Регульовано-напружена балка чекановича

Реферат: Регульовано-напружена балка містить залізобетонне тіло і затяжку, закріплену по кінцях на балці, взаємодіючу посередині з натяжним елементом, що обпирається на нижню грань балки, і поперечну зовнішню арматуру, взаємодіючу у приопорних зонах балки з верхньою і нижньою її гранями, а в середній частині взаємодіючу з затяжкою. Поперечна арматура розтягнута, гнучка і розташована дзеркально симетрично в приопорних зонах балки з нахилом під гострим кутом до верхньої її грані, зверненим до опор балки. Під гострим кутом до нижньої її грані, зверненим до прольоту балки, закріплена одним кінцем на верхній грані балки ближче до її середини з обмеженням зміщення до середини, а іншим кінцем на нижній грані балки ближче до її опор з обмеженням зміщення до опор і з можливістю поздовжнього розтягу верхньої грані балки і обтиску нижньої її грані та поперечного стиску приопорних зон. В середній частині поперечна арматура взаємодіє з затяжкою з обмеженням зміщення вузла кріплення вздовж поперечної арматури доверху. UA 99090 U (54) РЕГУЛЬОВАНО-НАПРУЖЕНА БАЛКА ЧЕКАНОВИЧА UA 99090 U UA 99090 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до будівництва і може застосовуватися при виготовленні, зведенні і підсиленні залізобетонних конструкцій балок будівель та споруд. Відомі конструкції балок, що містять залізобетонне тіло і затяжку, закріплену по кінцях на балці, взаємодіючу посередині з натяжним елементом, що обпирається на нижню грань балки, і поперечну арматуру, розташовану 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 при навантаженні через неможливість саморегулювання напружень. Найбільш близьким технічним вирішенням до запропонованого є регульовано-обтиснена залізобетонна балка, що містить залізобетонне тіло і затяжку, закріплену по кінцях на балці і взаємодіючу посередині з натяжним елементом, що обпирається на нижню грань балки і поперечну зовнішню арматуру, взаємодіючу у приопорних зонах балки з верхньою і нижньою її гранями, а в середній частині взаємодіючу з затяжкою. (Патент України на Корисна модель № 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, так як її елементи в приопорних зонах працюють на згин і потребують високої жорсткості; складність і недостатня надійність системи підсилення через складну шарнірну поворотну систему; неможливість саморегулювання напружень системою підсилення з простими і надійними нерухомими з'єднаннями гнучких елементів при зовнішньому навантаженні балки, що прискорює знос системи підсилення; значні габарити підсиленої балки через розташування натяжного елемента під нижньою гранню балки посередині прольоту і через розміщення елементів підсилення на торцях балки, що потребує забезпечення невиправданих зазорів навколо балки і утруднює використання її для практики. В основу корисної моделі поставлена задача створення саморегульованих, простих і надійних, жорстких, тріщиностійких і міцних конструкцій балок, що ефективно підсилюються при дії на них зовнішнього навантаження шляхом раціонального перерозподілу напружень між стисненою та розтягнутою зонами при зменшенні габаритів, а саме робочої висоти підсиленої конструкції, звільнення торців балкових конструкцій від елементів систем підсилення, заміни важких і матеріаломістких елементів системи підсилення в приопорних зонах, що працюють на згин на легкі гнучкі елементи, що працюють на розтяг. Прототип не дозволяє одержати відповідний до задачі технічний результат, так як поворотна конструкція підсилення складна, має рухомі з'єднання, які ненадійні і швидко зношуються; натяжний елемент і поперечна арматура підсилення працюють на згин і потребують надвисоких витрат сталі, недовикористовуються властивості міцності матеріалу, залишаються нереалізованими резерви міцності, жорсткості, тріщиностійкості всієї балки; конструкції підсилення великогабаритні з незручним розміщенням елементів підсилення на торцях і з