Залізобетонна балка

1 Залізобетонна балка, що включає бетонне тіло і розміщену в ньому арматуру - робочу, монтажну і хомути, а на поверхні закладні пластини, при цьому частина поздовжньої робочої арматури розтягненої зони балки покрита антифрикційною оболонкою, не зчеплена з бетоном і закріплена по кінцях анкерами на поверхні бетонного тіла, яка відрізняється тим, що балка обладнана авторегулюючими розпірними опорними пристроями, розміщеними під підрізками на торцях балки, кожен з яких взаємодіє з вертикальною закладною пластиною балки і арматурним анкером з нарізкою по горизонталі, і з опорною плитою балки і опорою по вертикалі, і ця взаємодія визначена відношенням горизонтальної сили обтискання балки до вертикальної опорної реакції в межах від трьох до шести 2 Балка за п 1, яка відрізняється тим, що опорний розпірний пристрій виконаний у вигляді, що найменше, двох вертикальних клинів - одного опорного клину з проріззю для проходження арматури і з амортизуючою накладкою в верхній частині, контактуючого по бічній поверхні з вертикальною закладною пластиною торця балки, знизу - з опорою, а з протилежного боку - з компенсуючим клином того ж кута нахилу з отвором, який взаємодіє з горизонтальною опорною плитою балки, в отворі якого вільно проходить арматура, закріплена на ньому анкером, при цьому обидва клина встановлені в обойму - перший з можливістю вертикального, а другий - горизонтального переміщення, і покриті по поверхні ковзання антифрикційним матеріалом З Балка за п 1, яка відрізняється тим, що опорний розпірний пристрій виконаний у вигляді ромбоподібної рами з шарнірним з'єднанням ланок у вузлах, два з яких діагонально протилежні, розташовані вздовж арматури по горизонталі і взаємодіють один з вертикальною закладною пластиною балки, а другий з арматурним анкером, а по вертикалі ІНШІ два діагонально протилежні вузли взаємодіють, ВІДПОВІДНО, з опорною плитою балки і опорою, при цьому між вертикальними вузлами рами встановлений амортизатор-обмежувач переміщень від сильного удару, аварійного перевантаження О о о> о (О Винахід відноситься до будівництва і може бути використаний для зведення прольотів будівель та споруд ВІДОМІ залізобетонні балки, що включають бетонне тіло і розміщену в ньому арматуру - робочу, монтажну і хомути, а на поверхні, в місцях обпирання балки, металеву закладну опорну плиту (Вахненко П Ф Залізобетонні конструкції Київ, Урожай, 1995 С 28 ) При цьому залізобетонні балки мають невисоку МІЦНІСТЬ, так як в них недовикористовуються властивості МІЦНОСТІ складових матеріалів, зокрема сталі, а також мають низьку жорсткість та тріщиностійкість Найбільш близьким технічним вирішенням до запропонованого є залізобетонна балка, що включає бетонне тіло і розміщену в ньому арматуру робочу, монтажну і хомути, а на поверхні закладні пластини, при цьому робоча арматура розтягненої зони попередньо напружена, покрита антифрикційною оболонкою, не зчеплена з бетоном, і закріплена по кінцях анкерами на вертикальних закладних пластинах торців балки, обладнаних опорними плитами (Леонгардт Ф Предварительно напряженный железобетон М , Стройиздат , 1983, с 13) Недоліками прототипу є невисока МІЦНІСТЬ, так як залишаються невикористаними резерви МІЦНОСТІ складових матеріалів, зокрема сталі, недостатня жорсткість і тріщиностійкість, викликані неможливістю регулювання напруження в арматурі у ВІДПОВІДНОСТІ до величини навантаження, що призводить до перенапруження балки без зовнішнього 46090 навантаження і на невисоких його рівнях, спричиняє вигин і тр і ціноутворення при передачі попереднього напруження високого рівня на бетон, великих втрат попереднього напруження, що унеможливлює застосування для обтискання бетону звичайної м'якої арматурної сталі з фізичною площадкою текучості В основу винаходу поставлена задача створення високоміцних, жорстких і