Регульована балка чекановича

Реферат: Винахід належить до будівництва і може застосовуватися для підсилення конструкцій залізобетонних балок. В основу винаходу поставлена задача створення регульованих, легких, надійних, міцних і тріщиностійких конструкцій балок, що ефективно підсилюються натяжним елементом при дії зовнішнього навантаження шляхом раціонального перерозподілу сил підсилення на нижній грані балки і напружень між стисненою і розтягнутою зонами та обтиску UA 112733 C2 (12) UA 112733 C2 приопорних зон балки. Для цього регульована балка включає залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні і затяжку, закріплену по кінцях на поперечній арматурі балки і взаємодіючу посередині з натяжним елементом, що обпирається на нижню грань балки. При цьому натяжний елемент виконаний у вигляді хвилеподібно розташованих вздовж бічних граней балки і закріплених по кінцях на затяжках нижніх гнучких гілок, що в середній частині охоплюють з перегином щонайменше три котки, розташовані на закладних пластинах нижньої грані балки і взаємодіючих у вершинах хвиль з можливістю проковзування зі щонайменше двома верхніми v-подібно розташованими окремими гілками, закріпленими по кінцях на затяжці. Нижня гілка має кут, в місці перегину звернений доверху, на центральному котку більший, ніж на інших котках, з можливістю створення регульованих сил реакції на бічних котках і прискореного натягу затяжки при прогині балки від навантаження. UA 112733 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до будівництва і може застосовуватися при виготовленні та підсиленні конструкцій залізобетонних балок. Відомі конструкції балок, що включають залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні і затяжку, закріплену по кінцях на балці, взаємодіючу посередині з натяжним елементом, що обпирається на нижню грань балки, і поперечну арматуру, розташовану дзеркально симетрично у приопорних зонах балки [Клименко Є.В. Технічна експлуатація та реконструкція будівель і споруд: навчальний посібник / Є.В. Клименко. - К.: "Центр навчальної літератури", 2004. - С. 171]. При цьому залізобетонна балка має невисоку міцність, жорсткість і тріщиностійкість; потребує значного попереднього напруження зовнішньої арматури, що може викликати утворення тріщин в її тілі, неефективно працює через неможливість регулювання напружено-деформованого стану при навантаженні. Найбільш близьким технічним вирішенням до запропонованого є регульовано-напружена балка, що містить залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні і затяжку, закріплену по кінцях на поперечній зовнішній похилій арматурі, взаємодіючій у приопорних зонах балки з верхньою і нижньою її гранями, а посередині взаємодіючу з натяжним елементом, виконаним з розтягнутих гнучких гілок, що взаємодіють з нижньою гранню балки [Патент України на корисну модель № 99090 U, МПК Е04С 3/20, E04G 23/02. Регульовано-напружена балка Чекановича. - № а201414006; заявл. 26.12.2014; опубл. 25.03.2015, Бюл. № 6]. Недоліками прототипу є неможливість за допомогою натяжного елемента сприймати максимальні переміщення прогину балки в одних місцях, а передавати максимальні або задані величини реакції сил підсилення в інших заданих місцях на балці за умови створення оптимального режиму підсилення балки, що призводить до нераціонального розподілу напружень системою підсилення, невисокої міцності і тріщиностійкості, значної маси і матеріаломісткості, недостатньої надійності балки, що утруднює використання її для практики. В основу винаходу поставлена задача створення регульованих, легких, надійних, міцних і тріщиностійких конструкцій балок, що ефективно підсилюються натяжним елементом при дії зовнішнього навантаження шляхом раціонального перерозподілу сил підсилення на нижній грані балки і напружень між її стисненою і розтягнутою зонами та обтиску приопорних зон. Прототип не дозволяє одержати відповідний до задачі технічний результат, так як конструкція натяжного елемента малочутлива до зміни зовнішнього навантаження і створює недостатній натяг затяжки і поперечної похилої зовнішньої арматури, а підсилення балки натяжним елементом по центру дією сили реакції від одного котка недостатнє, особливо при великих прольотах, так як система підсилення у прольоті нерегульована і нераціональна, в результаті чого недовикористовуються властивості міцності матеріалів, залишаються нереалізованими резерви міцності, тріщиностійкості і жорсткості балки та самої конструкції системи підсилення. Поставлена задача вирішується тим, що регульована балка включає залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні і затяжку, взаємодіючу по кінцях з поперечною зовнішньою похилою арматурою, закріпленою до балки, а в середній частині з натяжним елементом, що обпирається на