Предварительно напряженная сталебетонная балка
PRELIMINARY STRESS-BEARING REINFORCED BEAM

Изобретение относится к строительным конструкциям, а именно к балкам перекрытий, покрытий, мостовых сооружений и подкрановых конструкций.
Известна трубобетонная предварительно напряженная балка, содержащая оболочку в виде трубы и железобетонное ядро с армирующими элементами, при этом поперечное сечение ядра состоит из двух сегментов, первый из них имеет бетонное наполнение, а второй - бетонное наполнение и предварительно растянутые армирующие элементы, расположенные продольно (RU 2632798, Е04С 3/26, Е04В 1/22, 09.10.2017 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость балки за счет неэффективного использования стальной оболочки и бетона по сечению вследствие нерациональной формы его поперечного сечения, а также отсутствия надежного сцепления стальной оболочки и бетона.
Известна преднапряженная сталебетонная балка, включающая стальной двутавр цельного или составного сечения, бетон заполнения, продольные преднапряженные стержни, поперечные рядовые стержни и стержни с натяжителями, при этом продольные преднапряженные стержни и поперечные стержни средней зоны с натяжителями с обеих сторон стенки размещены в пластиковых оболочках, а высота оболочки натяжителя больше его высоты на величину хода натяжения продольной арматуры (RU 174326, Е04С 3/294, 11.10.2017 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость балки за счет неэффективного использования бетона по сечению балки, отсутствия замкнутого стального контура, повышающего прочность бетона вследствие объемного обжатия.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является сталежелезобетонная балка, включающая стальные листы и прокатные профили или сварные профили, образующие коробчатую балку, внутри которой размещены напрягаемая арматура и бетон (RU 79908, Е04С 3/00, 20.01.2009 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость балки за счет неэффективного использования бетона и стали по сечению, а также из-за постоянства поперечного сечения стенок балки.
Задача изобретения - снижение материалоемкости балки.
Технический результат достигается тем, что предварительно напряженная сталебетонная балка, включающая прокатные профили, образующие коробчатую балку, внутри которой размещены арматура и бетон, имеет опорные диафрагмы, полый трубчатый элемент в нижней части коробчатой балки, внутри которого расположена затяжка, стенка коробчатой балки выполнена с перфорациями.
Предварительно напряженная сталебетонная балка дополнительно может включать шпильки, установленные вертикально внутри коробчатой балки и жестко прикрепленные к ее поясам.
Предварительно напряженная сталебетонная балка дополнительно может включать шпильки, установленные наклонно внутри коробчатой балки и жестко прикрепленные к ее поясам.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
- фиг. 1 - общий вид предварительно напряженной сталебетонной балки;
- фиг. 2 - поперечное сечение 1-1;
- фиг. 3 - поперечное сечение 2-2;
- фиг. 4 - схема изготовления прокатных профилей.
Предварительно напряженная сталебетонная балка (фиг. 1) включает опорные диафрагмы 1 из листовой стали, два прокатных профиля 2, составленных в коробчатую балку 3, внутри которой расположен бетон 4, в нижней части коробчатой балки 3 размещен полый трубчатый элемент 5, внутри которого имеется затяжка 6 (фиг. 2, 3), закрепленная к опорным диафрагмам 1, стенка коробчатой балки 3 выполнена с перфорациями 7, внутри коробчатой балки 3 расположены шпильки 8 (фиг. 3), установленные вертикально или наклонно и жестко прикрепленные к поясам коробчатой балки 3 на сварке.
Перфорации 7 в стенках коробчатой балки 3 могут быть получены при изготовлении прокатных профилей 2 путем разрезки трубчатого квадратного или прямоугольного профиля по зигзагообразной линии (фиг. 4). Прокатные профили 2 объединяются между собой на сварке. Шпильки 8 представляют собой парные Г-образные стержни, установленные в зоне перфораций 7 на приопорном участке коробчатой балки 3 и закрепленные на сварке к прокатным профилям 2 до их объединения. Расстояние между парными Г-образными стержнями шпилек 8 соответствует поперечному сечению полого трубчатого элемента 5, что обеспечивает его проектное положение при заполнении коробчатой балки 3 бетоном 4. Г-образные стержни шпилек 8 двух прокатных профилей 2 могут объединяться на сварке или за счет их анкеровки в бетоне 4.
Наличие перфораций 7 в стенках коробчатой балки 3 соответствует эпюре нормальных напряжений в балке от приложенных на нее нагрузок, приводит к снижению расхода стали и, как следствие снижению материалоемкости предварительно напряженной сталебетонной балки.
Наличие перфораций 7 в стенках коробчатой балки 3 обеспечивает надежную совместную работу стенок коробчатой балки 3 и бетона 4 по контуру перфораций 7 при действии сдвигающих усилий в балке от приложенных на нее нагрузок, позволяет отказаться от дополнительных элементов и приводит к снижению материалоемкости предварительно напряженной сталебетонной балки.
Заполнение коробчатой балки 3 бетоном 4 повышает ее несущую способность при действии напряжений общего изгиба в балке и местного изгиба стенок коробчатой балки 3, что позволяет уменьшить расход стали и снизить материалоемкость предварительно напряженной сталебетонной балки.
Бетон 4, находясь в замкнутом контуре, образованном коробчатой балкой 3 и опорными диафрагмами 4, обладает высокими прочностными характеристиками, что снижает материалоемкость предварительно напряженной сталебетонной балки.
Наличие внутри коробчатой балки 3 полого трубчатого элемента 5 уменьшает расход бетона 4 и повышает несущую способность балки в растянутой части поперечного сечения, что приводит к снижению материалоемкости предварительно напряженной сталебетонной балки.
Наличие затяжки 6 внутри полого трубчатого элемента 5 позволяет регулировать нормальные напряжения общего изгиба в балке, что приводит к уменьшению расхода стали и, как следствие, к снижению материалоемкости предварительно напряженной сталебетонной балки.
Шпильки 8 обеспечивают надежную совместную работу коробчатой балки 3 и бетона 4, воспринимают сдвигающие усилия в балке и обеспечивают проектное положение трубчатого элемента 5, что приводит к снижению материалоемкости предварительно напряженной сталебетонной балки.
Несущая способность предварительно напряженной сталебетонной балки обеспечивается подбором класса бетона, марки стали, размеров поперечного сечения элементов, параметров перфораций, величины натяжения затяжки, шага шпилек.
Применение предлагаемого технического решения позволит снизить материалоемкость предварительно напряженной сталебетонной балки.