тріщиностійких балок з авторегульованим напруженням арматури мінімально необхідної величини в кожний конкретний момент часу, в залежності від величини зовнішнього навантаження і власної ваги балки, без традиційних втрат напруження в арматурі при обтисканні бетону, за винятком втрат на тертя, і можливістю ефективного застосування для обтискання бетону, як високоміцних сталей так і м'якої арматурної сталі з повним використанням діаграми напруження-деформацм сталі до межі її МІЦНОСТІ Прототип не дозволяє одержати ВІДПОВІДНИЙ до задачі технічний результат, так як попереднє напруження створюється попередньо, і не може надалі регулюватися автоматично в залежності від збільшення або зменшення навантаження на балку, воно лише втрачається з плином часу, при цьому, оскільки арматура закріплена на бетоні, то деформації арматури і бетону однакові, що не дозволяє повністю використати властивості МІЦНОСТІ сталі і стиснутого бетону, одержати ВИСОКОМІЦНІ, жорсткі та тріщиностійкі конструкції Поставлена задача вирішується тим, що балка, яка включає бетонне тіло і розміщену в ньому арматуру - робочу, монтажну і хомути, а на поверхні закладні пластини, виконана з частиною поздовжньої робочої арматури розтягненої зони балки покритою антифрикційною оболонкою, не зчепленою з бетоном і закріпленою по кінцях анкерами, згідно з винаходом, обладнана розпірним регулюючим механічним пристроєм розміщеним під підрізкою або в НІШІ на торці балки між вертикальною закладною пластиною і арматурним анкером по горизонталі, і між опорною плитою і опорою (опорною частиною) по вертикалі для забезпечення роздільного деформування сталі і бетону при СПІЛЬНІЙ СИЛОВІЙ їх взаємодії, величина якої регулюється автоматично в залежності від зовнішнього навантаження в кожний конкретний момент часу з мінімально достатнім запасом внутрішньої потенційної енергії конструкції і ця взаємодія визначена відношенням вертикальної опорної реакції до горизонтальної сили обтискання балки в межах від однієї третьої до однієї шостої, при цьому розпірний пристрій клинового типу виконаний у вигляді щонайменше двох вертикальних клинів - одного опорного клину з проріззю для проходження арматури з амортизуючою накладкою в верхній частині, контактуючого по бічній поверхні з вертикальною закладною пластиною торця балки, знизу з опорою (опорною частиною), а з протилежного боку з компенсуючим клином (того ж кута нахилу), що взаємодіє з горизонтальною опорною плитою балки, в отворі якого вільно проходить арматура закріплена анкером на ньому з можливістю вибору слабини, при цьому обидва клина встановлені в обойму - перший з можливістю вертикального, а другий горизонтального переміщення і покриті по поверхні ковзання антифрикційним матеріалом, пристрій рамношорнірного типу виконаний у вигляді ромбовидної рами з шарнірним з'єднанням ланок у вузлах, два з яких розміщені по горизонталі протилежно і взаємодіють один з вертикальною закладною пластиною балки з одного боку, а другий з арматурним анкером з другого боку, а по вертикалі ІНШІ протилежні два взаємодіють, ВІДПОВІДНО, З опорною плитою балки і опорою (опорною частиною), при цьому між вертикальними вузлами рами встановлений амортизатор-обмежувач переміщень на випадок сильного удару, аварійного перевантаження Між сукупністю суттєвих ознак винаходу, який заявляється, і технічним результатом, якого можна досягти є причинно-наслідковий зв'язок, який полягає в тому що, залізобетонна балка включає авторегулюючий механічний розпірний пристрій, розміщений під підрізкою, або в НІШІ на торці балки між вертикальною закладною пластиною балки і арматурним анкером по горизонталі і між опорною плитою балки і опорою (опорною частиною) по вертикалі для перетворення частини вертикальних навантажень балки в горизонтальні сили напруження арматури і, ВІДПОВІДНОГО, обтискання бетону, яке регулюється