ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННАЯ ПЛИТА
PRESTRESSED BOARD

[0001] Изобретение относится к предварительно напряженной плите в соответствии с вводной частью п.1 формулы изобретения, к предпочтительному использованию такой плиты в соответствии с п.13 формулы изобретения и способу изготовления плиты в соответствии с п.14 формулы изобретения.
[0002] Известен способ изготовления особо тонких плит из бетона и, следовательно, наиболее предпочтительных конструкций плоских перекрытий на основе расположенных в них полых элементов. Описанные в известном способе плиты представляют собой так называемые ненапряженные армированные элементы, а их арматура состоит из стержней; расположенных под прямым углом и поглощающих растягивающие силы, образующиеся в бетоне. Конструктивная эффективность этой технологии легких конструкций позволяет, например, изготавливать тонкие и одновременно широкозахватные конструкции плоских перекрытий с одновременной экономией ресурсов. В зависимости от диаметра и геометрических размеров указанных полых элементов возможны примеры реализации изобретения с толщинами перекрытий приблизительно от 20 см.
[0003] Однако вместе с так называемыми предварительно напряженными плитами располагают такие дополнительные напряженные элементы, как например кабели; которые после отверждения бетона переходят в напряженное состояние. Благодаря этому возможно создание дополнительных сил, способных до определенной степени компенсировать нагрузки, создаваемые собственным весом. В зависимости от геометрической структуры кабелей, с помощью предварительного напряжения образуют только сжимающую силу, т.е., в случае параболической или трапециевидной формы указанных кабелей или их так называемого «свободного положения», кабели расположены параллельно плоскости перекрытия или дополнительно отклоняющей силе, действующей перпендикулярно указанной перекрывающей плоскости. Указанная отклоняющая сила, создаваемая с помощью предварительного напряжения, на практике варьируется между 80% и 100% от собственного максимального веса. Кроме того, к зависимости от стандартов на производство строительных работ возможно, в дополнение к собственному весу, возможно также дополнительно компенсировать, переменную нагрузку, действующую на перекрытие посредством отклоняющих сил кабелей, создающих предварительное напряжение.
[0004] Таким образом, предварительно напряженные плиты содержат элементы, создающие предварительное напряжение, в дополнение к «ненапряженным» арматурным стержням. В крайнем случае, добавление «ненапряженного» армирования может быть уменьшено до расчетного минимума, например для компенсации паразитических, локально возникающих поддерживающих сил и для армирования против поверхностных трещин в тех случаях, когда собственный вес и переменная нагрузка полностью скомпенсированы посредством отклоняющих сил.
[0005] К средствам, необходимым для создания предварительного напряжения, относятся напряженные кабели, оболочки, окружающие указанные кабели, впрыскиваемые материалы, вводимые между оболочкой и кабелем после создания напряжения в зависимости от способа установки, а также анкерные головки, муфты, вспомогательные средства для указанных оболочек и кабелей, а также устройства для предварительного напряжения арматуры.
[0006] Масса собственного веса перекрытия, компенсируемая посредством отклоняющих сил наряженных кабелей, прямо пропорциональна приложенной растягивающей силе и, следовательно, поперечному сечению используемых напряженных кабелей.
[0007] Напряженные кабели выполнены из высокопрочной стали, имеющей особо высокую прочность на растяжение. Следовательно, при производстве указанных кабелей необходимо строго соблюдать спецификации, определяющие качество, что влечет за собой многократное увеличение стоимости указанных кабелей по сравнению со стоимостью обычной ненапряженной арматурной стали.
[0008] По краям перекрытия напряженные арматурные кабели установлены в анкерных головках, отводящих в бетон напряжения указанных кабелей. Для каждого напряженного арматурного кабеля необходимо наличие собственных анкерных головок на обоих противоположных краях перекрытия. Эти анкерные головки дополнительно увеличивают стоимость.
[0009] Использование предварительного напряжения позволяет перекрывать пролеты большего размера с одновременной минимизацией толщины перекрытия и, следовательно, собственного веса перекрытия. Кроме того, предварительное напряжение позволяет улучшить контроль образования трещин в бетоне посредством горизонтального стягивания. Еще одно преимущество предварительного напряжения состоит в минимизации деформации перекрытия, что при определении размеров бетонных перекрытий зачастую является решающим критерием выбора толщины указанных перекрытий. Кроме того, при использовании предварительного напряжения продолжительность строительных работ может быть дополнительно оптимизирована, поскольку опалубка предварительно напряженного перекрытия может быть заблаговременно удалена.
