Сталежелезобетонная балка

ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА (ВАРИАНТЫ)
Полезная модель относится к строительству, а именно к балкам перекрытий
или покрытий зданий и сооружений различного функционального назначения.
Известны
традиционные
конструктивные
решения
предварительно
напряженных железобетонных балок, ферм, арок, изложенные в книге: «Байков В.Н.,
Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. Учебник для вузов. Изд. 3е, исправленное. М., Стройиздат, 1978, 767 с.» на страницах 489-509 рис. XIII.33XIII.43.
Недостатками таких конструкций для варианта возведения зданий и
сооружений из сборного железобетона являются: ограничения, связанные с
типовыми размерами конструктивных элементов (балок покрытия и перекрытий,
ферм, подстропильных конструкций, арок); значительный собственный вес
конструктивных элементов; отсутствие на строительном рынке производителей
некоторых конструктивных элементов. Для варианта возведения зданий и
сооружений из монолитного железобетона недостатки связаны: с трудоемкостью
изготовления и монтажа опалубки; невозможностью качественного бетонирования
опорных участков конструкций в связи с перенасыщением арматурой.
Известны также традиционные конструктивные решения обычных и
предварительно напряженных стальных балок, ферм, арок, изложенные в книге:
«Металлические конструкции. В 3 т. Т. 2. Стальные конструкции зданий и
сооружений. (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. В.В. Кузнецова
(ЦНИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельникова) – М.: изд-во АСВ, 1998, 512
стр. с илл.» на страницах 86-93 рис. 6.1-6.7, на страницах 150-159 рис. 7.1-7.7, на
страницах 248-263 рис. 12.1-12.14.
Недостатками таких конструкций являются: меньшая общая устойчивость
балок, в связи с отсутствием бетона в поперечном сечении и нецелесообразностью
развивать сечение из плоскости; меньшая статическая неопределимость
конструкции; отсутствие совместной работы между стальными и железобетонными
конструктивными элементами, что уменьшает надежность конструкции в целом;
необходимость воспринимать сжимающие усилия стальными элементами, а не
бетоном; нецелесообразность применения некоторых конструкций для перекрытий и
покрытий с большими нагрузками.
Наиболее близким по технической сущности является конструктивное решение,
изложенное в книге: «Байков В.Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции.
Общий курс. Учебник для вузов. Изд. 3-е, исправленное. М., Стройиздат, 1978, 767
с.» на страницах 171-174 рис. XIII.17-XIII.18. В данном конструктивном решении
железобетонная балка состоит из бетона, стержневой арматуры и несущей (жесткой)
арматуры в виде прокатной или сварной стальной балки, находящейся внутри
сечения.
Недостатками такого конструктивного решения железобетонной балки
являются: трудоемкость установки и в последующем перестановки съемной
опалубки;
увеличение
продолжительности
строительства,
трудоемкость
качественного бетонирования конструкции; отсутствует объемное напряженодеформированное состояние бетона.
Полезная модель направлена на повышение несущей способности,
надежности, скорости и технологичности возведения, уменьшения расхода стали и
бетона балок перекрытий или покрытий зданий и сооружений.
Патент на полезную модель № 79908 – «СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА
(ВАРИАНТЫ)». Автор – Пекин Д.А.
Достигается это тем, что в предлагаемом конструктивном решении
сталежелезобетонной балки реализована совместная работа бетона, напрягаемой
арматуры, стальных листов, образующих коробчатую балку, в полости которой затем
устанавливается в проектное положение напрягаемая арматура и производится
бетонирование.
Кроме того, в дополнение к стальным листам могут использоваться фасонные
прокатные или сварные профили.
