ГИБРИДНАЯ БАЛКА
HYBRID BEAM

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве несущих элементов при возведении, восстановлении и реконструкции гражданских, промышленных зданий и инженерных сооружений.
Известна гибридная балка, содержащая цельносваренный элемент в виде балки, состоящей из четырех трубных сегментов, при этом сегментная балка расположена внутри наружной балки, которая может быть выполнена трубной с круглым профилем, с возможностью использования гибридной балки в качестве опоры; может быть составлена из двух швеллеров; может быть составлена из двух швеллеров и двутавра между ними, во внутреннем пространстве которых расположены цельносваренные сегментные балки; элементы наружной балки при состыковке могут быть соединены сваркой по всей длине балки (RU 200109, Е04С 3/04, 07.10.2020 г.).
Недостатком балки является повышенная материалоемкость, связанная с применением значительного количества стали, а также трудоемкость изготовления, обусловленная большим количеством сварных соединений.
Известна сталебетонная балка, включающая верхний и нижний пояса, стенки и опорные диафрагмы, образующие замкнутый контур, заполненный бетоном, стенки имеют криволинейную форму двоякой кривизны, расстояние между которыми уменьшается от верхнего пояса к нижнему, в стенках имеются отверстия и вырезы, которые расположены с переменном шагом по длине балки в соответствии эпюрой сдвигающих напряжений, при этом стенки объединены предварительно напряженными стяжными шпильками (RU 2621247, Е04С 3/07, Е04С 3/293, 01.06.2017 г.).
Недостатком балки является повышенная материалоемкость, связанная с применением значительного количества стали для стенок и поясов замкнутого контура и стяжных шпилек, трудоемкость изготовления, обусловленная сложностью формы балки и использованием большого количества стяжных шпилек, а также пониженная долговечность по причине использования стали в наружном контуре балки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является сталежеле-зобетонная балка, состоящая из стальных листов стенок и поясов, образующих коробчатую балку, внутри которой размещены напрягаемая арматура и бетон, имеет в листах стенок и поясов отверстия и выштампованные анкерные элементы вытянутой овальной формы, листы стенок имеют криволинейную выпукло-вогнутую форму сечения, соответствующую в верхней части сечения эпюре нормальных напряжений в бетоне от внешней нагрузки, в нижней части сечения - эпюре нормальных напряжений в бетоне от натяжения напрягаемой арматуры, а также имеет опорные диафрагмы с прикрепленными к внутренним поверхностям упорами (RU 2745287, Е04С 3/293, 23.03.2021 г.).
Недостатком балки является повышенная материалоемкость, связанная с применением значительного количества стали для стенок и поясов, трудоемкость изготовления, обусловленная сложностью формы балки и использованием выштампованных анкерных элементов, а также пониженная долговечность по причине использования стали в наружном контуре балки.
Задача изобретения - снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления при повышении эксплуатационных свойств.
Технический результат достигается тем, что гибридная балка, состоящая из стенок и поясов, образующих профиль несъемной опалубки, внутри которой размещены регулярная арматура и бетон омоноличивания, имеет стенки и пояса несъемной опалубки из сталефибробетона с фибровым армированием стальными фибрами, распределенными согласно полям напряжений, с длиной стальных фибр не меньшей 1,25 толщины поперечного сечения элементов профиля несъемной опалубки в растянутой зоне, и с длиной стальных фибр меньшей толщины поперечного сечения элементов профиля несъемной опалубки в сжатой зоне.
Стенки и пояса профиля несъемной опалубки гибридной балки дополнительно могут содержать стержневую арматуру.
Регулярная арматура в растянутой зоне гибридной балки может быть выполнена предварительно напряженной.
Бетон омоноличивания гибридной балки может дополнительно содержать стальные фибры.
Профиль несъемной опалубки гибридной балки может быть снабжен наружным слоем, выполненным из бетона, дисперсно-армированного неметаллической фиброй.
Профиль несъемной опалубки гибридной балки может быть снабжен с внутренней стороны выступающими на 0,25-0,5 длины стальными волокнами.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
фиг. 1 - общий вид сталефибробетонных профилей несъемной опалубки;
фиг. 2 - общий вид гибридной балки.