автоматично, залежно від величини опорних реакцій (при навантаженні збільшується при розвантаженні зменшується), при цьому співвідношення між вертикальними і горизонтальними силами задається в межах від однієї третьої до однієї шостої, при цьому пристрій клинового типу виконаний у вигляді щонайменше двох вертикальних клинів - одного опорного клину з проріззю для проходження арматури з амортизуючою накладкою в верхній частині, контактуючого по бічній поверхні з вертикальною закладною пластиною торця балки, знизу з опорою (опорною частиною), а з протилежного боку з компенсуючим клином (того ж кута нахилу), що взаємодіє з горизонтальною опорною плитою балки, в отворі якого проходить арматура закріплена анкером на ньому з можливістю вибору слабини, при цьому обидва клина встановлені в обойму - перший з можливістю вертикального, а другий - горизонтального переміщення і покриті по поверхні ковзання антифрикційним матеріалом, пристрій рамношарнірного типу виконаний у вигляді ромбовидної рами з шарнірним з'єднанням ланок у вузлах, два з яких протилежні по горизонталі і взаємодіють один з вертикальною закладною пластиною балки, а другий з арматурним анкером, а по вертикалі ІНШІ два взаємодіють, ВІДПОВІДНО, З опорною плитою балки і опорою (опорною частиною), при цьому між вертикальними вузлами рами встановлений амортизатор-обмежувач переміщень на випадок сильного удару, аварійного перевантаження Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг 1 зображена балка з арматурою і розпірним пристроєм, загальний вигляд, на фіг 2 - переріз 1-1, на фіг 3 - клиновий розпірний пристрій в розрізі, на фіг 4-рамношарнірний розпірний пристрій в розрізі Залізобетонна балка включає бетонне тіло і розміщену в ньому арматуру - робочу 1, монтажну 2 і хомути 3 періодичного профілю, а також авторегульовано напружену поздовжню арматуру 4 гладкого профілю, покриту захисною оболонкою з антифрикційними властивостями 5 і закріплену по кінцях анкерами 6 на механічних розпірних пристроях 7, розміщених під підрізкою на торцях балки між вертикальною закладною пластиною 8 і анкером по горизонталі і між опорною плитою 9 балки і опорною частиною 10 по вертикалі Пристрій клинового типу складається з двох вертикальних клинів, один з яких опорний 11 з амортизуючою пружною накладкою 12 зверху і обпирається знизу на опору, а другий - компенсаційний 13 і взаємодіє з опорною плитою балки, обидва клина розміщені в обоймі 14 з можливістю взаємного ковзання, при цьому перший контактує по бічній поверхні з вертикальною закладною пластиною балки, а на другому розташований арматурний анкер Пристрій рамношарнірного типу виконаний у вигляді ромбовидної шарнірної рами з однаковими ланками 15, протилежні шарніри якої по вертикалі взаємодіють з опорною плитою балки і опорою, а по горизонталі - з закладною вертикальною пластиною балки і арматурним анкером, при цьому між вертикальними вершинами рами розміщений регулятор обмежувач переміщень 16 46090 арматура напружується і бетон розтягнутої зони балки стискається Подальше навантаження балки призводить автоматично до збільшення напруження арматури 5, а її розвантаження до його зменшення Величина сили обтискання бетону залежить від величини навантаження балки і визначається величиною кута а, а також КІЛЬКІСТЮ КЛИНІВ При цьому сила обтискання не залежить від деформацій бетону (усадка, повзучість і ін) і арматури (релаксація, текучість і ш ), якщо обидва клина мають достатній робочий хід Тому може успішно застосовуватися поряд з твердими і м'які арматурні сталі - наприклад класу А-П з ділянкою текучості Незалежність величини обтискання від деформування сталі і бетону дозволяє повністю використати властивості МІЦНОСТІ матеріалів аж до моменту руйнування конструкції Виготовляють балку спочатку як звичайну залізобетонну без попереднього напруження В опалубочній формі