Преднапряженная сталебетонная балка
PRESTRESSED REINFORCED CONCRETE BEAM

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве балок перекрытий жилых и общественных зданий.
Известно сталебетонная преднапряженная балка, включающая стальные двутавровые профили, анкерные стержни, преднапряженную гибкую арматуру с обоих сторон профиля и бетон заполнения (см. патент на полезную модель №155802 Е04С 3/294, 2015).
Недостатком сталебетонной преднапряженной балки является невозможность равномерного распределения усилий преднапряжения. Это приводит к перегрузке одной ветви системы преднапряжения относительно другой и снижает как общую несущую способность балки, так и надежную работу системы преднапряжения.
Известна преднапряженная стальная обетонированная балка включающая стальные двутавровые профили, имеющие анкерные элементы, продольные арматурные стержни и бетон заполнения у которой в торцевой части балки установлены несколько стальных пластин с возможностью поворота (см. патент на полезную модель №172515  Е04C 3/293, опуб. 10.0.2017г.).
Недостатками преднапряженной балки являются трудоемкость выполнения опорных ребер, ослабление выравнивания усилий преднапряжения в спаренных арматурных стержнях после обетонирования, уменьшение усилий преднапряжения в расчетном нормальном сечении (по мере удаления от торца балки) по которому определяется несущая способность преднапряженной балки от эксплуатационной нагрузки.
Наиболее близкой является преднапряженная сталебетонная балка включающая стальной двутавр, преднапряженные продольные стержни в неметаллических трубках, бетон замоноличивания, где в торцах двутавра установлены «коромысла» из швеллера переменного сечения с возможностью поворота, обеспечивающие выравнивание усилий в ветвях преднапряженных стержней (см. патент на изобретение №2715776 C1, E04С 3/293 опубл. 03.03.2020).
Недостатками преднапряженной балки являются ослабление преднапряжения в ветвях продольных стержней из-за потерь в местах анкеровки (крепления) стержней, общие и местные деформации поворотного «коромысла» и как следствие ослабление выравнивания и уменьшение усилий преднапряжения в балке. Кроме того, для свободного поворота «коромысла» при несимметричных нагрузках между торцом неметаллической трубки и «коромыслом» должен быть зазор «Δ», что может привести к местной коррозии продольных стержней в период эксплуатации.
Изобретение направлено на повышение общей несущей способности сталебетонной балки за счет сохранения и выравнивания первоначальных усилий преднапряжения в ветвях преднапряженной арматуры путем снабжения в зоне крепления продольной арматуры – “коромысла” из листовой рессоры.
Результат достигается тем, что в сталебетонной балке, включающей стальной профиль цельного или составного двутаврового сечения, имеющей продольные преднапряженные арматурные стержни и бетон замоноличивания, согласно изобретению в торцевой части балки установлено «коромысло» из стальной рессоры, в котором с обоих концов натяжным узлом закреплены концы продольных арматурных стержней, при этом для центрирования и ограничения от боковых перемещений «коромысла» в его середине приварены парные ограничители из кусков круглой арматуры, а арматурные стержни заключены в неметаллические толстостенные трубки. «Коромысло» из стальной рессоры может быть выполнено из одиночной листовой рессоры или из спаренных листов (фиг 1), или из рессорный стали в виде «коромысла» переменного сечения, уменьшающееся к концам. В торцевой части установлено опорное и дополнительное ребра, которые соединены со стальным профилем балки посредством сварки.
На фиг.1 изображена преднапряженная сталебетонная балка, состоящая из двутаврового профиля цельного или составного сечения со снятыми торцевыми и боковыми ребрами, продольной арматуры и бетона замоноличивания; на фиг.2 вид «А» торцевой части «коромысла»; на фиг.3 аксонометрия опорной части балки в собранном виде.
Преднапряженная сталебетонная балка включает стальной профиль 1 и бетон замоноличивания 2. В концевой части балки установлен узел крепления «5» арматуры 3 к «коромыслу» 4, в котором натяжным узлом 5 закреплены концы продольных арматурных стержней 3. Для центрирования поворотного «коромысла» 4, оно в средней части имеет попарно приваренные коротыши из круглой арматуры 6. Для изоляции от бетона 2 продольные стержни 3 пропущены через неметаллические трубы 7. Для усиления опорной части балки 1, в пределах опоры установлено дополнительное ребро 8, приваренное сваркой к стенке и полкам профиля 1, соединено на сварке с дополнительным ребром 9.
В заводских условиях сначала на концах арматурных стержней 3 нарезают резьбу, изготавливают «коромысло» 4, на ребрах 8 выполняют отверстия под арматурные стержни 3, приваривают ребра 9. Концы продольных стержней 3, снабженные резьбой под гайку натяжного узла 4 пропускают через трубки 7 отверстия ребер 8 и «коромысла» 4 (фиг.1), надевают гайку 5 и затягивают гибкие продольные стержни 3, создавая преднапряжение. После подготовительных процедур производят замоноличивание бетоном 2 боковых полостей цельного (фиг.1) или составного двутавра. Приваривают торцевое 10, боковое ребро 11 к стальному профилю 1.
Такое саморегулируемое выполнение преднапряжения продольной гибкой арматуры позволяет равномерно распределить усилия преднапряжения, исключает перегрузку отдельных ветвей при несимметричных эксплуатационных нагрузках за счет изоляции продольных арматурных стержней от контакта с бетоном обеспечивает постоянное натяжение преднапряженной арматуры заданным усилием преднапряжения, повышает  жесткость и общую несущую способность балки и надежность работы системы преднапряжения, а также уменьшает материалоемкость составной балки.