На заводе металлических конструкций изготавливается стальная балка
коробчатого сечения, состоящая из горизонтальных листов, вертикальных листов
и/или фасонных элементов, соединяемых при помощи сварки, с предварительно
сделанными отверстиями для прохода напрягаемой арматуры и последующего
бетонирования. Далее на заводе или непосредственно на строительной площадке в
предварительно сделанные отверстия устанавливается напрягаемая арматура,
представляющая собой определенное количество стержней или канатов, покрытых
смазкой, находящихся внутри пластмассовых трубок большего диаметра и не
имеющих сцепления с бетоном, что позволяет выполнять натяжение арматуры как
на упоры (стальная балка коробчатого сечения), так и на бетон (после
бетонирования балки). Натяжение может выполняться в один или несколько этапов
в зависимости от последовательности сборки и приложения нагрузок.
Бетонирование выполняется мелкозернистым бетоном или полимербетоном с
максимальной подвижностью смеси через предварительно сделанные отверстия в
верхней полке балки. Предварительно напряженная сталежелезобетонная балка
может выполняться как однопролетной шарнирно-опертой, так и многопролетной
неразрезной.
Принципиально новое конструктивное решение сталежелезобетонной балки
основывается на совместной работе стальных и железобетонных конструкций,
описанных выше, и позволяет с максимальной выгодой использовать
положительные качества данных строительных материалов.
Повышение
несущей
способности
предварительно
напряженной
сталежелезобетонной балки достигается тем, что горизонтальный стальной лист
располагается ниже бетона, тем самым увеличивается плечо внутренней пары,
используется высокопрочная напрягаемая арматура, позволяющая регулировать
внутренние усилия, также в сечении присутствуют несколько вертикальных стальных
листов, что существенно повышает геометрические характеристики всего
поперечного сечения балки. Площадь поперечного сечения горизонтального листа
может широко варьироваться и существенно превышать возможную площадь
продольной арматуры размещаемой в традиционной железобетонной балке, в связи
с ограничениями расстояний в свету между арматурой, продиктованными
необходимостью укладки бетонной смеси. Исключается возможность хрупкого
разрушения сжатой зоны бетона в связи со стесненными условиями работы и
объемным напряжено-деформированным состоянием. Существенно возрастает
прочность бетона на сжатие.
Повышение надежности связано с тем, что исключается механизм хрупкого
разрушения бетона, увеличивается статическая неопределимость конструкции,
уменьшается влияние факторов связанных с нарушением технологии изготовления
и монтажа в условиях строительной площадки, в результате вместо одной
железобетонной или стальной балки получается предварительно напряженная
железобетонная балка внутри коробчатой стальной балки. Стальные листы не могут
потерять устойчивость, поскольку они находятся в теле бетона. Изменяется
деформативность конструкции в целом, и она начинает работать вязко. Бетон
начинает играть подчиненную роль, не давая стальным листам внутри бетона
Патент на полезную модель № 79908 – «СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА
(ВАРИАНТЫ)». Автор – Пекин Д.А.
потерять устойчивость. Исключается возможность изменения проектного положения
напрягаемой арматуры благодаря установке в предварительно сделанные отверстия
в стальных листах.
Повышение скорости и технологичности возведения по сравнению со стальным
балками достигается тем, что уменьшается количество конструктивных элементов
балочного перекрытия или покрытия, поскольку отсутствует необходимость в
раскреплении балки из плоскости. Повышение скорости и технологичности
возведения по сравнению с железобетонной балкой достигается тем, что
отсутствует необходимость в установке съёмной опалубки.
Уменьшение расхода стали по сравнению со стальной балкой достигается тем,
что большая часть сжимающих усилий воспринимается бетоном за счет совместной
работы стальных листов и бетона. Уменьшение расхода бетона по сравнению с
железобетонной балкой достигается тем, что при увеличении прочности бетона на
сжатие в связи со стесненными условиями работы и объемным напряженодеформированным состоянием, возможно сокращение его площади в поперечном
сечении.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 показан вид
сбоку предварительно напряженной сталежелезобетонной балки 1, опор 2, на
котором замаркированы сечение 1-1 и узел 1.