[0010] Однако до настоящего времени дополнительное увеличение эффективности ненапряженных армированных или предварительно напряженных плит не представлялось возможным.
[0011] В опубликованной заявке AU 505760 B2 раскрыты компоненты плиты, имеющие выдолбленную книзу область, которая может быть изготовлена из бетона заводским способом. Затем на месте работ эти компоненты располагают относительно друг друга и скрепляют. Для этого используют напряженные элементы, проходящие вдоль боковых краев соответствующих компонентов.
[0012] В публикации DE 1222643 B раскрыта плита, изготовленная на заводе сборных железобетонных конструкций. Плита на виде сверху ее поверхность содержит по меньшей мере одну область для полых элементов, содержащую полые элементы. Напряженные элементы или армирующие сетки вделаны в нижнее и верхнее перекрытия, проходящие в двух направлениях под прямым углом друг к другу.
[0013] Задача настоящего изобретения состоит в разработке усовершенствованной, экономически эффективной плиты, выполненной из соответствующего материала, имеющей легкий вес и способной выдерживать нагрузку.
[0014] Поставленная задача решена с помощью плиты и, что более предпочтительно, с помощью элемента перекрытия в соответствии с п.1 формулы изобретения.
[0015] В контексте данной заявки термин «выполненный в форме решетки», относящийся к размещению напряженных элементом, относится к структуре, в которой указанные элементы пересекают друг друга под углом или различными углами, которые не обязательно являются прямыми углами. Указанные напряженные элементы не обязательно проходят по прямой, кроме того, если они предпочтительно выполнены с усложненной геометрией, то они могут быть установлены в изогнутом виде, например, дуго- или кругообразными, параболически, под прямым углом и т.п. для обеспечения соответствия сочетанию нагрузок.
[0016] Настоящее изобретение основано на том, напряженные элементы, проходящие над областями для полых элементов, позволяют только ограниченное предварительное напряжение из-за уменьшенного объема материала. Кроме того, возникает проблема, связанная с геометрией, поскольку пространство для размещения в нем указанных элементов существенно ограничено. Таким образом, если в прошлом вообще был возможен монтаж, то результатом комбинации областей для полых элементов и предварительного напряжения не обязательно была улучшенная эффективность плиты. Чрезмерное предварительное напряжение в этих областях может даже повредить плиту и, тем самым, сделать ее непригодной для использования.
[0017] Существенное преимущество настоящего изобретения изначально состоит в наличии специальных армированных опорных полос, соединяющих друг с другом отдельные опорные области плиты. Благодаря этому возможна гибридная комбинация областей для полых элементов и предварительно напряженных областей плиты, которая увеличивает оптимизирующий эффект обоих армирований в техническом, экономическом и экологическом смысле.
[0018] Кроме того, по отношению к предварительно напряженным перекрытиям может быть применен способ, использующий цельные модули, содержащие полые элементы, для уменьшения собственного веса перекрытия, известного из «ненапряженных армированных» плоских перекрытий, причем в соответствии с указанным способом с помощью напряженных арматурных кабелей скомпенсированы собственный вес или полные нагрузки. Технические преимущества обоих способов могут быть совмещены, а также может быть дополнительно уменьшен собственный вес перекрытия по сравнению с ненапряженными армированными бетонными перекрытиями монолитной конструкции или предварительно напряженными перекрытиями. Таким образом дополнительно уменьшают нагрузки, воздействующие на такие вертикальные элементы, как опоры, стенки и основания несущей конструкции. Одновременно с этим оптимизировано использование материала для напряженных арматурных кабелей и анкерных головок, поскольку собственный вес перекрытия, дополнительно уменьшенный на 25-30%, оказывает прямо пропорциональное воздействие на поперечное сечение требуемого напряженного арматурного кабеля. Кроме того, уменьшен требуемый объем бетона и дополнительно минимизирована деформация перекрытия.
[0019] В зависимости от конструкции перекрытия и опорной решетки инженер-планировщик имеет несколько вариантов размещения кабелей. Например, он может выбрать поверхностное предварительное напряжение, во время которого кабели при их размещении равномерно располагают вдоль длины и ширины перекрытия. Еще одним вариантом является опорно-полосное предварительное напряжение, в соответствии с которым кабели размещены с их концентрацией в зонах, проходящих над указанными опорными полосами, расположенными под прямым углом относительно друг друга. Однако также может быть выбрана комбинация обоих вариантов размещения, в которой одно направление выполнено по площади, а другое направление выполнено с использованием опорных полос.
