СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ В ВИДЕ БАЛКИ

Полезная модель относится к области строительства, в частности к предварительно напряженным железобетонным конструкциям, и может быть использована в качестве несущих элементов покрытий и перекрытий в зданиях и сооружениях.
Известна сталежелезобетонная балка, включающая арматуру в растянутой и сжатой зонах в виде стальных листов, причем установленный в нижнем поясе балки стальной лист выполнен предварительно напряженным, имеет размещенные на его концах упоры и жестко соединен со стальным листом верхнего пояса поперечными стержнями (см. авт. св. СССР №452654, E04C 3/02).
Недостатком известной балки является низкая несущая способность из-за отсутствия замкнутой стальной оболочки, способной создать эффект обоймы для размещенного в ней бетонного тела. Кроме того, недостатком является и высокая трудоемкость изготовления сталежелезобетонной балки вследствие необходимости использования опалубки для формования изделия.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является строительный элемент в виде стойки, включающий предварительно-напряженную замкнутую металлическую оболочку, внутри которой размещено бетонное тело с установленной в нем продольной арматурой в виде предварительно-напряженных стержней. Причем стержневая продольная и кольцевая поперечная арматура образуют пространственный каркас элемента, а бетонное тело выполнено полым (см. патент РФ №26575, E04C 3/36).
Недостатками известного строительного элемента являются низкие прочность и трещиностойкость его наклонных сечений, а также жесткость за счет того, что продольная арматура не имеет предварительного напряжения, а место ее расположения в поперечном сечении элемента остается неизменным по всей длине балки, что не позволяет воспринимать поперечные усилия в приопорных зонах элемента.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в одновременном повышении несущей способности, жесткости и трещиностойкости балки.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в создании объемного напряженного состояния в балке путем одновременного восприятия и равномерного перераспределения растягивающих усилий с предварительно-напряженных стержней арматуры на бетонное тело.
Поставленная задача решается тем, что в строительном элементе в виде балки, включающем предварительно-напряженную замкнутую металлическую оболочку, внутри которой размещено бетонное тело с установленной в нем продольной арматурой в виде предварительно-напряженных стержней, согласно изменению, внутри замкнутой металлической оболочки на границах контакта центральной зоны балки с ее приопорными зонами установлены шпильки враспор между продольными стенками оболочки на высоте равной 2,0-4,0 диаметрам стержней продольной арматуры, при этом указанные стержни выполнены гибкими и расположены с равномерным шагом по ширине одной из полок оболочки и заведены под шпильки так, что концы крайних стержней продольной арматуры выведены наружу оболочки через отверстия, выполненные в ее торцевых пластинах, а остальные стержни, расположенные между крайними стержнями, в приопорных зонах балки отогнуты под углом в сторону противоположной полки оболочки и через отверстия в ней выведены наружу.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - схематично изображен строительный элемент в виде балки, с частичным вырезом;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
Строительный элемент в виде балки включает предварительно-напряженную замкнутую металлическую оболочку 1 (фиг. 1-3), например, прямоугольного поперечного сечения, которая состоит из продольных стенок 2, полок 3 и торцевых пластин 4 (фиг. 1). По краям одной из полок 3 выполнены отверстия 5 (фиг. 1, 3) для подачи бетона в полость оболочки 1. Внутри оболочки 1 (фиг. 1) на границе контакта центральной зоны балки с ее приопорными зонами установлены враспор между продольными стенками 2 шпильки 6 (фиг. 1, 2). Указанные шпильки 6 установлены на высоте, равной 2,0-4,0 диаметрам предварительно-напряженных стержней 7 продольной арматуры. При этом указанные стержни 7 (фиг. 1-3) расположены с равномерным шагом по ширине одной из полок 3 и заведены под шпильки 6 так, что концы крайних стержней 7 продольной арматуры выведены наружу оболочки 1 через отверстия 8, выполненные в ее торцевых пластинах 4, а остальные стержни 7, расположенные между крайними стержнями, в приопорных зонах балки 1 отогнуты под углом в сторону противоположной полки 3 оболочки 1 и через отверстия 9 в ней выведены наружу. Кроме того стержни выполнены гибкими, например, из стального каната (ГОСТ 2688-80).
Строительный элемент в виде балки изготавливают следующим образом. Предварительно во внутрь горизонтально расположенной замкнутой металлической оболочки 1 (фиг. 1, 2), к торцам которой жестко прикреплены торцевые пластины 4, устанавливают шпильки 6 на границе контакта центральной зоны балки с ее приопорными зонами. Указанные шпильки 6 располагают враспор между продольными стенками 2 на высоте равной 2-4 диаметрам стержней 7 продольной арматуры. Шпильки 6 в заявляемом строительном элементе позволяют осуществить загиб стержней 7 продольной арматуры на границе приопорной и центральной зонах балки.
Размещать шпильки на высоте менее 2d, где d - диаметр продольной арматуры, нецелесообразно, так как это приводит к снижению прочности и жесткости вследствие образования пустот между металлической оболочкой и продольной арматурой при заливке оболочки бетоном с использованием как крупной, так и мелкой фракций щебня. Кроме того снижается огнестойкость конструкции в целом из-за уменьшения защитного слоя бетона.
Размещать шпильки на высоте, превышающей 4d, где d - диаметр продольной арматуры, также нецелесообразно из-за того, что продольная арматура полностью или частично исключается из работы в конструкции.
Затем внутри металлической оболочки 1 устанавливают продольную арматуру в виде предварительно-напряженных стержней 7. Указанные стержни размещают с равномерным шагом по ширине одной из полок 3, заводят под шпильки 6 и с помощью натяжного устройства (на рис. не показано), предварительно закрепив с помощью анкеров одни концы продольных стержней 7 в торцевой пластине 4, растягивают их за другие концы, осуществляя предварительное напряжение. Причем концы крайних стержней 7 выведены наружу оболочки 1 через отверстия 8, выполненные в ее торцевых пластинах 4, а остальные стержни, расположенные между крайними, отогнуты под углом через шпильки 6 в сторону противоположной полки 3 оболочки 1 и через отверстия 9 в ней выведены наружу.
Далее замкнутую металлическую оболочку 1 заполняют высокоподвижной или самоуплотняющейся бетонной смесью, через отверстие 5 одной из полок 3 оболочки до появления смеси в аналогичном отверстии 5 со стороны противоположного торца элемента. При необходимости в процессе формования элемента указанную бетонную смесь дополнительно уплотняют посредством вибрирования. После набора бетоном передаточной прочности предварительное напряжение со стержней 7 передается на бетонное тело 10, создавая в нем предварительные сжимающие напряжения. В результате сцепления арматуры с бетоном в период набора прочности бетонного тела конструкция работает под нагрузкой как одно монолитное тело. Строительный элемент в виде балки готов к использованию.
В процессе нагружения заявляемого элемента бетонное тело начинает работать в условиях объемного сжатия, обеспечивая высокую степень обжатия нормальных сечений в центральной зоне балки при одновременном обжатии наклонных сечений в ее приопорных зонах. Это способствует повышению прочности, жесткости и трещиностойкости как наклонных, так и нормальных сечений строительного элемента.
Кроме того наличие дополнительной высокопрочной арматуры, рационально размещенной в поперечном сечении сталебетонной балки, способствует увеличению ее прочности и жесткости.
Таким образом, заявляемая конструкция позволяет предотвратить появление трещин и повысить ее несущую способность.