На фиг. 2 показаны три варианта поперечного сечения 1-1, замаркированного
на фиг. 1, предварительно напряженной сталежелезобетонной балки. Поперечное
сечение для варианта 1 состоит из нижнего горизонтального листа 3, верхнего
горизонтального листа 4, четырех вертикальных листов 5, напрягаемой арматуры 6,
бетона 7, промежуточных ребер 8. Поперечное сечение для варианта 2 состоит из
нижнего горизонтального листа 3, верхнего горизонтального листа 4, двух
вертикальных листов 5, напрягаемой арматуры 6, бетона 7, промежуточных ребер 8.
Поперечное сечение для варианта 3 состоит из нижнего горизонтального листа 3,
верхнего горизонтального листа 4, трех вертикальных листов 5, напрягаемой
арматуры 6, бетона 7, промежуточных ребер 8.
На фиг. 3 показаны другие четыре варианта поперечного сечения 1-1,
замаркированного на фиг. 1, предварительно напряженной сталежелезобетонной
балки. Поперечное сечение для варианта 4 состоит из нижнего горизонтального
листа 3, верхнего горизонтального листа 4, двух прокатных профилей (двутавров) 9,
напрягаемой арматуры 6, бетона 7, промежуточных ребер 8. Поперечное сечение
для варианта 5 состоит из нижнего горизонтального листа 3, верхнего
горизонтального листа 4, двух сварных профилей (двутавров) 10, напрягаемой
арматуры 6, бетона 7, промежуточных ребер 8. Поперечное сечение для варианта 6
состоит из нижнего горизонтального листа 3, верхней соединительной планки 11,
двух сварных профилей (двутавров) 10, напрягаемой арматуры 6, бетона 7,
промежуточных ребер 8. Поперечное сечение для варианта 7 состоит из нижнего
горизонтального листа 3, верхнего горизонтального листа 4, двух сварных профилей
(двутавров) 10, бетона 7, промежуточных ребер 8. В случае достаточной изгибной
жесткости балки и удовлетворению нормам по второй группе предельных состояний,
напрягаемая арматура 6 может отсутствовать.
На фиг. 4 показан узел 1 опирания предварительно напряженной
сталежелезобетонной балки, замаркированный на фиг. 1. Который состоит из опоры
2, нижнего горизонтального листа 3, верхнего горизонтального листа 4,
вертикальных листов 5, напрягаемой арматуры 6, бетона 7, промежуточных ребер 8,
опорных ребер 12, отверстий 13, опорной пластины 14, анкерных гильз 15, упорной
пластины 16 и закладной детали опоры 17.
Патент на полезную модель № 79908 – «СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА
(ВАРИАНТЫ)». Автор – Пекин Д.А.
Соединение
стальных
конструктивных
элементов
предварительно
напряженной сталежелезобетонной балки выполняется при помощи сварки. После
установки в проектное положение напрягаемой арматуры выполняется
предварительное натяжение на упоры при помощи гидравлических домкратов для
выравнивания её траектории и исключения провисания. После установки балки в
проектное положение выполняется бетонирование полостей мелкозернистым или
полимербетоном. Далее выполняется основное натяжение напрягаемой арматуры
на требуемое усилие, которое при необходимости можно осуществлять в два этапа
для уменьшения влияния первых и вторых потерь натяжения. После завершения
работ по натяжению при необходимости выполняется крепление опорной пластины
предварительно напряженной сталежелезобетонной балки к закладной детали
опорного элемента.
Предварительно напряженная сталежелезобетонная балка под нагрузкой
работает следующим образом. Изгибающий момент, возникающий в поперечном
сечении балки, создает в нижней части растягивающие усилия, которые
воспринимаются нижним горизонтальным листом и предварительно напрягаемой
арматурой. В верхней части поперечного сечения возникают сжимающие усилия,
которые воспринимаются верхним горизонтальным листом и бетоном.
Максимальная поперечная сила воспринимается вертикальными стальными
листами и опорными ребрами. Усилие предварительного натяжения назначается из
учета восприятия полной расчетной нагрузки или какой-либо части нагрузки. Таким
образом, применение предварительно напряженной сталежелезобетонной балки в
практике строительства позволит повысить несущую способность, надежность,
скорость и технологичность возведения, уменьшить расход стали и бетона, получить
существенный экономический эффект и оптимизировать финансовые затраты на
строительство, что достигается за счет совместной работы стальных листов,
напрягаемой арматуры и бетона. Данное конструктивное решение позволяет
оптимальным образом использовать свойства строительных материалов: стальных
листов, напрягаемой арматуры и бетона, как на этапе монтажа конструкций, так и в
процессе эксплуатации.