[0020] Дополнительное армирование плиты обеспечено благодаря тому, что на ее виде сбоку напряженные элементы установлены в ней волнообразно и опираются по меньшей мере на одну решетчатую систему, содержащую стержни и удерживающую полые элементы, высота которых соответствует волновой форме. Поскольку решетчатая система отводит силы, вводимые от указанного напряженного элемента мимо полых пространств, то указанные полые пространства защищены от разрушения. Это позволяет до настоящего времени неизвестное расположение напряженного элемента и таким образом преднапряжение даже поперек областей для полых элементов. Другие предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения изложены в зависимых пунктах формулы и относятся к армирующим типам указанного элемента с поверхностным, опорно-полосным и комбинированным предварительными напряжениями.
[0021] В случае поверхностного предварительного напряжения опорная полоса предпочтительно содержит по меньшей мере одну содержащую твердый материал область, с помощью которой могут быть отведены введенные нагрузки. Однако для получения особо легковесной конструкции предпочтительно, чтобы прилегающие сбоку поля решетчатой структуры по меньшей мере формировали одну удлиненную несущую полосу, содержащую области для полых элементов и расположенную между двумя опорными полосами.
[0022] Однако в случае опорно-полосного предварительного напряжения дополнительные напряженные элементы предпочтительно расположены в продольном направлении опорной полосы для армирования указанной плиты. Эти напряженные элементы не обязательно проходят сбоку от указанной полосы. Они предпочтительно могут быть расположены вдоль ее ширины или расположены только в ее средней области. Кроме того, эти дополнительные напряженные элементы могут быть выполнены утолщенными по сравнению с другими.
[0023] Альтернативно или дополнительно указанные напряженные элементы, проходящие в продольном направлении опорной полосы, могут сами быть армированными, т.е., например выполненными с большим поперечным сечением или выполненными из материала с большей прочностью на растяжение по сравнению с другими напряженными элементами. Для уменьшения веса опорная полоса может содержать по меньшей мере одну область для полых элементов.
[0024] В случае комбинированного поверхностного и опорно-полосного предварительного напряжения дополнительные напряженные элементы, выполненные из твердого материала, могут, например, быть размешены внутри опорной полосы, тогда как другая опорная полоса выполнена с возможностью армирования только сбоку и содержит области для полых элементов. Для дополнительного армирования указанной опорной полосы могут быть образованы дополнительные напряженные элементы, которые распределены вдоль ее ширины или проходят только в ее середине. Если эти напряженные элементы соединены над областями для полых элементов указанной опорной полосы, то они выполнены с уменьшенным предварительным напряжением. Уменьшение веса указанной плиты может быть достигнуто с помощью несущих полос, проходящих в решетчатой структуре между указанными опорными полосами.
[0025] В каждом из указанных случаев получена плита, которая имеет простую конструкцию и выполнен с возможностью его однонаправленной нагрузки, если его решетчатая структура образует сетку из прямоугольных полей. Кроме того, в зависимости от применения может быть предложена любая другая структура, состоящая из напряженных элементов, проходящих по прямой линии или по кривой линии, которые пересекаются под определенным углом или под несколькими различными углами.
[0026] Стержни решетчатых систем относительно нормали к поверхности указанной плиты предпочтительно расположены под небольшим наклоном. Модули, выполненные таким способом, компенсируют локальное уменьшение несущей способности поперечной силы в поперечном сечении указанной плиты, вызванной указанными полыми элементами. Кроме того, эти решетчатые стержни выполнены с возможностью поглощения локальных паразитических напряжений вертикально к плоскости перекрытия, образуемых в бетоне с помощью предварительного напряжения, если это применимо.
[0027] Кроме того, в покрытых напряженными арматурными кабелями зонах, в которых указанные кабели в нижней области поперечного сечения перекрытия проходят параллельно плоскости указанного перекрытия, при необходимости могут быть установлены дополнительные модули. Для этого они размещены с помощью монтажной арматуры с соответствующим интервалом относительно указанных напряженных арматурных кабелей и над ними, в зависимости от стандартов и спецификаций изготовителя для минимальной бетонной оболочки кабелей. Однако диаметр используемого полого элемента может быть уменьшен, если это применимо.