встановлюють робочу 1 і монтажну 2 арматуру, хомути 3 і напружену арматуру 4, покриту захисною антифрикційною оболонкою 5 з анкером 6 на кінцях, виведених за межі торців форми, потім в підготовлену форму подають бетонну суміш, укладають її і ущільнюють, наприклад за допомогою вібровпливу і пресування Після затвердіння бетону і набуття ним розпалубної МІЦНОСТІ З балки знімають форму і обробляють її при необхідності Остаточне виготовлення балки завершується встановленням авторегулюючого механічного розпірного пристрою 7 3 боку вільного арматурного кінця заводиться пристрій 7 до контакту з закладними пластинами балки спочатку 8, а потім 9 На арматурний стрижень заводиться товстостінна трубчаста деталь з нарізкою на ЗОВНІШНІЙ поверхні і гайкою, між деталлю і анкером встановлюється упор у вигляді товстої виделкоподібної шайби Після розміщення такого обладнання з протилежних КІНЦІВ арматури гайкою вибирають слабину При необхідності транспортування пристрій знизу підтримують добре затягнутим до балки інвентарним хомутом На будівельному майданчику балку встановлюють на опори (опорну частину) 10 і звільняють від інвентарного хомута Слід зазначити, що для малогабаритних балок можна заводити арматуру 4 і встановлювати розпірний пристрій 7 безпосередньо перед її використанням на будівництві, зоставивши в балці при виготовленні канал з оболонкою 5 Під дією власної ваги балки зосереджені сили вертикальних реакцій опор діють на розпірний пристрій По першому варіанту (фіг 3) в результаті дії опорної реакції клин 11 з накладкою 12 просувається вверх переміщуючи горизонтально клин 13, на якому анкером 6 закріплена арматура 5 В результаті В разі використання рамношарнірного розпірного пристрою (фіг 4) з однаковими за довжиною ланками 15 зусилля напруження арматури 4 і обтискання бетону безпосередньо не залежать від деформаційних властивостей бетону і сталі і визначаються величиною кута а На відміну від попереднього варіанту величина кута а не стала і зменшується при навантаженні балки, що дозволяє компенсувати пластичні властивості матеріалів за рахунок збільшення горизонтального зусилля обтискання, а регулятор обмежувач переміщень 16 підвищує надійність конструкції у разі аварійного обриву арматури 5, не дозволяючи скластися рамі і "впасти" балці на опорах Подібну функцію в аварійній ситуації для першого варіанту виконує амортизуюча накладка 12, розміщена зверху на клині 11 Початкова величина кута а в обох випадках знаходиться в межах від 1° до 18° і уточнюється розрахунком Застосування запропонованої залізобетонної балки з (само) авторегульованим обтисканням бетону в процесі експлуатації підвищує ефективність використання властивостей МІЦНОСТІ будівельних матеріалів, зокрема сталі, дозволяє застосувати м'яку арматурну сталь для обтискання бетону, ефективно використовує енергію обтискання не перенапружуючи конструкцію, а з мінімальним запасом забезпечує її надійну роботу на всіх стадіях навантаження, аж до руйнування, безпосередньо не реагуючи на традиційні втрати напруження, що забезпечує високу тріщиностійкість, жорсткість, надійність і ДОВГОВІЧНІСТЬ Конструкція працює аналогічно до найдосконалішого економного природного механізму -організму, де арматура асоціюється з м'язами, які автоматично напружуються при навантаженні і розслаблюються при його знятті Цілком очевидно, що немає потреби тримати арматурні "м'язи" постійно в високому напруженні на випадок виникнення максимального навантаження, яке може ніколи не відбутися Це призведе лише до стомленості "м'яз" - арматури і "тіла" - бетону, що погіршить експлуатаційні якості конструкцій (як це, зазвичай, робиться в конструкціях з повним попереднім напруженням) 46090 \ л \ 1 -і— ' У r I У У «•V ' -—і—і - У - fc Г |~! Фіг 1 : \- І/Чо • з тЧ •1 Фіг. 2 J н— іа Фіг. З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71