Нерозрізна балка

Реферат: Винахід належить до будівництва і може використовуватися для виготовлення і підсилення нерозрізних залізобетонних балок. В основу винаходу поставлена задача створення простих, надійних, жорстких, тріщиностійких і міцних конструкцій нерозрізних балок, що ефективно підсилюються при дії зовнішнього навантаження шляхом раціонального перерозподілу напруження між стисненою і розтягнутою зонами. Для цього нерозрізна балка включає залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні, затяжки, закріплені по кінцях анкерами, і в приопорних зонах поперечні жорсткі рами замкненого контуру з верхнім і нижнім поперечними стрижнями круглого перерізу і поздовжнім плечем, зверненим донизу, з отвором для кріплення затяжки, при цьому рами охоплюють балку з зазором по бічних гранях і обпираються на закладні пластини, обладнані упором з обмеженням зміщення поперечних стрижнів рами - верхнього вздовж верхньої грані в напрямку до опор балки і нижнього вздовж нижньої грані до прольоту балки, при цьому затяжки, розташовані в прольотах балки, закріплені по кінцях в отворах на плечах рам нижче їх нижнього поперечного стрижня, а затяжки, розташовані над проміжними опорами по бічних гранях, закріплені по кінцях в отворах упорів на верхніх половинах рам, при цьому в середній частині затяжки взаємодіють з натяжними елементами, виконаними у вигляді траверс, шарнірно обпертих над опорою на верхню грань балки, а в прольоті - на нижню її грань, при цьому довжина траверси над опорою менша, ніж траверси в прольоті балки. UA 109762 C2 (12) UA 109762 C2 UA 109762 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до будівництва і може застосовуватися при виготовленні і підсиленні залізобетонних нерозрізних залізобетонних балок. Відома конструкція нерозрізної балки, що включає залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні і затяжку, закріплену по кінцях анкерами, взаємодіючу посередині прольотів і над проміжною опорою з котками, що обпираються на балку, і поперечну арматуру у вигляді хомутів [Abdussalam M.Akasha, Gyorgy Farkas Concrete strain distribution of strengthened beams with additional post-tensioning/. Proceedings of the 2nd International PhD Symposium in Civil Engineering 1998 Budapest/ Publishing Company of Technical University of Budapest, 1998, p. 414]. При цьому нерозрізна залізобетонна балка має невисоку міцність, жорсткість і тріщиностійкість, так як не розвантажується стиснена зона балки безпосередньо зовнішньою арматурою, недовикористовуються фізико-механічні властивості бетону та сталі, вона потребує значного попереднього напруження зовнішньої арматури, що може викликати утворення тріщин в її тілі, неефективно працює при навантаженні через неможливість саморегулювання напружень. Найбільш близьким технічним вирішенням до запропонованого є балка, що включає залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні, і затяжки, закріплені по кінцях анкерами, взаємодіючи посередині з натяжними елементами, що обпираються на балку, і поперечну зовнішню арматуру у вигляді жорстких хомутів, взаємодіючих у приопорних зонах балки з її гранями (Патент України на винахід №87047 С2, МПК Е04С3/00. Регульовано-обтиснена залізобетонна балка – (а200710856; заявл. 01.10.2007; опубл. 10.06.2009, Бюл. №11). Недоліками прототипу є значна маса і матеріаломісткість системи зовнішнього підсилення, складність і недостатня надійність системи підсилення через складну шарнірну поворотну систему, що прискорює її знос, неможливість створення суттєвого саморегульованого розтягуючого зусилля в стиснених зонах балки системою підсилення з простими і надійними з'єднаннями при зовнішньому навантаженні балки, значні габарити підсиленої балки через розташування елементів підсилення на торцях балок, що потребує забезпечення невиправданих зазорів на торцях балки. В основу винаходу поставлена задача створення простих, надійних, жорстких, тріщиностійких і міцних конструкцій нерозрізних балок зі зручним розміщенням системи зовнішнього підсилення, що ефективно підсилюються і зміцнюються при дії зовнішнього навантаження шляхом суттєвого розвантаження стиснутих зон балки і раціонального перерозподілу напруження між стисненою і розтягнутою зонами. Поставлена задача вирішується тим, що нерозрізна балка включає залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні, затяжки, закріплені по кінцях анкерами, взаємодіючі посередині з натяжними елементами, що обпираються на балку, і поперечні жорсткі хомути, взаємодіючі у приопорних зонах балки з її верхньою і нижньою гранями і з затяжкою, при цьому жорсткі хомути виконані у вигляді рам замкненого контуру з верхнім і нижнім поперечними стрижнями круглого перерізу і поздовжнім плечем зверненим донизу, з отвором для кріплення затяжки в прольоті, при цьому рами охоплюють балку з зазором по бічних гранях і обпираються на закладні пластини, обладнані упором, з обмеженням горизонтального зміщення поперечних стрижнів рами - верхнього вздовж верхньої грані в напрямку до опор балки і нижнього вздовж нижньої грані до прольоту балки, при цьому затяжки, розташовані в прольотах балки, закріплені по кінцях в отворах на плечах рам нижче їх нижнього поперечного стрижня, а затяжки, розташовані над проміжними опорами, закріплені по кінцях в отворах упорів на верхніх половинах вертикально або похило розміщених поздовжніх стрижнях рам, при цьому в середній частині затяжки взаємодіють з натяжними елементами виконаними у вигляді траверс, шарнірно обпертих над опорами на верхню грань балки, а в прольоті - на нижню її грань, при цьому довжина траверси над опорою менша, ніж траверси в прольоті балки. Між сукупністю суттєвих ознак винаходу, який заявляється, і технічним результатом, якого можна досягти, є причинно-наслідковий зв'язок, який полягає в тому, що жорсткі хомути виконані у вигляді рам замкненого контуру з верхнім і нижнім поперечними стрижнями круглого перерізу і поздовжнім плечем, зверненим до низу, з отвором для кріплення затяжки, при цьому рами охоплюють балку з зазором по бічних гранях і обпираються на закладні пластини, обладнані упором з обмеженням зміщення поперечних стрижнів рами - верхнього вздовж верхньої грані в напрямку до опор балки і нижнього вздовж нижньої грані до прольоту балки, при цьому затяжки, розташовані в прольотах балки, закріплені по кінцях в отворах на плечах рам нижче їх нижнього поперечного стрижня, а затяжки, розташовані над проміжними опорами, закріплені по кінцях в отворах упорів на верхніх половинах поздовжніх стрижнів рам, при цьому в середній частині затяжки взаємодіють з натяжними елементами, виконаними у вигляді 1 UA 109762 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 траверси, шарнірно обпертої над опорою на верхню грань балки, а в прольоті - на нижню її грань, при цьому довжина траверси над опорою менша, ніж траверси в прольоті балки. В результаті деформацій балки під зовнішнім навантаженням суттєво зростає зусилля розтягу в затяжках, які стягують до своєї середини жорсткі рами, закріплені на верхній і нижній фібрах балки в приопорних зонах з можливістю повороту. Поперечні рами діють як важелі і створюють розвантажуючі зусилля на верхніх і нижніх фібрах балки. Через похиле розташування рами зусилля розтягу надається верхній стисненій грані балки, що розвантажує і зміцнює стиснену зону балки. Зміна напрямку дії сили від затяжки в прольоті на стиск балки виконано за рахунок можливості повороту, жорстких рам. Оскільки нижнє плече рами значно менше, ніж верхнє, то в результаті і обтиск нижньої розтягнутої зони балки значно вищий, що значною мірою компенсує низьку міцність бетону на розтяг. Взаємозв'язок поздовжньої арматури - затяжки і жорстких рам - забезпечує саморегулювання напружень, а застосування натяжного елемента сприяє більш чутливому реагуванню системи підсилення на зміну зовнішнього навантаження. Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена нерозрізна балка з зовнішньою системою підсилення, загальний вигляд з боку; на фіг. 2 - переріз 1-1; на фіг. 3 - переріз 2-2. Нерозрізна балка включає залізобетонне тіло 1 з закладними пластинами 2 на поверхні, затяжки 3, закріплені по кінцях анкерами 4, і поперечні жорсткі хомути, виконані у вигляді рам замкненого контуру з верхнім 5 і нижнім 6 поперечними стрижнями круглого перерізу і поздовжнім плечем 7, зверненим донизу, з отвором 8 для кріплення затяжки в прольоті балки. Жорсткі рами охоплюють балку і обпираються на закладні пластини, обладнані упором 9 з обмеженням горизонтального зміщення поперечних стрижнів рами, при цьому затяжки, розташовані в прольотах балки, закріплені по кінцях в отворах на плечах рам, а