Конструирование и расчет балочных систем перекрытия с применением напрягаемых высокопрочных канатов в пластиковой оболочке

Конструирование и расчет балочных систем перекрытия с применением напрягаемых высокопрочных канатов в пластиковой оболочке Design and calculation of beam systems overlap with the use of pre-stressed high-strength

ropes in plastic shell

Павловец Савелий Григорьевич,

Институт строительства и архитектуры Промышленное и гражданское строительство

Аннотация: В статье проанализированы существующие методы усиления балочных систем перекрытия с применением напрягаемых высокопрочных канатов в пластиковой оболочке. Так же в статье рассмотрен широко распространенный метод обжатия конструкций с использованием высокоточных канатов в пластиковой оболочке при возведении монолитных перекрытий (система «без сцепления»). Применяя предварительное напряжение появляется возможность снизить расход материалов за счет уменьшения количества колонн и увеличить пролеты плит.

Высокопрочные канатв в пластиковой оболочке в процессе усиления конструкции натягивают с большим усилием.

В статье уделено внимание основынм физико-механическим свойствам применяемых на практике канатов в пластиковой оболочке. Уделено вниманиею рассмотрению и подбору анкерных устройств, таких как цанговые зажимы. В статье рассотрены конструкции опорных элементов канатов, анкеровка, схемы сопряжения канатов с колоннами на примере усиления сталежелезобетонного перекрытия. В качестве метода рассмотрен метод расчета балочных металлических мостов расчета усиления высокопрочными канатами в пластиковой оболочке сталежелезобетонных балок.

Summary: The article analyzes the existing methods of strengthening the beam overlap systems using tensioned high-strength ropes in a plastic shell. Also in the article the widespread method of compression of designs with use of high-precision ropes in a plastic cover at construction of monolithic overlappings (system «without coupling») is considered. Applying pre-stress it is possible to reduce the consumption of materials by reducing the number of columns and increase the spans of plates.

High-strength rope in a plastic shell in the process of strengthening the structure is pulled with great effort.

The article focuses on the basic physical and mechanical properties of ropes used in practice in a plastic shell. Attention is paid to the consideration and selection of anchor devices such as collet clamps. The article deals with the design of the supporting elements of ropes, anchoring, scheme of conjugation of ropes with columns on the example of strengthening of steel-concrete floors. As a method the method of calculation of beam metal bridges of calculation of strengthening by high-strength ropes in a plastic cover of steel-reinforced concrete beams is considered.

Ключевые слова: строительные конструкции, балочные системы перекрытия, высопрочные канаты, пластиковая оболочка.

Keywords: building structures, beam overlapping systems, high-strength ropes, plastic shell.

Износ строительных конструкций считается неизбежным и закономерным явлением для любого сооружения или здания, поэтому в их усилении возникает необходимость. Усиление любой конструкций требует меньше затрат, чем их замена новыми, но связано это обычео с выполнением сложных строительных процессов. В соврменной практике отсуствет проблема отсутствия усиления изгибаемых элементов метода дающее возможность уменьшить прогиб конструкции, который образуется в процессе эксплуатации. Впервые для усиления предлагается применение высокопрочные канаты в пластиковой оболочке, которые натягивают в процессе усиления конструкции с большим усилием. Применяемые канаты представлябт собой прядь, которая состоит из центральной проволоки и шести проволок наружного слоя, свитых между собой по спирали. Изготовляют канаты из гладкой круглой проволоки К7; проволоки периодического профиля К7Т; круглой гладкой проволоки, пластического обжатия, — К7О [6].

При натяжении для закрепления канатов применяются при натяжении цанговые зажимы. Натяжение арматуры производят механическим способом, с применением гидравлических домкратов. Натяжение производится по одному арматурному элементу, с применением анкерных устройств.

Для системы натяжения без сцепления с бетоном стоит учитывать то, что как правило все потери сконцентрированы на участке распределения потерь от посадки анкера и в местах перегибов каната, на прямых участках каната потери очень малы. Если же длина каната достаточно мала и поэтому значительно влияние потерь от посадки анкера, для

этого используют домкраты с функцией посадки конуса. При больших величинах потерь на трение, нужно производить натяжение канатов с двух сторон. [3].