Гибридная балка содержит сталефибробетонные профили несъемной опалубки 1, состоящие из стенок 2 и поясов 3, бетон омоноличивания 4 и, при необходимости, регулярную арматуру 5 (фиг. 1, 2). Сталефибробетонные профили несъемной опалубки 1 выполняются из мелкозернистого бетона-матрицы 6 с фибровым армированием стальными фибрами 7 в количестве, определенным расчетом с учетом нагрузки от собственного веса и бетона омоноличивания 4, и распределенными согласно полям напряжений, с длиной стальных фибр 7 не меньшей 1,25 толщины поперечного сечения элементов профиля несъемной опалубки 1 в растянутой зоне для направленной ориентации фибр, и с длиной стальных фибр 7 меньшей толщины поперечного сечения в сжатой зоне для хаотичной ориентации фибр. Бетон омоноличивания 4 выполняется из мелкозернистого, легкого или тяжелого бетона с крупностью заполнителя до 10 мм и дополнительно по расчету может содержать армирование стальными фибрами 7. Регулярная арматура 5 выполняется в виде продольных стержней или проволочной арматуры, расположенных в бетоне омоноличивания 4. Сталефибробетонный профиль несъемной опалубки 1 может быть снабжен наружным слоем 8, выполненным из бетона, дисперсно-армированного неметаллической фиброй 9, например, из полипропилена. Сталефибробетонный профиль несъемной опалубки 1 может быть снабжен с внутренней стороны выступающими стальными волокнами 10 в виде участков фибр, выступающих за пределы профиля на 0,25-0,5 своей длины для более эффективного сцепления с бетоном омоноличивания 4, что подтверждается результатами экспериментально-теоретических исследований.
Использование сталефибробетонных профилей несъемной опалубки 1 совместно с бетоном омоноличивания 4 обеспечивает несущую способность гибридной балки при действии напряжений общего изгиба, снижает затраты на устройство традиционной съемной опалубки, что позволяет уменьшить расход стали, бетона, сроки производства работ и, как следствие, снизить материалоемкость и трудоемкость изготовления гибридной балки при повышении эксплуатационных свойств.
Бетон омоноличивания 4, находясь в замкнутом контуре, образованном стенками 2 и поясами 3 сталефибробетонного профиля несъемной опалубки 1, обладает более высокими прочностными характеристиками, что снижает материалоемкость гибридной балки.
Наличие предварительного напряжения регулярной арматуры 5 внутри балки позволяет регулировать нормальные напряжения общего изгиба, обжать бетон омоноличивания 4 и сталефибробетонный профиль несъемной опалубки 1 в растянутой зоне балки, что приводит к повышению жесткости и трещиностойкости балки при снижении материалоемкости гибридной балки.
Применение защитного наружного слоя 8 с неметаллической фиброй 9 для сталефибробетонных профилей несъемной опалубки 1 повышает коррозионную стойкость при снижении материалоемкости гибридной балки.
Применение наружного слоя 8 с неметаллической фиброй 9 для сталефибробетонных профилей несъемной опалубки 1, например, из полипропилена позволяет создать воздушные поры при огневом воздействии на балку и при расплавлении неметаллической фибры 9, что повышает огнестойкость конструкции в целом при снижении материалоемкости гибридной балки.
Выступающие стальные волокна 10 на внутренней стороне сталефибробетонных профилей несъемной опалубки 1 обеспечивают надежную совместную работу бетона омоноличивания 4 со стенками 2 и поясами 3 при действии сдвигающих усилий в балке от приложенных на нее нагрузок, позволяет отказаться от дополнительных элементов сцепления, что приводит к снижению материалоемкости и трудоемкости изготовления гибридной балки.
Параметры гибридной балки определяются расчетом на усилия от эксплуатационных нагрузок, нагрузок при изготовлении, транспортировки и монтаже. Размеры сечения гибридной балки, количество продольных стержней, проволок регулярной арматуры, их диаметр и класс, сечение и количество анкерных элементов определяются согласно расчетам по несущей способности, трещиностойкости и деформациям формируемого в опалубке элемента. Поля напряжений в гибридной балке определяются в результате статического расчета, выполненного с помощью программных средств, реализующих метод конечных элементов.
Таким образом, использование гибридной балки приводит к снижению материалоемкости и трудоемкости изготовления при повышении эксплуатационных характеристик - огнестойкости и коррозионной стойкости.