Конструкція балкова

Реферат: Винахід належить до галузі будівництва і може використовуватися для виготовлення, зведення і підсилення балок та плит. В основу винаходу поставлена задача створення компактних, високоміцних, жорстких і тріщиностійких конструкцій балкових, що ефективно підсилюються при дії на них асиметричного зовнішнього навантаження шляхом раціонально перерозподілу зусилля між стисненою і розтягненою зонами при зменшенні габаритів конструкції. Для цього конструкція балкова включає залізобетонне тіло з закладними деталями на поверхні і не зчеплену з бетоном зовнішню арматуру у вигляді окремих ланцюгів, закріплених на балці анкерами і взаємодіючих з натяжною конструкцією, при цьому натяжна конструкція виконана у вигляді двох дзеркально симетрично розташованих навхрест важелів, закріплених зовнішніми від центру балки кінцями-шарнірами на нижній грані балки, а в середній своїй частині важелі вільно обпираються на коток, розташований в центрі прольоту балки між закладною деталлю нижньої її грані і важелями, при цьому кожний важіль протилежним вільним кінцем шарнірно з'єднаний анкером з кінцем розташованої в нижній розтягнутій зоні балки арматурою, що охоплює асиметричну напівкільцеподібну направляючу деталь, закріплену на бічних гранях балки в приопорних зонах, а протилежний кінець арматури закріплений анкером на упорі закладної деталі стиснутої верхньої зони балки, утворюючи один ланцюг з важелем, і таких ланцюгів, розташованих дзеркально симетрично, щонайменше два. При цьому асиметричну направляючу деталь охоплює гнучкий елемент з антифрикційним покриттям по поверхні UA 109379 C2 (12) UA 109379 C2 контакту з нею, з'єднаний муфтами по кінцях з нижньою і верхньою окремими лінійними ділянками арматури, об'єднаної в один ланцюг з важелем. Застосування запропонованої балкової конструкції зменшує габарити балки, підвищує надійність її роботи при високій жорсткості, тріщиностійкості і міцності, забезпечує ефективність використання фізикомеханічних характеристик матеріалів. UA 109379 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до будівництва і може застосовуватися при виготовленні, зведенні і підсиленні елементів у вигляді балок та плит. Відомі конструкції балок, що включають залізобетонне тіло з металевими закладними деталями на поверхні і розміщену зовні робочу арматуру, закріплену по кінцях анкерами на балці, а в середній частині взаємодіючу з розпіркою, обпертою на нижню грань балки (Клименко Є.В. Технічна експлуатація та реконструкція будівель і споруд: навчальний посібник/ С.В.Клименко. - К.: "Центр навчальної літератури", 2004. С. 158, 171). При цьому залізобетонна балка потребує значного попереднього напруження, неефективно працює при асиметричному навантаженні, має невисоку міцність, жорсткість і тріщиностійкість, так як недовикористовуються властивості міцності бетону та сталі. Найбільш близьким технічним вирішенням до запропонованого є конструкція балкова, що включає залізобетонне тіло з металевими закладними деталями на поверхні і не зчеплену з бетоном зовнішню гнучку арматуру у вигляді щонайменше двох ланцюгів, закріплену анкерами по кінцях на балці, і натяжну конструкцію, розташовану посередині прольоту на її нижній грані (Патент України на винахід №77115 С2, Ε 04 С 3/ 20, Ε 04 G 23/ 02, опубл. 16 жовтня 2006 p.). Недоліками прототипу є складність і недостатня надійність системи зовнішнього підсилення, неможливість ефективного саморегулювання системи підсилення при асиметричному зовнішньому навантаженні вздовж балки, недостатня реакція натягу зовнішньої робочої арматури в результаті дії навантаження, що потребує або значного попереднього натягу зовнішньої арматури, що може викликати тріщини у стисненій зоні бетону, або при недостатньому її натягненні, не забезпечує жорсткість і тріщиностійкість, а з огляду на підсилення розтягом стиснутої зони бетону балки - і невисоку міцність; крім того підсилена балка мас велику робочу висоту, через значну висоту трикутного розпірного елементу, а розташування елементів підсилення - коромисел на торцях балок або плит потребує значних витрат матеріалів на коромисла, невиправданих зазорів на торцях, що утруднює використання конструкцій балкових на практиці. В основу винаходу поставлена задача створення компактних, надійних жорстких, тріщиностійких і міцних конструкцій балок та плит, що ефективно підсилюються зовнішньою арматурою при дії на них зовнішнього асиметричного навантаження шляхом раціонального перерозподілу зусилля між стисненою та розтягнутою зонами балки при зменшенні габаритної висоти підсиленої конструкції, звільнення торців балкових конструкцій від елементів системи підсилення. Прототип не дозволяє одержати відповідний до задачі технічний результат, так як в результаті прогину натяг зовнішньої арматури під дією трикутної натяжної конструкції недостатній і залишаються нереалізованими резерви міцності, жорсткості, тріщиностійкості конструкції балкової, при цьому конструкція підсилення з коромислами на торцях має відносно низьку