ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННАЯ МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ДВУТАВРОВАЯ БАЛКА

Полезная модель относится к строительству и может использоваться в качестве несущей конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений.
Известна балка с переменно-гофрированной стенкой [патент RU на полезную модель №91583, E04C 3/07, опубл. 20.02.2010, бюл. №5]. Балка двутаврового поперечного сечения, содержащая сжатый и растянутый пояса, соединенные поперечно-гофрированной стенкой. Гофрирование осуществляется переменно по длине балки с уменьшением шага гофров и/или увеличением их высоты на участках действия относительно интенсивных поперечных сил с последующим плавным или ступенчатым уменьшением высоты и/или увеличением шага гофров в соответствии с уменьшением интенсивности поперечных сил и возрастанием интенсивности изгибающих моментов с достижением минимальной высоты и/или максимального шага гофров на участке с максимальным изгибающим моментом и минимальными поперечными силами, причем отдельно взятый гофр остается постоянного сечения по высоте стенки.
Недостатками известной балки являетсянедостаточная ее общая (боковая) устойчивость, так как пояса, выполненные из листовой стали, имеют небольшую собственную жесткость на кручение и изгиб.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является металлическая двутавровая балка с гофрированной стенкой [патент RU на полезную модель №175354, E04C3/07, опубл. 01.12.2017, бюл. №34]. Балка двутаврового поперечного сечения содержит сжатый и растянутый пояса из прямоугольных профилей, соединенные поперечно-гофрированной стенкой. Пояса выполнены из замкнутых гнутосварных профилей (ЗГСП) прямоугольного поперечного сечения с ориентацией большей стороны контура сечения из плоскости балки.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: растянутый и сжатый пояса, выполненные из замкнутых гнутосварных профилей, жестко соединенные между собой поперечно-гофрированной стенкой.
Недостатком прототипа является низкая несущая способность, вызванная снижением изгибной жесткости стенки вследствие ее поперечного гофрирования.
Полезная модель направлена на повышение несущей способности.
Это достигается тем, что предварительно напряженная металлическая двутавровая балка  состоит из растянутого и сжатого поясов, выполненных из замкнутых гнутосварных профилей. Пояса жестко соединены между собой поперечно-гофрированной стенкой. В сечении растянутого пояса в его продольном направлении установлена предварительно напряженная затяжка.
Полезная модель поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображена предварительно напряженная металлическая двутавровая балка с гофрированной стенкой и предварительно напряженной затяжкой в сечении растянутого пояса.
Предварительно напряженная металлическая двутавровая балка состоит из растянутого пояса (1) и сжатого пояса (2), которые между собой жестко соединены, например, сваркой, поперечно-гофрированной стенкой (3).  Пояса выполнены из замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного поперечного сечения с ориентацией большей стороны контура сечения из плоскости балки. Поперечно-гофрированная стенка - из горячекатаного листа. В сечении растянутого пояса (1) в его продольном направлении установлена предварительно напряженная затяжка, выполненная в виде стержня (4), закрепленного на торцевом опорном ребре (5) с помощью гайки (6) и шайбы (7).
Балка изготавливается, например, следующим образом. Стенку и пояса устанавливают в проектное положение. Производят наложение поясных швов. Затем осуществляют непосредственно сварку двутавровой балки. Финальная сборка двутавра выполняется в специальном кондукторе или с применением прихваток и хомутов. После полной сборки производится предварительное напряжение затяжки. Для этого в торцах балки имеются торцевые опорные ребра. В торцевых опорных ребрах выполнены отверстия с учетом диаметра стержня затяжки. Стержни монтируют в полости ЗГСП нижнего пояса, пропуская их через отверстия в торцевых опорных ребрах. Предварительное напряжение создается путем закручивания гаек на концах стержней затяжки, для чего на них предусматриваются участки с резьбой.
Полезная модель может быть использована в качестве ригелей покрытия одно- и многопролетных промышленных и общественных зданий пролетом до 24 м, прогонов покрытий одноэтажных производственных зданий, как второстепенные балки в перекрытиях из монолитного железобетона по стальному оцинкованному профнастилу для многоэтажных зданий, в качестве балки настила в балочных площадках.
Предварительно напряженная металлическая двутавровая балка работает следующим образом. При действии на нее вертикальной нагрузки пояса (1), (2) начинают работать не только на растяжение-сжатие, но одновременно и на изгиб. При этом стенка (3) воспринимает поперечную силу (усилия сдвига). Гофрированная структура листа удерживает стенку от потери устойчивости, что позволяет ей воспринимать значительные сдвигающие усилия. Стержень (4), закрепленный на торцевых опорных ребрах (5) с помощью гайки (6) и шайбы (7), в растянутом поясе (2) создает предварительное напряжение, участвует в работе на растяжение, создает обратный прогиб и дополнительный внутренний изгибающий момент от усилия в затяжке, обратный по знаку изгибающему моменту от внешней нагрузки. Таким образом, предварительно напряженная затяжка повышает несущую способность балки.