СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ В ВИДЕ СТОЙКИ

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована в качестве строительных конструкций, работающих на центральное и внецентренное сжатие, например, колонн зданий и сооружений, опор мостов, различных стоек и т.п.
Известен высокопрочный железобетонный элемент, работающий на сжатие, содержащий наружную металлическую оболочку, опорные плиты, бетонное ядро и размещенный в нем сердечник, выполненный в виде продольных высокопрочных стержней, сгруппированных в пучки или канаты (см. а.с. СССР №580292, Е04С 3/30).
Недостатком известной конструкции является низкая несущая способность за счет того, что бетонное тело и наружная металлическая оболочка работают раздельно под воздействием значительных сжимающих нагрузок, приложенных с большим эксцентриситетом.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является строительный элемент в виде стойки, включающий металлическую предварительно напряженную трубчатую оболочку с торцевыми пластинами, внутри которой коаксиально установлена полая металлическая труба, а пространство между ними заполнено твердым телом. Причем твердое тело изготовлено из бетона (см. пат. РФ на полезную модель №49861, Е04С 3/36).
Недостатком известной конструкции является низкая несущая способность. Это происходит вследствие того, что при внецентренном сжатии часть поперечного сечения сжатой конструкции работает на растяжение, при этом бетон имеет низкую прочность при растяжении и, соответственно, эффект обоймы, обеспечивающий совместную работу металлической оболочки и бетонного ядра, в растянутой зоне не проявляется.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении прочности растянутой зоны твердого тела строительного элемента.
Технический результат заключается в повышении несущей способности элемента при внецентренном сжатии и воздействии динамических нагрузок.
Поставленная задача решается тем, что в известном строительном элементе в виде стойки, включающем металлическую предварительно напряженную трубчатую оболочку с торцевыми пластинами, внутри которой коаксиально установлена полая металлическая труба, а пространство между ними заполнено твердым телом, согласно изменению, твердое тело выполнено из фибробетона.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен строительный элемент в виде стойки, продольный разрез.
Строительный элемент состоит из металлической предварительно напряженной трубчатой оболочки 1, коаксиально установленной в ней полой металлической трубы 2 и жестко закрепленных на торцах верхней и нижней торцевых пластин 3. При этом пространство между предварительно напряженной трубчатой оболочкой 1 и полой металлической трубой 2 заполнено твердым телом 4, выполненным из фибробетона.
Использование фибробетона в качестве ядра трубобетонного элемента позволяет повысить несущую способность последнего при внецентренном сжатии, поскольку фибробетон обладает высокой степенью сопротивления к образованию трещин, что способствует увеличению его прочности при сжатии, растяжении и изгибе, по сравнению с обычным бетоном. Это обусловлено тем, что фибра (фиброволокно) выполняет функцию армирующего компонента в бетоне, что способствует улучшению реологических свойств бетонного сердечника. При этом в качестве фибры для твердого тела могут использоваться базальтовые, проволочные или фрезерованные стальные фиброволокна. Металлическая предварительно напряженная трубчатая оболочка 1 и полая металлическая труба 2 могут иметь любую форму поперечного сечения, например, круглую, квадратную и т.д.
Строительный элемент в виде стойки изготавливают следующим образом.
Предварительно в вертикально расположенную металлическую трубчатую оболочку 1, к нижнему торцу которой жестко прикреплена торцевая пластина 3, коаксиально устанавливают направляющий стержень (на рис. не показано). Металлическую трубчатую оболочку 1 заполняют фибробетонной смесью и закрывают ее верхний торец пластиной с отверстием (на рис. не показано). Затем через отверстие в верхней пластине по направляющему стержню в элемент вводят полую металлическую трубу 2. При этом происходит прессование фибробетонной смеси с уплотнением ее растворной составляющей за счет уменьшения пористости и отжатия из смеси части воды, не вступившей в реакцию с цементом. Одновременно с этим, происходит передача прессующего давления через фибробетонную смесь на внутреннюю поверхность металлической трубчатой оболочки 1, за счет чего обеспечивается предварительное напряжение последней в поперечном направлении. Все это приводит к значительному повышению прочности строительного элемента. Затем из последнего извлекают направляющий стержень. При достижении твердым телом 4, изготовленным из фибробетона, требуемой прочности, пластину с отверстием заменяют на торцевую пластину 3. После чего строительный элемент готов к использованию.
Таким образом, заявляемый строительный элемент в виде стойки обладает высокой несущей способностью при внецентренном сжатии.
С целью подтверждения эффективности использования фибробетона в строительном элементе был произведен ряд пробных испытаний. Исследовалась несущая способность при центральном и внецентренном сжатии опытных образцов колонн с ядром из обычного бетона и бетона, армированного стальной фиброй. Для изготовления опытных образцов использовались бесшовные стальные трубы диаметром 159 мм и толщиной стенок 6 мм. Прочность исходного бетона соответствовала классу В25. Результаты испытаний приведены в таблице 1.
Таблица 1
Серия образцов
Разрушающая нагрузка, т
Средняя разрушающая нагрузка, т
1-й образец в серии
2-й образец в серии
3-й образец в серии
ОЦФ
239
244
247
243
ОВФ
172
168
175
172
ОЦ (прототип)
229
227
231
229
ОВ (прототип)
141
140
144
142
Полученные данные свидетельствуют о том, что несущая способность при центральном сжатии заявляемого строительного элемента в виде стойки (серия ОЦФ) по сравнению с прототипом (серия ОЦ) увеличилась на 6%, а несущая способность при внецентренном сжатии заявляемого строительного элемента (серия ОВФ) по сравнению с прототипом (серия ОВ) увеличилась на 21%.