надійність, високу складність, незручність розміщення елементів підсилення на торцях, тут неможливе суттєве зменшення робочої висоти підсиленої балки через трикутний розпірний натяжний елемент, що втрачає доцільність використання при зменшені його висоти та неможливе ефективне саморегулювання системи підсилення при асиметричному зовнішньому навантаженні вздовж конструкції балкової. Поставлена задача вирішується тим, що конструкція балкова включає залізобетонне тіло з закладними металевими деталями на поверхні і зовнішню не зчеплену з бетоном арматуру у вигляді щонайменше двох ланцюгів, закріплену анкерами, і натяжну конструкцію, розташовану посередині прольоту на її нижній грані, при цьому натяжна конструкція виконана у вигляді двох важелів, розташованих дзеркально симетрично відносно центральної поперечної осі балки навхрест, закріплених зовнішніми від центру балки кінцями-шарнірами лінійно нерухомо на нижній грані балки, а в середній своїй частині над перехрестям важелі обпираються на коток, розташований в центрі прольоту балки між закладною деталлю нижньої її грані і важелями, при цьому кожний окремий важіль протилежним вільним кінцем шарнірно з'єднаний анкером в один суцільний ланцюг в продовження напрямку з розташованою у нижній розтягнутій зоні балки ділянкою арматури, що огинаючи асиметричну з більшою кривиною у нижній розтягнутій зоні напівкільцеву направляючу деталь, закріплену на бічних гранях балки в приопорних зонах, щільно охоплює її і змінює напрям арматури на протилежний, при цьому вільний кінець арматури закріплений анкером на упорі закладної деталі стиснутої верхньої зони балки, утворює один ланцюг з важелем, і таких ланцюгів, розташованих дзеркально симетрично, щонайменше два, при цьому на ділянці контакту ланцюга з асиметричною направляючою деталлю встановлений з перепуском окремий гнучкий елемент з антифрикційним покриттям по поверхні контакту, з'єднаний поза ділянкою цього контакту по кінцях муфтами з нижньою і верхньою окремими лінійними частинами арматури, об'єднаними в один ланцюг з важелем. 1 UA 109379 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Між сукупністю суттєвих ознак винаходу, який заявляється, і технічним результатом, якого можна досягти є причинно-наслідковий зв'язок, який полягає в тому, що натяжна конструкція виконана у вигляді двох важелів, розташованих дзеркально симетрично, відносно центральної вертикальної осі балки, закріплених зовнішніми відносно вказаної осі кінцями лінійно нерухомими шарнірами на нижній грані балки, а в середній своїй частині над перехрестям важелів вони вільно обпираються на коток, розташований в центрі прольоту балки між закладною деталлю нижньої її грані і важелями, при цьому кожний важіль протилежним вільним кінцем шарнірно з'єднаний анкером в один ланцюг в продовження напрямку з розташованою в нижній розтягнутій зоні балки ділянкою арматури, що огинає зі зміною напрямку і щільно охоплює асиметричну, з більшою кривиною, зверненою до торця у нижній розтягнутій зоні балки, напівкільцеподібну направляючу деталь, закріплену на бічних гранях балки в приопорних зонах, а протилежний кінець гнучкої арматури закріплений анкером на упорі закладної деталі стиснутої верхньої зони балки, утворюючи один ланцюг з важелем, і таких ланцюгів розташованих симетрично щонайменше два, при цьому на ділянці контакту ланцюга з асиметричною направляючою деталлю встановлений з перепуском окремий гнучкий елемент з антифрикційним покриттям по поверхні контакту, з'єднаний поза ділянкою цього контакту муфтами з нижньою і верхньою окремими лінійними частинами арматури, об'єднаними в один ланцюг з важелем. Під дією зовнішнього навантаження на балку в результаті деформацій виникає прогин у балки, який за величиною більший по центру, ніж в місцях шарнірного закріплення важелів, тому важелі під дією котка по центру балки повертаються і відхиляються від початкового положення, що призводить до суттєвого натягу арматури пропорційно співвідношенням плечей важелів, крім того, ефект натягу підсилюється лінійними деформаціями розтягу нижньої зони балки, де шарнірно закріплені важелі. Розтяг важелів сприяє збільшенню їх жорсткості на згин, що зменшує витрати матеріалів на них. При асиметричному навантажені на балку коток з центрального положення дещо зміщується в напрямку перевантаження і виконує функцію проміжної пружної опори, що зменшує проліт і ефективно підсилює перевантажену частину балки. Застосування нерухомих асиметричних направляючих деталей на бічних гранях балки забезпечує звільнення торців балок від елементів підсилення, підвищує надійність роботи балки, а їх асиметричність зі збільшенням кривини в напрямку нижньої розтягнутої зони балки сприяє раціональному перерозподілу обтиску. Використання гнучкого елемента з антифрикційним покриттям контакту з вказаною направляючою деталлю дозволяє зменшити втрати на тертя та дозволяє за умови рівноміцності змінювати переріз ланцюга, застосувати арматуру лінійного найвигіднішого для роботи окреслення будь-якого класу, включаючи