Патент на полезную модель № 79908 – «СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА
(ВАРИАНТЫ)». Автор – Пекин Д.А.
ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
1. Сталежелезобетонная балка, включающая бетон и напрягаемую арматуру,
отличающаяся тем, что содержит стальные листы, образующие коробчатую балку,
внутри которой размещены напрягаемая арматура и бетон.
2. Сталежелезобетонная балка, включающая бетон, напрягаемую арматуру и
фасонные прокатные или сварные профили, отличающаяся тем, что содержит
стальные листы и фасонные прокатные или сварные профили, образующие
коробчатую балку, внутри которой размещены напрягаемая арматура и бетон.
3. Сталежелезобетонная балка, включающая бетон и фасонные прокатные или
сварные профили, отличающаяся тем, что содержит стальные листы и фасонные
прокатные или сварные профили, образующие коробчатую балку, внутри которой
размещён бетон.
Патент на полезную модель № 79908 – «СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА
(ВАРИАНТЫ)». Автор – Пекин Д.А.
Патент на полезную модель № 79908 – «СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА
(ВАРИАНТЫ)». Автор – Пекин Д.А.
Патент на полезную модель № 79908 – «СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА
(ВАРИАНТЫ)». Автор – Пекин Д.А.
Патент на полезную модель № 79908 – «СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА
(ВАРИАНТЫ)». Автор – Пекин Д.А.
Патент на полезную модель № 79908 – «СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА
(ВАРИАНТЫ)». Автор – Пекин Д.А.
РЕФЕРАТ
СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА (ВАРИАНТЫ)
Полезная модель относится к строительству, а именно к балкам перекрытий
или покрытий зданий и сооружений различного функционального назначения и
направлена на повышение несущей способности, надежности, скорости и
технологичности возведения, уменьшения расхода стали и бетона. Указанный
технический результат достигается тем, что в предлагаемом конструктивном
решении сталежелезобетонной балки реализована совместная работа бетона,
напрягаемой арматуры, стальных листов, образующих коробчатую балку, в полости
которой затем устанавливается в проектное положение напрягаемая арматура и
производится бетонирование. Кроме того, в дополнение к стальным листам могут
использоваться фасонные прокатные или сварные профили. На заводе
металлических конструкций изготавливается стальная балка коробчатого сечения,
состоящая из горизонтальных листов, вертикальных листов и/или фасонных
элементов, соединяемых при помощи сварки, с предварительно сделанными
отверстиями для прохода напрягаемой арматуры и последующего бетонирования.
Далее на заводе или непосредственно на строительной площадке в предварительно
сделанные отверстия устанавливается напрягаемая арматура, представляющая
собой определенное количество стержней или канатов, покрытых смазкой,
находящихся внутри пластмассовых трубок большего диаметра и не имеющих
сцепления с бетоном, что позволяет выполнять натяжение арматуры как на упоры
(стальная балка коробчатого сечения), так и на бетон (после бетонирования балки).
Натяжение может выполняться в один или несколько этапов в зависимости от
последовательности сборки и приложения нагрузок. Бетонирование выполняется
мелкозернистым бетоном или полимербетоном с максимальной подвижностью
смеси через предварительно сделанные отверстия в верхней полке балки.
Предварительно напряженная сталежелезобетонная балка может выполняться как
однопролетной
шарнирно-опертой,
так
и
многопролетной
неразрезной.
Принципиально новое конструктивное решение сталежелезобетонной балки
основывается на совместной работе стальных и железобетонных конструкций,
описанных выше, и позволяет с максимальной выгодой использовать
положительные качества данных строительных материалов. 4 ил.
Патент на полезную модель № 79908 – «СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА
(ВАРИАНТЫ)». Автор – Пекин Д.А.