[0028] Тем не менее, боковые полосы областей для полых элементов могут быть армированы посредством того, что указанная решетчатая система содержит опорные стержни, которые выступают в продольном направлении над размещающей областью для полых элементов, и над которыми расположены напряженные элементы. Кроме того, боковая опора может быть дополнительно усовершенствована в том, что отдельные решетчатые системы стержней, содержащие полые элементы, размещены относительно друг друга таким образом, что их опорные стержни, расположенные на обеих сторонах, взаимно перекрывают друг друга. Одновременно создают армирование, проходящее в продольном направлении по меньшей мере над двумя решетчатыми системами.
[0029] Однако в зависимости от конструктивных характеристик решетчатые системы предпочтительно содержат размещающие области, которые не содержат полых элементов, и над которыми установлены указанные напряженные элементы. В результате возможно создание предельно гибкого армирования плиты даже над областями, содержащими полые элементы, несмотря на то, что для существующего поверхностного или опорно-полосного предварительного напряжения необходимо дополнительное армирование.
[0030] Предпочтительно в качестве элемента перекрытия следует использовать плиту в соответствии с настоящим изобретением, поскольку для выдерживания происходящих на него нагрузок особенно необходим небольшой вес и большая несущая способность конструкции перекрытия. Однако его использование этим не ограничено, поскольку ему может быть найдено любое другое применение для тех случаев, когда необходимы одновременно легкий вес и особо прочные элементы. Указанную плиту применяют не только в жилищном и коммерческом строительстве, но, что более предпочтительно, при строительстве электростанций, мостов, дамб и т.п.
[0031] Кроме того, в соответствии с пунктом 14 формулы изобретения, вышеуказанная задача решена посредством способа изготовления плиты.
[0032] Важная особенность указанного способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в его простоте и выполнимости в классическом случае применения монолитного бетона, а также с элементами, изготовленными на заводе сборных железобетонных конструкций. Применение этого способа целесообразно с точки зрения использования с бетоном обычного состава и качества и с бетоном различного замеса и концепции, например с легким бетоном и фибробетоном. Решетчатые системы, содержащие полые элементы, предпочтительно выполнены в виде модулей.
[0033] Эти модули установлены непосредственно в зонах перекрытия, не занятых напряженными арматурными кабелями, между нижней и верхней ненапряженной арматурой. Если в зонах, занятых указанными модулями, нет ненапряженной арматуры, то указанные модули размещены непосредственно на монтажной арматуре, установленной на опалубке. Данный вариант является предпочтительным, поскольку благодаря отсутствию верхних и/или нижних ненапряженных армирующих слоев поперечное сечение перекрытия может быть использовано лучшим образом вместо модулей. В результате, с учетом требуемого минимального верхнего и нижнего бетонного покрытия указанных модулей, могут быть использованы полые элементы, имеющие больший размер.
[0034] С помощью поверхностного или опорно-полосного предварительного напряжения напряженные элементы могут дополнительно армировать плиту, проходящую над областями для полых элементов. В данном случае указанным элементам не нужно иметь основное напряжение поверхности или опорных полос, однако они могут быть предварительно напряжены в меньшей степени. В таком случае ненапряженная арматура более не является абсолютно необходимой, так что возможно применение распорки большего размера между модулями и поверхностями плиты для размещения напряженных элементов. В данном случае указанные модули могут одновременно выполнять функцию опорных средств для предварительно напряженных арматурных кабелей. В таком случае модули выбраны в ступенчатом размере, в соответствии с геометрическим направлением напряженных арматурных кабелей, и в областях, в которых указанные напряженные арматурные кабели размещены в верхней области поперечного сечения перекрытия, размещены под указанными напряженными арматурными кабелями. Благодаря этому модулями могут быть покрыты дополнительные участки, а также может быть оптимизировано уменьшение веса и сохранены обычные опорные средства. Кроме того, в данном случае по-прежнему возможна адаптация геометрических размеров используемых модулей к обстоятельствам и специальным требованиям к указанным напряженным арматурным кабелям, если это необходимо. По меньшей мере один напряженный элемент предпочтительно расположен на опорных стержнях решетчатой системы, выступающих в продольном направлении над размещающей областью для полых элементов. В результате возможно дополнительное армирование соответствующих краевых областей указанной решетчатой системы, поскольку уже не появится никаких полых элементов, подлежащих размещению в указанных областях.
