СПОСОБ САМОНАПРЯЖЕНИЯ СТАЛЕБЕТОННОЙ БАЛКИ
SELF-STRESSING METHOD OF REINFORCED CONCRETE BEAM

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в монолитных балках, перекрытиях жилых и общественных зданий.
Известны способы преднапряжения сталебетонной балки содержащей стальной двутавровый профиль, анкерные стержни и гибкую арматуру с устройствами преднапряжения с обеих сторон профиля и бетон заполнения (см. патент на полезную модель №155802 Е04С 3/294, 2015 г.)
Недостатками такого способа преднапряжения балки являются наличие дополнительных устройств преднапряжения, невозможность равномерного распределения усилий преднапряжения. Это приводит к дополнительному расходу материала на натяжные устройства, к перегрузке одной ветви системы преднапряжения относительно другой и снижает как общую несущую способность балки, так и увеличивает расход материала.
Прототипом изобретения является способ преднапряжения перекрытия включающий укладку неметаллической стержневой арматуры в балках полого сечения и сетки в плитной части с последующим замоноличиванием бетоном с расширяющимся цементом (см. патент РФ №177801 Е04В 5/23, опуб. в бюл. №8 13.03.2018 г.).
Недостатками этого способа являются: неэффективное использование прочностных свойств бетона в балке (заполнение бетоном зоны ниже нейтральной оси), сравнительно большая стоимость расширяющегося бетона и неметаллической арматуры.
Изобретение направлено на повышение общей несущей способности сталебетонной балки на традиционном бетоне и стальной арматуре за счет ее преднапряжения путем перераспределения внутренних усилий возникающих вследствие усадки бетона.
Результат достигается тем, что в сталебетонной балке, включающей стальной профиль и монолитный бетон, имеющей анкерные связи, согласно изобретению в период твердения бетона устанавливаются временные опоры-подпорки в середине пролета, которые снимаются по истечении времени выравнивания внутренних моментов от усадки бетона.
На фиг. 1 изображена сталебетонная балка, состоящая из стального профиля и монолитного бетона; на фиг. 2 - балка с временной опорой-подпоркой, на фиг. 3 - эпюры моментов по стадиям нагружения и самонапряжения балки; на фиг. 4 - изменение значений напряжений в стальном профиле при однопролетной схеме балки и при установке временной опоры - подпорки.
Сталебетонная балка состоит из монолитного бетона 1, стального профиля 2 и анкерных связей 3 (фиг. 1).
b
b
b
b
b
b
b
b
b
b
Способ выполняется в следующей последовательности. Стальной профиль 2 сначала устанавливают на опоры 4, затем - временную опору-подпорку 5 и укладывают монолитный бетон 1. При твердении бетона происходит усадка бетона. После стабилизации процесса усадки бетона, примерно через две недели временную опору 5 снимают. Внутренние напряжения создают внутренние силы N и момент М обратного знака (в отличие от момента собственного веса стального профиля и монолитного бетона, что приводит к образованию самонапряженной балки. Значение внутреннего момента самонапряжения определяется по формуле М=Ny+М, где N, М - внутренние продольное усилие и момент от напряжения усадки бетона σ, N - плечо внутренней силы N.
На фиг. 3а - показана эпюра моментов для стальной балки 2 от собственного веса при наличии временной подпорки, на фиг. 3б - эпюра от веса свежеуложенного бетона 1, на фиг. 3в - эпюра моментов в процессе усадки бетона 1, на фиг. 3г - окончательная эпюра моментов после снятия временной опоры-подпорки 5.
Численные расчеты показывают при одной временной опоре для балки пролетом 600 см, из стального профиля 130, толщине и ширине верхнего пояса из бетона В208 и 120 см, соответственно, максимальные значения момента при самонапряжении уменьшаются в 2,15 раза, а напряжения в растянутом поясе стального профиля в 1,5 раза, а в сжатом поясе в 11,9 раза, а при установке двух временных опор на равных расстояниях, напряжения в растянутой полке профиля уменьшаются в 1,47 раза, значение момента уменьшается в 3,25 раза.
Такой способ самонапряжения (преднапряжения) позволяет равномерно распределить внутренние усилия от усадки бетона, повышает; общую несущую способность, жесткость балки и надежность работы самонапряженной балки.
Преднапряженная сталебетонная балка обладает повышенной жесткостью, несущей способностью и надежностью, а также уменьшенной материалоемкостью составной балки.