Можно предложить схема усиления второстепенных и главных балок ребристого монолитного перекрытия (Рис. 1а) и так же вариант второй усиления главных балок (рис. 1б), с помощью высокопрочных напрягаемых канатов в пластиковой оболочке, имеющее шпренгельное (полигональное) очертание.

Усиление с полигональным расположением дополнительного армирования применяют для увеличения несущей способности балки по наклонным и нормальным сечениям в связи с увеличением на перекрытие нагрузки, для восстановления при повреждениях ее несущей способности, а так же нарушении неразрезности балки.

Усилие натяжения канатов создает изгибающий дополнительный момент противоположного знака изгибающему действующему моменту от внешней нагрузки, что усиливаемые балки разгружает и прогиб уменьшается.

В плите перекрытия 3 пробивают отверстия при устройстве усиления балок железобетонного перекрытия с помощью высокопрочных канатов в пластиковой оболочке и сквозь пробытые отверстия прокладывается канат 5. При переходе от горизонтального

участка к наклонным в местах перегиба ветвей каната устраиваются опорные детали канатов 7. В нижней зоне главной балки обнажается продольная крайняя арматура 10, к которой приваривается металлическая пластина 7 со стальным приваренным стержнем 8, который имеет для предотвращения соскальзывания каната торцевые упоры 9. Конструкции опорных участков представлены на рисунках 18 и 19.

Схему усиления представим наа рис. 2. Узел крепления канатов изображен на рис.3 .

Рнс. З-Узел 1. [5].

Усиливается стальная балка высокопрочными канатами в пластиковой оболочке. Канаты расположены вдоль нижнего пояса балки. Прогиб конструкций максимальное значение имеет в середине пролета, поэтому удалена конструкция усиления от опорной части на 0,25Ь м. Данное расстояние позволяет обеспечить свободный доступ к анкерам

арматуры для натяжения ее. Производят анкеровку с помощью цанговых зажимов. Выполнена обойма для анкерных зажимов в виде металлической плиты.

Далее представим методику расчета металлических балок, которые объедлинены с железобетонной плитой. При этом стоит учитывать особенности их работы под нагрузкой, которые связаны с принятым способом возведения конструкции. В балочных металлических мостах с железобетонной плитой проезжей части, которая включена с балками в совместную работу, выполняется плита, из сборных элементов и тогда осуществляется расчет в два этапа.

1 этап - расчетная нагрузка это нагрузка от собственного веса железобетонной плиты и стальной балки, воспринимается которая стальной балкой. Расчетный момент данной этой нагрузки Mi и от него в стальной балке определяются напряжения.

На этапе 2 после объединения плиты с балкой которая осуществляет часть постоянной нагрузки и расчетную временную нагрузку воспринимает объединенное сечение. Расчетный момент от 2-ой части нагрузки М2. Напряжения определяются от этого момента в стальной балке и в железобетонной плите. В расчетах при этом принимается приведенное сечение, в котором заменяется эквивалентной площадью стали площадь бетонной плиты через коэффициент приведения 1/а, где a=Es/Eb. [7].

На этапе проектирования первое параметрами задаются стальной балки и определяют положение центра тяжести, через который проходить будет нейтральная ось 0-0 сечения (рис. 3 а). При различных размерах поясов нейтральная ось проходить будет не в середине высоты. Также этапе 1 задаются характеристики геометрические стальной балки: момент инерции Is, площадь поперечного сечения As, моменты сопротивления Ws,n. и Ws,e.

По формуле 1 определяются моменты сопротивления металлической балки

где Zs,в и zs.н — расстояния от нейтральной оси сечения балки металлической до ее крайних граней нижнего и верхнего поясов.

Напряжения при первой стадии работы в крайних точках металлической балки от момента М1, изображенные на рис. 3.б (формула 2).

Для подсчета деформаций и напряжений балки объединенного сечения расчитываем его геометрические характеристики, площадь железобетонной плиты приводится к эквивалентной (в а раз меньше) площади металла.

Площадь сечения объединенного приведенная (к металлу) рассчитывается по формуле

3.

где As — площадь сечения балки металлической; Аь - площадь сечения плиты железобетонной.