розташуванням натяжного елемента під балкою. Поставлена задача вирішується тим, що регульовано-напружена балка включає залізобетонне тіло і затяжку, закріплену по кінцях на балці, взаємодіючу посередині з натяжним елементом, що обпирається на нижню грань балки, і поперечну зовнішню арматуру, взаємодіючу у приопорних зонах балки з верхньою і нижньою її гранями, а в середній частині взаємодіючу з затяжкою, при цьому поперечна арматура розтягнута, гнучка і розташована дзеркально симетрично в приопорних зонах балки з нахилом під гострим кутом до верхньої її грані, зверненим до опор балки, та під гострим кутом до нижньої її грані, зверненим до середини балки, і закріплена одним кінцем на її верхній грані ближче до середини балки з обмеженням зміщення до середини, а іншим кінцем на нижній грані ближче до опор балки з обмеженням зміщення до опор балки і з можливістю поздовжнього розтягу верхньої грані балки і обтиску нижньої її грані та поперечного стиску приопорних зон, а в середній частині поперечна арматура взаємодіє з затяжкою, закріпленою трубчастим елементом з анкером з обмеженням зміщення вузла кріплення вздовж поперечної арматури доверху упором, при цьому нижня ділянка поперечної зовнішньої розтягнутої гнучкої арматури до вузла кріплення затяжки має жорсткість вищу, ніж верхня її ділянка над вузлом кріплення затяжки, а в разі однакового за величиною модуля пружності (деформацій) матеріалу поперечної зовнішньої арматури площа перерізу нижньої ділянки більша, ніж верхньої, і натяжний елемент затяжки виконаний з розтягнутих стрижнів замкненого трикутно-подібного контуру, нижня вершина якого шарнірно взаємодіє з нижньою гранню балки, а дві верхні вершини розташовані з зазором по бічних гранях балки і з'єднані між собою тягами зі стяжною муфтою, а зовні з'єднані з розтяжкою, при цьому затяжка 1 UA 99090 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 складається щонайменше з двох ланок, закріплених протилежними від натяжного елемента кінцями на поперечних похилих арматурних стрижнях в приопорних зонах балки. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, яка заявляється, і технічним результатом, якого можна досягти, є причинно-наслідковий зв'язок, який полягає в тому, що поперечна зовнішня арматура розтягнута, гнучка і розташована дзеркально симетрично в приопорних зонах балки з нахилом під гострим кутом до верхньої її грані, зверненим до опор балки, та під гострим кутом до нижньої її грані, зверненим до середини балки, і закріплена одним кінцем на її верхній грані ближче до середини балки з обмеженням зміщення до середини, а іншим кінцем на нижній грані ближче до опор балки з обмеженням зміщення до опор балки і з можливістю поздовжнього розтягу верхньої грані балки і обтиску нижньої її грані та поперечного стиску приопорних зон, а в середній частині поперечна арматура взаємодіє з затяжкою, закріпленою трубчастим анкерним елементом з обмеженням зміщення вузла кріплення вздовж поперечної арматури доверху упором, при цьому нижня ділянка поперечної зовнішньої розтягнутої гнучкої арматури до вузла кріплення затяжки має жорсткість вищу, ніж верхня її ділянка над вузлом кріплення затяжки, а в разі однакового за величиною модуля пружності (деформацій) матеріалу поперечної зовнішньої арматури площа перерізу нижньої ділянки більша ніж верхньої, при цьому натяжний елемент затяжки виконаний з розтягнутих стрижнів замкненого трикутноподібного контуру, нижня вершина якого шарнірно взаємодіє з нижньою гранню балки, а дві верхні вершини розташовані з зазором по бічних гранях балки і з'єднані між собою тягами зі стяжною муфтою, а зовні з'єднані з розтяжкою, при цьому затяжка складається щонайменше з двох ланок, закріплених протилежними від натяжного елемента кінцями на поперечних похилих арматурних стрижнях в приопорних зонах балки. Під зовнішнім навантаженням балка деформується і натяжний елемент відхиляє затяжку донизу на величину максимального