затяжки, розташовані над проміжними опорами, закріплені по кінцях в отворах упорів 10 на верхніх половинах рам. В середній частині затяжки взаємодіють з натяжними елементами, виконаними у вигляді траверси, шарнірно обпертої над опорою на верхню грань балки, а в прольоті - на нижню її грань, при цьому довжина траверси над опорою 11 менша, ніж траверси в прольоті 12 балки. Виготовляють нерозрізну балку, як звичайну залізобетонну нерозрізну з закладними пластинами на поверхні 2. На пластинах закріплюють упори 9, встановлюють балку на опори. Монтують рами на закладних пластинах балки так, щоб їх поперечні стрижні обпиралися на упори 9. Заводять в отвори 8 плечей 7 рам кінці нижніх затяжок в прольотах і попередньо фіксують їх. Заводять в отвори 8 упорів 10 рам кінці верхніх затяжок 3 над.. опорою і попередньо фіксують їх. Між нижньою гранню балки і затяжкою розміщують натяжні елементи, що включають траверси 12. Над опорою встановлюють натяжний елемент, що включає дві траверси 11, розміщені по боках балки, обладнані скобами. Між скобами на закладні деталі балки над опорою встановлюють палець. Траверса 11 взаємодіє з верхньою затяжкою 3. Здійснюють натяг затяжок 3 невисокого рівня одним з відомих способів. Після підтяжки затяжок 3 їх фіксують анкерами 4. При зовнішньому навантаженні нерозрізна залізобетонна балка деформується і прогинається в прольотах. В результаті взаємодії з натяжними елементами 12 затяжки 3 додатково розтягуються. У вузлах з'єднання нижньої затяжки 3 з поперечною рамою виникає сила, направлена до центру прольоту балки. Оскільки поперечна арматура 6 обпирається на упори 9 на нижніх фібрах балки, то їм передається стискаюче зусилля, що розвантажує фібри. Рами працюють як двоплечі важелі. Верхній стрижень 5 рами передає на верхній упор 9 зусилля, що направлене на розтяг верхніх фібр балки. Над проміжною опорою, завдяки дії верхньої затяжки, зусилля обтиску верхньої фібри балки підсилюється. Взаємна пов'язаність усієї системи зовнішнього підсилення забезпечує саморегульоване раціональне підсилення нерозрізної балки. Розташування закладних деталей на верхній і нижній гранях балки традиційне, зручне, надійне і дозволяє просто і надійно встановлювати систему підсилення, не займаючи місце на торцях балки та майже не займаючи місце на робочій верхній грані балки, де можуть вільно розміщуватися, наприклад, ребристі плити. Застосування нерозрізної балки з саморегульованим натягом затяжки і зовнішньої поперечної арматури ефективно підсилює балку, знижує деформативність системи в процесі експлуатаційного навантаження, звільняє торці балки від елементів підсилення, спрощує конструкцію і підвищує надійність роботи при високій жорсткості, тріщиностійкості і міцності та забезпечує високу ефективність використання фізико-механічних властивостей бетону і сталі. 2 UA 109762 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 Нерозрізна балка, яка включає залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні, затяжки, закріплені по кінцях анкерами, взаємодіючі посередині з натяжними елементами, що обпираються на балку, і поперечні жорсткі хомути, взаємодіючі у приопорних зонах балки з її верхньою і нижньою гранями і з затяжкою, яка відрізняється тим, що жорсткі хомути виконані у вигляді рам замкненого контуру з верхнім і нижнім поперечними стрижнями круглого перерізу і поздовжнім плечем, зверненим донизу, з отвором для кріплення затяжки, при цьому рами охоплюють балку з зазором по бічних гранях і обпираються на закладні пластини, обладнані упором з обмеженням зміщення поперечних стрижнів рами - верхнього вздовж верхньої грані в напрямку до опор балки і нижнього вздовж нижньої грані до прольоту балки, при цьому затяжки, розташовані в прольотах балки, закріплені по кінцях в отворах на плечах рам нижче їх нижнього поперечного стрижня, а затяжки, розташовані над проміжними опорами, закріплені по кінцях в отворах упорів на верхніх половинах рам, при цьому в середній частині затяжки взаємодіють з натяжними елементами, виконаними у вигляді траверс, шарнірно обпертих над опорою на верхню грань балки, а в прольоті - на нижню її грань, при цьому довжина траверси над опорою менша, ніж траверси в прольоті балки. 3 UA 109762 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело 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