Расчетная ширина полки плиты железобетонной в расчет вводимая, работающаяй при пролете l вместе с металлической балкой, превышающем между балками четырехкратное расстояние, принимается расстоянию В равным между осями смежных балок.

я) б)

ьг

A,; J

СТ^Г

Рис. 3 - Работа балки сталежелезобетонной на первом этапе: а - схема сечения балки; 6 - эпюра напряжений сборной железобетонной плиты и от собственного веса балки, не включенной в совместную работу. [7].

При пролетах меньших (1<4В) расчетная ширина полки с вутами плюс 12 толщин больше, чем ширина участка плиты быть не должна плиты и вместе с тем должна быть не менее //8 и не более величины В.

Ширину консольного свеса плиты, вводимого в сечение расчетное при />12с (где с — консольный полный свес плиты), принимают = с, а при пролетах меньших не более длины вута плюс 6 толщин плиты и не менее //12 и не более с.

Получить положение центра тяжести объединенного сечения можно, взяв относительно оси 0-0 статический момент, так как статический момент сечения балки металлической относительно оси О-О = 0, то получим формулу 4.

Международный журнал прикладных наук и технологий «Integral» №3 2019

где а — расстояние между центрами тяжести балки металлической и железобетонной плиты

Положение центра тяжести объединенного сечения по отношению к оси 0— 0 определяется ординатой как на рис.4.а, формула 5

Рис. 4 - Схема для определения нормальных напряжений от изгиба б объединенном сечении: а - сечения схема; 6 - напряжений 'эпюра от второй части временной и постоянной нагрузки; в - эпюра суммарная напряжений от

временной и постоянной нагрузки, [б]. Момент инерции сталежелезобетонного сечения, приведенного к металлу, относительно оси х—х, которая проходит через центр тяжести его рассчитывается по

формуле (6):

Где 1ь — момент инерции сечения плиты железобетонной относительно оси, которая проходит, через центр тяжести.

Моменты сопротивления объединенного сечения для нижней и верхней точек металлической балки рассчитываютмя по формулам (7):

Для верхней грани бетона плиты приведенный момент сопротивления рассчитывается по формуле 8.

где 2ь,в — от нейтральной оси х—х до верхней грани железобетонной плиты расстояние приведенного сечения.

В момент инерции объединенного сечения и приведенную площадь введена может быть арматура продольная железобетонной плиты, которая тогда должна учитываться в моменте инерции металлической части сечения и площади.

Если М.2 изгибающий момент в рассматриваемом сечении балки от второй части временной и постоянной вертикальной нагрузок, то напряжения которое возникает в объединенном сечении при 2-ой стадии работы его как показано на рис. 4.б рассчитывается:

По формулам 9 на краях металлической балки):

в верхнем уровне поверхности железобетонной плиты по формуле (10):

В объединенном сечении суммарная эпюра напряжений от 1-ой части постоянной нагрузки и 2-ой части временной и постоянной нагрузок представлен на рис 4.в.

Обеспечена прочность объединенного сечения, если в металлической балке суммарные максимальные напряжения расчетного сопротивления стали не превышают Яуус. и в бетоне максимальное напряжение, на уровне центра тяжести плиты, расчетного сопротивления бетона Яьне превышает. [3].

Список использованной литературы

1. ГОСТ 13840-68 Канаты стальные арматурные 1х Технические условия

2. ГОСТ Р 53772-2010 Канаты стальные арматурные семипроволочные стабилизированные. Технические условия.

3. Дрозд Я. И., Пастушков Г. П. Предварительно напряженные железобетонные конструкции : учеб. пособие для строит. спец. вузов.

4. Минск : Высш. шк., 1984. 208 с.

5. Замалиев Ф. С., Прочность и деформативность сталежелезобетонных изгибаемых конструкций гражданских зданий при различных видах нагружения : дис. на соискание ученой степени докт. тех. Наук. Казань. 2013. 379 с.

6. Матадян С. А. Системы предварительного напряжения арматуры с натяжением её на бетон без сцепления // Технологии бетонов. 2017. №1.

7. Черныгов Е. А. Исследование эффективности применения технологии натяжения арматуры на бетон без сцепления // Молодые ученые в транспортной науке // Научные труды ОАО ЦНИИС, М.: 2015.