прогину у двох 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 арматура розтягується. Через похиле розташування зовнішньої поперечної арматури з обов'язковим збереженням гострого кута до верхньої грані балки, зверненим до кінців балки, їй надається умовно парадоксальне зусилля розтягу верхній стисненій грані балки, що розвантажує і зміцнює стиснену зону балки. Зміна напрямку дії сили від затяжки на стиск балки виконана за рахунок локального обтиску балки поперечною похилою арматурою. Через це сила натягу нижньої ділянки поперечної зовнішньої арматури значно більша, ніж верхньої. В результаті обтиск нижньої розтягнутої зони балки значно вищий, ніж розтяг верхньої стиснутої зони, що значною мірою компенсує низьку міцність бетону на розтяг. 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 суттєво знижує її матеріаломісткість і підвищує надійність як самої системи підсилення, так і балки в цілому. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена регульовано-напружена балка з зовнішньою системою підсилення, загальний вигляд збоку; на фіг. 2 зображено опорний фрагмент балки; на фіг. 3 - центральний фрагмент балки. Регульовано-напружена балка включає залізобетонне тіло 1 і затяжку 2, взаємодіючу з натяжним елементом 3, що обпирається на нижню грань балки, і поперечну зовнішню арматуру 4, взаємодіючу з верхньою і нижньою її гранями, а в середній частині взаємодіючу з затяжкою 2, при цьому поперечна арматура 4 розтягнута, гнучка і розташована дзеркально симетрично в приопорних зонах балки з нахилом під гострим кутом α до верхньої її грані та під гострим кутом β до нижньої її грані і закріплена одним кінцем на її верхній грані ближче до середини балки з обмеженням зміщення до середини, а іншим кінцем на нижні грані ближче до опор балки з обмеженням зміщення до опор, а в середній частині поперечна арматура 4 взаємодіє з затяжкою 2, закріпленою трубчастим анкерним елементом 5 з обмеженням зміщення вузла кріплення вздовж поперечної арматури доверху упором 6, при цьому площа перерізу нижньої ділянки поперечної зовнішньої арматури 7 більша, ніж верхньої 8, а натяжний елемент затяжки виконаний з розтягнутих стрижнів замкненого трикутно-подібного контуру, нижня вершина якого шарнірно взаємодіє з нижньою гранню балки, а дві верхні вершини з'єднані між собою тягами 9 зі стяжною муфтою 10, а зовні з'єднані з двома ланками затяжки, закріпленими протилежними від натяжного елемента кінцями на поперечних похилих арматурних стрижнях в приопорних зонах балки. Виготовляють регульовано-напружену балку як звичайну залізобетонну без попереднього напруження. Збирають поперечну арматуру 4 шляхом об'єднання нижньої її частини з більшим поперечним перерізом 7 і верхньої з меншим поперечним перерізом 8 з утворенням 2 UA 99090 U 5 10 15 20 25 30 35 зміцнюючого стик упора 6. Заводять нижню частину поперечної арматури 7 в трубчастий анкерний елемент 5 затяжки 2 до упора 6 і закріплюють по кінцях поперечну арматуру на нижній і верхній фібрах балки у приопорних зонах. Ланки затяжки 4 в центральні частині балки закріплюються за допомогою анкерних елементів 5 на натяжному елементі 3. Встановлюється коток натяжного елемента 3 під балкою і додаткові відтяжки в прольоті. Після виконання усіх з'єднань елементів підсилення балки ланки затяжки 2 муфтою 10 стягуються тягами 9 гнучкого натяжного елемента 3 з наданням системі незначного попереднього напруження. Згодом виконуються контрольна підтяжка зовнішньої арматури з регулюванням і контролем стану окремих ланцюгів системи підсилення. При експлуатаційному навантаженні регульовано-напружена однопролітна балка деформується і прогинається. В результаті взаємодії з натяжним елементом 3 затяжка 2 розтягується. У вузлах з'єднання затяжки 2 з поперечною зовнішньою арматурою 4 виникає сила, направлена до центру балки. Поперечна арматура 4 розтягується і обтискає поперечно тіло балки 1. Оскільки поперечна арматура 4 