нижню грань балки, при цьому натяжний елемент виконаний у вигляді хвилеподібно розташованих вздовж бічних граней балки і закріплених по кінцях на затяжці нижніх гнучких гілок, що в середній частині охоплюють з перегином щонайменше три котки, розташовані на закладних пластинах нижньої грані балки, а у вершинах хвиль взаємодіючих з можливістю проковзування по антифрикційних елементах зі щонайменше двома верхніми vподібно розташованими окремими гілками, закріпленими по кінцях на ділянці затяжки між кріпленнями нижньої гілки, при цьому нижня гілка має кут, в місці перегину звернений до верху, на центральному котку більший, ніж на інших котках, з можливістю регулювання сил реакції на бічних котках і прискореного натягу затяжки при прогині балки від навантаження. Між сукупністю суттєвих ознак винаходу, який заявляється, і технічним результатом, якого можна досягти, є причинно-наслідковий зв'язок, який полягає в тому, що натяжний елемент виконаний у вигляді хвилеподібно розташованих вздовж бічних граней балки і закріплених по кінцях на затяжках нижніх гнучких гілок, що в середній частині охоплюють з перегином щонайменше три котки, розташовані на закладних пластинах нижньої грані балки, а у вершинах хвиль взаємодіючих з можливістю проковзування по антифрикційних елементах зі щонайменше двома верхніми v-подібно розташованими окремими гілками, закріпленими по кінцях на ділянці затяжки між кріпленнями нижньої гілки, при цьому нижня гілка має кут, в місці перегину звернений до верху, на центральному котку більший, ніж на інших котках, з можливістю створення регульованих сил реакції на бічних котках і прискореного натягу затяжки при прогині балки від навантаження. 1 UA 112733 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Конструкція натяжного елемента дозволяє знімати максимальні переміщення прогину балки в одних місцях, а передавати максимальні або задані величини реакції сил підсилення в інших заданих місцях на балці за умови створення оптимального режиму підсилення балки, що призводить до раціонального розподілу напружень системою підсилення, високої міцності і тріщиностійкості, достатньої надійності балки для практики. Під дією зовнішнього експлуатаційного навантаження балка деформується і прогинається. Натяжний елемент відхиляє затяжку донизу на сумарну величину прогину у декількох точках. Суттєво зростає зусилля розтягу в затяжці, яка стягує до середини зовнішню поперечну арматуру підсилення, закріплену на верхній і нижній фібрах балки в її приопорних зонах. Поперечна похило розташована арматура розвантажує верхню стиснуту і нижню розтягнуту зони балки та поперечно обтискає балку. В результаті взаємодії балки, що прогинається, з натяжним елементом його котки під балкою зміщуються донизу. При цьому центральний коток, розташований в місці максимального прогину, зміщується більше, ніж бічні. В результаті взаємодії з котками напружується нижня гнучка гілка, що охоплює їх. Напруження передається двом верхнім гілкам. В місцях закріплення гілок до затяжки відбуваються вертикальні її переміщення донизу. Затяжка напружується. Котки на нижній грані балки створюють реактивні сили підсилення балки. Оскільки котки підтримуються спільною нижньою гілкою, вони взаємодіють між собою. Величина реакції на кожному котку залежить від значення вертикального кута перегину нижньої гілки на котку. Кут перегину задається або регулюється верхніми гілками, а саме їх розміщенням і довжиною. Для збільшення величини сил реакції підсилення на бічних котках нижня гілка має кут, в місці перегину звернений до верху, на центральному котку більший, ніж на бічних котках. Реакції підсилення регульовані і знаходяться в заданій залежності від величини вертикальних переміщень, а не в традиційно прямій залежності від прогинів на окремому котку. Відтягування донизу затяжки в точках вдвічі більших за кількістю, ніж кількість котків під балкою, сприяє прискореному її натягу і чутливій реакції на прогини від навантаження балки. Взаємозв'язок поздовжньої арматури - затяжки і поперечної арматури забезпечує саморегулювання напружень, а застосування натяжного елемента сприяє більш чутливому реагуванню системи підсилення на зміну зовнішнього навантаження. Застосування розтягнутих елементів в системі підсилення мінімізує її матеріаломісткість і підвищує надійність як самої системи підсилення, так і балки в цілому. Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена регульована балка, загальний вигляд з боку; на фіг. 2 - переріз 1-1 балки. Регульована балка включає залізобетонне тіло 1 з закладними пластинами на поверхні 2 і затяжку 3, взаємодіючу по кінцях з поперечною зовнішньою похилою арматурою 4, закріпленою до балки, а в середній частині з натяжним елементом, що обпирається на нижню грань балки. При цьому натяжний елемент виконаний у вигляді хвилеподібно розташованих вздовж бічних граней балки і закріплених по кінцях на затяжках нижніх гнучких гілок 5, що в середній частині охоплюють з перегином три котки 6, розташовані на закладних пластинах нижньої грані балки, а у вершинах хвиль, взаємодіючих з можливістю проковзування по антифрикційних елементах з двома верхніми v-подібно розташованими окремими гілками 7, закріпленими по кінцях на затяжці в проміжку між кріпленнями нижньої гілки, при цьому нижня гілка має кут, в місці перегину звернений доверху, на центральному котку більший, ніж на інших котках. При підсиленні на звичайну залізобетонну балку встановлюють закладні деталі з пластинами 2. Закріплюють кінці поперечної арматури 4 на закладних пластинах 2. Затяжку 3 закріплюють на поперечній арматурі 4. Нижню 5 і верхні 7 гнучкі гілки натяжного елемента по кінцях закріплюють на затяжці 3. Встановлюються котки 6 натяжного елемента під балкою з охопленням їх нижньою гнучкою гілкою 5. В проміжках між котками ця гілка 5 відтягується доверху і з'єднується з верхніми гнучкими гілками 7 за допомогою антифрикційних елементів у вигляді пальця зі змащенням. Після виконання усіх з'єднань елементів підсилення балки системі надається незначне попереднє напруження з регулюванням і контролем стану окремих гілок системи підсилення. При експлуатаційному навантаженні регульована балка деформується і прогинається. В результаті взаємодії балки з натяжним елементом котки 6 під балкою зміщуються донизу. При цьому центральний коток зміщується більше, ніж бічні. В результаті взаємодії з котками напружується нижня гілка 5. Напруження передається двом верхнім гілкам 7. В місцях закріплення гілок до затяжки 3 відбуваються поперечні її переміщення. Затяжка напружується. Напруження передаються на поперечну арматуру 4, закріплену біля верхньої і нижньої фібри балки. Котки на нижній грані балки створюють реактивні сили підсилення балки. Оскільки котки підтримуються спільною гілкою 5, вони взаємодіють між собою. Величина реакції на кожному 2 UA 112733 C2 5 10 15 20 котку залежить від значення вертикального кута перегину гілки 5 на котку. Кут перегину задається або регулюється верхніми гілками 7 - їх розміщенням і довжиною. Для збільшення величини сил реакції підсилення на бічних котках нижня гілка має кут, в місці перегину звернений доверху, на центральному котку більший, ніж на бічних котках. Сили реакції підсилення регульовані і знаходяться в заданій, а не в прямій залежності від величини переміщень прогинів на окремому котку. Відтягування донизу затяжки в шести точках замість традиційних трьох сприяє прискореному її натягу і чутливій реакції на прогини від навантаження балки. Взаємозв'язок поздовжньої арматури - затяжки і поперечної арматури забезпечує саморегулювання напружень, а застосування натяжного елемента сприяє більш чутливому реагуванню системи підсилення на зміну зовнішнього навантаження. Застосування розтягнутих елементів в системі підсилення забезпечує низьку її матеріаломісткість і підвищує надійність як самої системи підсилення, так і балки в цілому. Застосування запропонованої регульованої балки з натяжним елементом саморегулювання вертикальних сил підсилення в прольоті балки і затяжки ефективно підсилює балку, в першу чергу в прольоті, зменшує її прогини в процесі експлуатаційного навантаження, забезпечує високу тріщиностійкість і міцність, зменшує матеріаломісткість та забезпечує високу ефективність використання властивостей міцності матеріалів за рахунок регулювання, прискореного натягу затяжки, ефективної роботи всіх арматурних елементів підсилення на розтяг. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 Регульована балка, що включає залізобетонне тіло з закладними пластинами на поверхні і затяжку, взаємодіючу по кінцях з поперечною зовнішньою похилою арматурою, закріпленою до балки, а в середній частині з натяжним елементом, що обпирається на нижню грань балки, яка відрізняється тим, що натяжний елемент виконаний у вигляді хвилеподібно розташованих вздовж бічних граней балки і закріплених по кінцях на затяжці нижніх гнучких гілок, що в середній частині охоплюють з перегином щонайменше три котки, розташовані на закладних пластинах нижньої грані балки, а у вершинах хвиль, взаємодіючих з можливістю проковзування зі щонайменше двома верхніми v-подібно розташованими окремими гілками, закріпленими по кінцях на затяжці, при цьому нижня гілка має кут, в місці перегину звернений доверху, на центральному котку більший, ніж на інших котках, з можливістю створення регульованих сил реакції на бічних котках і прискореного натягу затяжки при прогині балки від навантаження. 3 UA 112733 C2 Комп’ютерна верстка Т. Вахричева 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