Предварительно напряженная сталебетонная балка
PRELIMINARY STRESS-BEARING REINFORCED BEAM

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно, к балкам перекрытий, покрытий, мостовых сооружений и подкрановых конструкций, преимущественно с пролетом от 12 м.
Известна трубобетонная предварительно напряженная балка, содержащая оболочку в виде трубы и железобетонное ядро с армирующими элементами, при этом поперечное сечение ядра состоит из двух сегментов, первый из них имеет бетонное наполнение, а второй - бетонное наполнение и предварительно растянутые армирующие элементы, расположенные продольно (RU 2632798, Е04С 3/26, Е04В 1/22, 09.10.2017 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость балки за счет неэффективного использования стальной оболочки и бетона по сечению вследствие нерациональной формы его поперечного сечения, постоянства поперечного сечения балки по ее пролету, а также отсутствия надежного сцепления стальной оболочки и бетона.
Известна сталежелезобетонная балка, включающая стальные листы и прокатные профили или сварные профили, образующие коробчатую балку, внутри которой размещены напрягаемая арматура и бетон (RU 79908, Е04С 3/00, 20.01.2009 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость балки за счет неэффективного использования бетона и стали по сечению и пролету.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является преднапряженная сталебетонная балка, включающая стальной двутавр цельного или составного сечения, бетон заполнения, продольные преднапряженные стержни, поперечные рядовые стержни и стержни с натяжителями, при этом продольные преднапряженные стержни и поперечные стержни средней зоны с натяжителями с обеих сторон стенки размещены в пластиковых оболочках, а высота оболочки натяжителя больше его высоты на величину хода натяжения продольной арматуры (RU 174326, Е04С 3/294, 11.10.2017 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость балки за счет неэффективного использования бетона по сечению балки, отсутствия замкнутого стального контура, повышающего прочность бетона вследствие объемного обжатия, и постоянства поперечного сечения балки по ее пролету.
Задача изобретения - снижение материалоемкости балки.
Технический результат достигается тем, что предварительно напряженная сталебетонная балка, включающая стальной двутавр составного сечения, бетон заполнения, продольные преднапряженные стержни, содержит опорные диафрагмы, верхний пояс двутавра выполнен в виде полого трубчатого элемента, заполненного бетоном, нижний пояс двутавра выполнен в виде полого трубчатого элемента с заглушками, заполненного бетоном, внутри которого расположены преднапряженные стержни, стенка двутавра выполнена переменного сечения с уменьшением высоты на приопорных участках балки и содержит поперечные ребра жесткости из листовой стали.
Предварительно напряженная сталебетонная балка дополнительно может включать предварительно напряженные шпильки, установленные горизонтально поперек верхнего пояса двутавра.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- фиг. 1 - общий вид предварительно напряженной сталебетонной балки;
- фиг. 2 - поперечное сечение 1-1;
- фиг. 3 - поперечное сечение 2-2.
Предварительно напряженная сталебетонная балка (фиг. 1) включает стенку 1 из листовой стали, верхний пояс 2 из стальной трубы, заполненный бетоном 3, опорные диафрагмы 4 из листовой стали (фиг. 3) и нижний пояс 5 из стальной трубы, заполненный бетоном 3, внутри которого расположены преднапряженные стержни 6 (фиг. 2), закрепленные к заглушкам 7 на торцах нижнего пояса 5. Через верхний пояс 2 горизонтально установлены стяжные шпильки 8 и закреплены при помощи гаек 9 к боковым поверхностям верхнего пояса 2. К стенке 1, верхнему поясу 2 и нижнему поясу 5 прикреплены при помощи сварки поперечные ребра жесткости 10 из листовой стали.
Стенка 1 на приопорном участке балки имеет переменную высоту, уменьшаясь к опорным диафрагмам 4, а нижний пояс 5 на приопорном участке балки отсутствует, что соответствует эпюре изгибающих моментов в балке от приложенных нагрузок и приводит к снижению материалоемкости предварительно напряженной сталебетонной балки.
Заполнение верхнего пояса 2 бетоном 3 повышает его несущую способность при действии напряжений общего изгиба в балке и местного изгиба стенок стальной трубы верхнего пояса 2, что позволяет уменьшить расход стали и снизить материалоемкость предварительно напряженной сталебетонной балки.
Наличие преднапряженных стержней 6 внутри нижнего пояса 5 позволяет регулировать нормальные напряжения общего изгиба в балке, что приводит к уменьшению расхода стали и, как следствие, к снижению материалоемкости предварительно напряженной сталебетонной балки.
Бетон 3, находясь в герметичном замкнутом контуре, образованном верхним поясом 2 из стальной трубы и опорными диафрагмами 4, обладает высокими прочностными характеристиками, не подвержен усадке, что снижает материалоемкость предварительно напряженной сталебетонной балки.
Стяжные шпильки 8 обеспечивают надежную совместную работу верхнего пояса 2 и бетона 3, воспринимают сдвигающие усилия в верхнем поясе 2, обжимают бетон 3, повышая его прочность, что приводит к снижению материалоемкости предварительно напряженной сталебетонной балки в целом.
Стяжные шпильки 8 совместно с бетоном 3 повышают местную устойчивость стенок верхнего пояса 2, что позволяет существенно уменьшить толщину стенки стальной трубы 4 и снизить материалоемкость предварительно напряженной сталебетонной балки в целом.
Заполнение нижнего пояса 5 бетоном 3 повышает его несущую способность на период натяжения преднапряженных стержней 6, а также снижает гибкость нижнего пояса 3, что позволяет уменьшить расход стали и снизить материалоемкость предварительно напряженной сталебетонной балки.
Поперечные ребра жесткости 10, обеспечивая местную устойчивость стенки 1, являются опорами для верхнего пояса 2, повышают его несущую способность на кручение, что снижает материалоемкость предварительно напряженной сталебетонной балки.
Несущая способность предварительно напряженной сталебетонной балки обеспечивается подбором класса бетона, марки стали, размеров поперечного сечения элементов, величины натяжения преднапряженных стержней, шага стяжных шпилек.
Применение предлагаемого технического решения позволит снизить материалоемкость предварительно напряженной сталебетонной балки.