закріплена на верхній і нижній фібрах балки таким чином, що забезпечується гострий кут нахилу α її розташування до верхньої грані балки, зверненого до її кінців, і гострий кут нахилу β до нижньої грані з протилежної сторони поперечної арматури, то за рахунок локального обтиску балки поперечною похилою арматурою 4 виникає умовно парадоксальне зусилля розтягу верхньої грані, що суттєво розвантажує і зміцнює стиснену зону балки. При цьому сила натягу нижньої ділянки поперечної зовнішньої арматури 7 значно більша, ніж верхньої 8. Взаємозв'язок поздовжньої арматури - затяжки 2 і поперечної арматури 4 забезпечує саморегулювання напружень, а застосування натяжного елемента 3 сприяє більш чутливому реагуванню системи підсилення на зміну зовнішнього навантаження. Застосування розтягнутих елементів в системі підсилення значно знижує її матеріаломісткість і підвищує надійність як самої системи підсилення, так і балки в цілому. Застосування запропонованої регульовано-напруженої балки з саморегульованим натягом затяжки і зовнішньої поперечної арматури ефективно підсилює балку, знижує деформування системи в процесі експлуатаційного навантаження, зменшує її габарити, зокрема робочу висоту, звільняє торці балки від елементів підсилення, спрощує конструкцію і підвищує надійність роботи при високій жорсткості, тріщиностійкості і міцності, зменшує матеріаломісткість та забезпечує високу ефективність використання фізико-механічних характеристик матеріалів за рахунок роботи всіх елементів підсилення на розтяг. Джерела інформації: 1. Клименко Є.В. Технічна експлуатація та реконструкція будівель і споруд: навчальний посібник/ Є.В. Клименко. - К.: "Центр навчальної літератури", 2004. С. 171. 2. Пат. 87047 Україна, МПК Е04С3/00. Регульовано-обтиснена залізобетонна балка / Чеканович О.М., заявник: Чеканович О.М., патентовласник: Чеканович О.М., - а200710856; заявл. 01.10.2007; опубл. 10.06.2009, Бюл. № 11. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 60 1. Регульовано-напружена балка, що містить залізобетонне тіло і затяжку, закріплену по кінцях на балці, взаємодіючу посередині з натяжним елементом, що обпирається на нижню грань балки, і поперечну зовнішню арматуру, взаємодіючу у приопорних зонах балки з верхньою і нижньою її гранями, а в середній частині взаємодіючу з затяжкою, яка відрізняється тим, що поперечна арматура розтягнута, гнучка і розташована дзеркально симетрично в приопорних зонах балки з нахилом під гострим кутом до верхньої її грані, зверненим до опор балки, та під гострим кутом до нижньої її грані, зверненим до прольоту балки, і закріплена одним кінцем на верхній грані балки ближче до її середини з обмеженням зміщення до середини, а іншим кінцем на нижній грані балки ближче до її опор з обмеженням зміщення до опор і з можливістю поздовжнього розтягу верхньої грані балки і обтиску нижньої її грані та поперечного стиску приопорних зон, а в середній частині поперечна арматура взаємодіє з затяжкою з обмеженням зміщення вузла кріплення вздовж поперечної арматури доверху. 2. Балка за п. 1, яка відрізняється тим, що нижня ділянка поперечної зовнішньої розтягнутої гнучкої арматури до вузла кріплення затяжки має жорсткість вищу, ніж верхня її ділянка над вузлом кріплення затяжки, і за однакового матеріалу цієї арматури площа перерізу нижньої її ділянки більша, ніж верхньої. 3. Балка за п. 1, яка відрізняється тим, що натяжний елемент виконаний з розтягнутих гнучких стрижнів замкненого трикутно-подібного контуру, нижня вершина якого шарнірно взаємодіє з нижньою гранню балки, а дві верхні вершини розташовані по бічних гранях балки з зазором і з'єднані між собою тягами з стяжною муфтою, а зовні вершини з'єднані з затяжкою, що 3 UA 99090 U складається щонайменше з двох ланок, закріплених протилежними від натяжного елемента кінцями на поперечних похилих арматурних стрижнях в приопорних зонах балки. 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