність, жорсткість і тріщиностійкість, так як недовикористовуються властивості міцності складових матеріалів, зокрема сталі. Найбільш близьким технічним вирішенням до запропонованого є залізобетонна балка, що включає залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні і не зчеплену з бетоном поздовжню робочу арматуру закріплену по кінцях анкерами, розміщеними на вертикальних закладних пластинах на торцях балки з опорними плитами, при цьому балка обладнана авто (само) регулюючим напруження пристроєм (Патент України на винахід №46090, Е 04СЗ/20, 3/26, опублік. 15 травня 2002). Недоліками прототипу є великі вертикальні переміщення балки на опорах, де встановлені саморегулюючі при навантаженні пристрої; переміщення перевищують за величиною прогини традиційної балки, а при асиметричному навантаженні вони нерівномірні і призводять до перекосів балки, що унеможливлює застосування балки для більшості будівель і споруд, крім того такі пристрої складні, а тертя їх швидко зношує. В основу винаходу поставлена задача створення високоміцних, жорстких і тріщиностійких балок, що не допускають вертикальних лінійних переміщень на опорах при саморегулюванні напруження арматури з можливістю повного використання діаграми напруження-деформації до межі міцності сталі, де механізм саморегулювання простий, надійний і зменшує зношення від тертя. Прототип не дозволяє одержати відповідний до задачі технічний результат, так як саморегулюючі пристрої використовують енергію переміщення балки під дією зовнішнього навантаження саме на опорах, яка може бути достатньою для необхідного натягу арматури лише (згідно закону збереження енергії) при переміщеннях, що значно перевищують допустимі прогини для прольотів будівель і споруд, а механізм саморегулюючого перетворювача вертикальних переміщень балки в горизонтальні сили її обтиску має складні вузли з сильно напруженими поверхнями тертя, що призводить до зношення механізму і при допустимих величинах вертикальних деформацій системи „балка - опора" не дозволяє забезпечити достатню міцність, жорсткість та тріщиностійкість конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що балка включає залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні і не зчеплену з бетоном робочу арматуру у вигляді затяжки, закріплену по кінцях анкерами на торцях балки, обладнаної саморегулюючими напруження пристроями при цьому, згідно з винаходом, саморегулюючий напруження пристрій, розташований в прольоті балки, виконаний у вигляді жорсткої траверси, з'єднаної тяжами з котком шарніру, розміщеним на закладній деталі нижньої грані балки в зоні максимального прогину в прольоті, при цьому траверса по краям взаємодіє з поздовжньою робочою арматурою з можливістю відхилення арматури донизу і розташуванням її по ламаній лінії, що описує зовні лінію кривизни балки під навантаженням; крім того, регулюючі напруження пристрої розташовані по кінцях балки, і включають жорстку опорну плиту, з'єднану з торцевою розподільною анкерною пластиною і консолями по боках балки, що взаємодіють з робочою арматурою з можливістю відхилення її при навантаженні донизу по дотичній до кривої нижнього поясу балки, при цьому опорна плита не зчеплена з балкою на ділянці від опори в напрямку прольоту і обладнана пружною прокладкою (амортизатором), розташованою в проміжку з балкою; а зона контакту відхиляючого елемента саморегулюючи х пристроїв в прольоті і на опорах з робочою арматурою виконана у вигляді жолоба, вигнутого догори з поверхнею зростаючої кривизни в напрямку виходу арматури за межі цих регулюючи х пристроїв. Між сукупністю суттєвих ознак винаходу, який пропонується, і технічним результатом, якого можна досягти є причинно-наслідковий зв'язок, який полягає в тому, що залізобетонна балка включає саморегулюючий напруження пристрій, виконаний у вигляді жорсткої траверси, з'єднаної тяжами з котком шарніру, розміщеним на закладній деталі нижньої грані балки в зоні максимального прогину в прольоті, при цьому траверса по краям взаємодіє з поздовжньою робочою арматурою з можливістю відхилення арматури донизу по ламаній лінії, що описує зовні лінію кривизни балки під навантаженням; крім того, регулюючі напруження пристрої розташовані також по кінцях балки і включають жорстку опорну плиту, з'єднану з торцевою розподільною анкерною пластиною і консолями по боках балки, що взаємодіють з робочою арматурою з можливістю відхилення її при навантаженні донизу по дотичній до кривої нижнього поясу балки, при цьому опорна плита не зчеплена з балкою на ділянці від опори в напрямку прольоту і обладнана амортизатором у вигляді пружної прокладки, розташованої в проміжку з балкою; зона контакту відхиляючого елементу саморегулюючих пристроїв в прольоті і на опорах з робочою арматурою виконана у вигляді жолоба, вигнутого догори з поверхнею зростаючої кривизни в напрямку ви ходу арматури за межі регулюючих пристроїв. Пристрої саморегулювання в прольоті балки і на її кінцях конструктивно не пов'язані між собою і можуть застосовуватися окремо. При цьому діапазон регулювання ними напружень в робочій арматурі розширюється шляхом збільшення довжини траверси для прольотного пристрою або шляхом збільшення виносу консолей для кінцевих опорних пристроїв. Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена балка з арматурою і саморегулюючими напруження пристроями, загальний вигляд; на фіг. 2 - переріз 1-1; на фіг 3 - переріз 2-2; на фіг. 4 - вузол контакту регулюючи х пристроїв з робочою арматурою; на фіг. 5 - схема положення арматури і пристроїв при навантаженні. Залізобетонна балка включає залізобетонне тіло 1 з закладними пластинами на поверхні і розміщену зовні робочу арматуру у вигляді затяжки 2, закріплену по кінцях анкерами 3 на торцевих пластинах 4, що напружується в середній частині саморегулюючим пристроєм, виконаним у вигляді жорсткої траверси 5, з'єднаної тяжами 6 з котком шарніру 7, розміщеним на закладній деталі нижньої грані балки 8 в зоні максимального прогину в прольоті, при цьому траверса по краях взаємодіє з поздовжньою робочою арматурою з можливістю відхилення її донизу по ламаній лінії, що описує зовні лінію кривизни балки під навантаженням, а на кінцях балки саморегулюючі напруження пристрої включають жорстку опорну плиту 9, з'єднану з торцевою розподільною анкерною пластиною і консолями 10, розташованими по боках балки, що взаємодіють з робочою арматурою з можливістю відхилення її при навантаженні донизу по дотичній лінії до кривої нижнього поясу балки, при цьому опорна плита 9 не зчеплена з балкою на ділянці від опори в напрямку прольоту і обладнана пружною прокладкою 11, розташованою в проміжку з балкою; при цьому зона контакту відхиляючого елемента саморегулюючи х пристроїв з робочою арматурою виконана у вигляді поперечного жолоба 12 з поверхнею зростаючої кривизни в напрямку ви ходу арматури за межі регулюючих пристроїв. Виготовляють балку як звичайну залізобетонну з закладними пластинами на поверхні без попереднього напруження. На кінцях балки і посередині встановлюють саморегулюючі напруження пристрої, заводять в них зовнішню робочу арматур у 2 і частково напружують її з наступним закріпленням анкерами 3 на торцевих пластинах 4. Монтують балку в такому стані на опори. При дії експлуатаційного навантаження балка прогинається. Шарнір, розташований в місці максимального прогину балки в прольоті, зміщується донизу разом з тяжами 6 і траверсою 5. Траверса своїми кінцями з контактними елементами 12, рознесеними по горизонталі, взаємодіє з арматурою 2, відтягуючи її донизу на величину максимального прогину в двох точках. Остання збільшує своє напруження. Чим ширше розташовані точки контакту А траверси 5 з арматурою 2, тим більше напруження створюється в арматурі. Так як кривизна контактної зони траверси 12 збільшується в зовнішньому напрямку, то при зростанні прогину балки відповідно збільшується і відстань між крайніми точками контакту - точка А переходить в точку В, що прискорює зростання напружень в арматурі. В результаті прискорено зростає обтиск тіла балки 1, що дозволяє компенсувати в значній мірі ріст пластичних і псевдо пластичних деформацій бетону. Одночасно опорні регулюючі пристрої в результаті взаємодії з нижньою гранню балки повертаються в напрямку прольоту балки по дотичній до неї. Консолі 10 регулюючи х пристроїв через контактну зону взаємодіють з арматурою 2 і відхиляють її донизу. Чим далі від торця балки точка контакту консолі з арматурою А, тим більше відхилення арматури. Оскільки кривизна зони контакту 12 збільшується в зовнішньому від консолі напрямку, то при збільшенні кута повороту консолі 10 крайня точка контакту А зміщується зовні і переходить в точку В . Плече консолі збільшується, що призводить до прискореного зростання зусилля натягу арматури 2 і сили обтиску тіла балки 1. При знятті навантаження з балки регулюючі пристрої і арматура 2 повертаються у вихідне положення. Розташування пружної прокладки 11 між нижньою гранню балки і нижньою плитою регулюючого опорного пристрою запобігає концентрації напруг в контактній зоні і амортизує удари при різкій зміні навантаження. Застосування запропонованої залізобетонної балки з саморегульованим обтисненням бетону знижує деформативність системи „опора - балка" в процесі експлуатації і дозволяє в межах допустимих де формацій забезпечити енергетично достатній обтиск, що забезпечує високу жорсткість, тріщиностійкість і міцність, сповільнює процес ентропії в часі і підвищує надійність та довговічність.