неметалеву. Винахід пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 зображена балка з зовнішньою системою підсилення, загальний вигляд; на Фіг.2 - вид знизу А на Фіг. 1; на Фіг.3 - вид зверху Б на Фіг. 1; на Фіг.4 - вид з торця В; на Фіг.5 - переріз 1-1 на Фіг. 1. Конструкція балкова включає залізобетонне тіло 1 з закладними деталями 2 на поверхні, не зчеплену з бетоном зовнішню арматуру 3, закріплену анкерами 4, натяжну конструкцію, виконану у вигляді двох важелів 5, закріплених нерухомо шарніром 6 на нижній грані балки, які в середній частині вільно обпираються на коток 7, а протилежним кінцем з'єднані з арматурою в один ланцюг, який огинає асиметричну направляючу деталь 8, і закріплюється анкером на упорі 9. При цьому на ділянці контакту арматури з направляючою деталлю розміщується гнучкий елемент 10, з'єднаний муфтами 11 з верхньою і нижньою частинами арматури. Виготовляють конструкцію балкову як звичайну залізобетонну армовану з закладними деталями на поверхні без попереднього напруження. На закладних деталях нижньої грані балки закріплюють шарніри 6 і важелі 5. На бічній поверхні балок встановлюють і закріплюють направляючі деталі 8 в приопорних зонах, а на закладних деталях верхньої стиснутої зони закріплюють упори 9. В отвір упора 9 заводиться арматура 3 і закріплюється анкером 4. Протилежний кінець цієї арматури з'єднується з гнучким елементом з антифрикційним покриттям 10 муфтою 11. Закріплюється нижня арматура 3 анкером на сферичній опорі на кінці важеля 5. Після виконання цих з'єднань нижня арматура 3 муфтами 11 з'єднується з гнучким елементом 10 в один ланцюг. Аналогічно збирається другий ланцюг. Заводиться коток 7 між закладною деталлю 2 нижньої грані балки і перехресно розташованими важелями 5. Виконуються підтяжка арматури і регулювання напруженодеформованого стану двох ланцюгів підсилення. 2 UA 109379 C2 5 10 15 При експлуатаційному навантаженні конструкція балкова обперта шарнірно по кінцях на дві опори деформується. Прогин посередині балки відносно шарнірів важелів викликає їх поворот, а деформація розтягу нижньої фібри балки їх переміщення в напрямку зовні від центру, що викликає значний натяг ланцюгів підсилення, які стримують розтяг балки знизу між шарнірами важелів і додатково між направляючими деталями, а зверху в стисненій зоні стримують стиск, підвищуючи міцність конструкції. Асиметричне криволінійне з більшою кривиною знизу окреслення направляючих деталей на бічних гранях балки дозволяє змістити до розтягнутої зони результуючу дію стиску від реакції розтягу арматури, що підвищує тріщиностійкість, жорсткість та міцність балки. При цьому тіло балки підтримується знизу котком. В разі асиметричного по довжині балки навантаження коток зміщується під дією важелів до більш навантаженої сторони, і зменшуючи проліт ефективно підсилює його в режимі саморегулювання системи. Застосування запропонованої конструкції балкової з натяжною конструкцією для зовнішньої арматури дозволяє ефективно натягати зовнішні арматурні ланцюги, що підсилює і знижує деформативність системи, особливо при асиметричному експлуатаційному навантаженні, зменшує габарити балки завдяки зменшенню робочої висоти системи підсилення і звільнення торців балки від елементів підсилення, підвищує надійність роботи при високій жорсткості, тріщиностійкості і міцності, забезпечує ефективність використання фізико-механічних характеристик матеріалів. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 1. Конструкція балкова, що включає залізобетонне тіло з закладними деталями на поверхні і не зчеплену з бетоном зовнішню арматуру у вигляді окремих ланцюгів, закріплених анкерами і взаємодіючих з натяжною конструкцією, розташованою посередині балки на нижній її грані, яка відрізняється тим, що натяжна конструкція виконана у вигляді двох дзеркально симетрично розташованих навхрест важелів, закріплених зовнішніми від центру балки кінцями лінійно нерухомими шарнірами на нижній її грані, а в середній своїй частині важелі вільно обпираються на коток, розташований по центру прольоту балки між закладною деталлю нижньої її грані і важелями, при цьому кожний важіль протилежним вільним кінцем шарнірно з'єднаний анкером в один ланцюг з кінцем розташованої в нижній розтягнутій зоні балки арматурою, що огинає і щільно охоплює асиметричну, з більшою кривиною у нижній розтягнутій зоні балки направляючу деталь, закріплену на бічних гранях балки в приопорних зонах, а протилежний кінець арматури закріплений анкером на упорі закладної деталі стиснутої верхньої зони балки, утворюючи один ланцюг з важелем, і таких ланцюгів, розташованих дзеркально симетрично, щонайменше два. 2. Конструкція балкова за п. 1, яка відрізняється тим, що асиметричну деталь огинає і щільно охоплює окремий гнучкий елемент з антифрикційним покриттям по поверхні контакту з нею, з'єднаний муфтами по кінцях з нижньою і верхньою окремими лінійними ділянками арматури, об'єднаної в один ланцюг з важелем. 3 UA 109379 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4