[0035] Предпочтительно по меньшей мере две решетчатые системы установлены таким образом, что их соответствующие опорные стержни перекрывают друг друга. Этим в большей степени обеспечена опора для указанных напряженных элементов. В случае, когда ненапряженная арматура полностью исключена или установлена лишь локально на определенных участках перекрытия, или необходим только минимум ненапряженной арматуры, благодаря присутствию модулей можно рассматривать нижние и верхние продольные стержни указанных модулей в качестве ненапряженной дополнительной арматуры. Благодаря этому может быть уменьшена указанная минимальная дополнительная арматура по меньшей мере в направлении армирования указанных модулей, а функция армирования трещин частично или полностью выполнена с помощью указанных модулей. Однако, для осуществления этой возможности должно быть гарантировано, что выступы указанных продольных стержневых арматур модулей продлены с помощью размера перекрытия, определенного стандартами, и в дальнейшем расположены с наложением друг на друга. Благодаря этому достигают сплошного армирования в соответствии со стандартами.
[0036] Далее настоящее изобретение описано с помощью примеров со ссылками на прилагаемые чертежи. Одинаковые или одинаково работающие части снабжены одинаковыми числовыми обозначениями.
На фиг.1, в соответствии с настоящим изобретением, схематически показана конструкция плиты с предварительным поверхностным напряжением на виде сверху его поверхности.
На фиг.2, в соответствии с настоящим изобретением, схематически показана конструкция плиты с предварительным опорно-полосным напряжением на виде сверху его поверхности.
На фиг.3 показан вид сбоку первой и второй плит и расположение напряженного элемента над решетчатыми системами, содержащими полые элементы.
На фиг.4, в соответствии с настоящим изобретением, показана решетчатая система, содержащая полые элементы и выступающие стержни.
На фиг.5 показана комбинация двух решетчатых систем по фиг.4, расположенных с перекрыванием друг друга в месте выступающих стержней.
[0037] На фиг.1, в соответствии с настоящим изобретением, схематически показана конструкция плиты 10 с предварительным поверхностным напряжением на виде сверху ее поверхности 11. В данном случае плита 10 содержит; области 20 для полых элементов и опорные области 30. В данном примере расположенные под прямым углом напряженные элементы 40 образуют решетчатую структуру 50, соответствующие поля 51 которой ограничивают области 20 и 30. Примыкающие сбоку поля 51 образуют опорные полосы 60, соединяющие опорные области 30 друг с другом над полями 51, выполненными в виде областей, выполненных из твердого материала, для армирования указанной опорной полосы. В отличие от этого, примыкающие сбоку поля 51 образуют ряды удлиненных несущих полос 80, содержащих области 20 для полых элементов, поверхностно напряженных посредством напряженных элементов 40. Такую плиту 10 предпочтительно используют в качестве элемента перекрытия, установленного в опорных областях 30. В связи с поверхностным предварительным напряжением посредством решетчатой структуры 50 опорные полосы 60, выполненные из твердого материала, обеспечивают стабильность, достаточную для несущих полос 80, проходящих посередине таким образом, что образуют элемент перекрытия, имеющий легкий вес и способный выдерживать нагрузку. С помощью расположения напряженных элементов 40 под прямым углом обеспечивают простое и одновременно экономически целесообразное изготовление элемента 10.
[0038] На фиг.2, в соответствии с настоящим изобретением, схематически показана конструкция плиты 10′ с предварительным опорно-полосным напряжением на виде сверху ее поверхности 11′. Элемент 10′ содержит области 20 для полых элементов и опорные области 30. Напряженные элементы 40, расположенные под прямым углом, образуют решетчатую структуру 50, поля 51 которой ограничивают области 20 и 30. Однако в данном примере сдвоенной конструкции, вдоль опорных полос 60, проходящих под прямым углом относительно друг друга над плитой 10′, напряженные элементы 40 выполнены армированными. Тем не менее для армирования могут быть использованы напряженные элементы, имеющие более крупное сечение и/или большую прочность на растяжение. Таким образом, опорные полосы 60 армированы таким образом, что они могут также содержать области для полых элементов, делающие элементы 10′ более легкими. С помощью армирования опорных полос 60 несущие полосы 80 могут быть снабжены областями 20 для полых элементов, имеющих большую площадь и проходящих вертикально и горизонтально между опорными полосами 60. Несмотря на то, что все поля 51 выполнены с областями 20 для полых элементов, с помощью элемента 10′ достигают не только оптимального веса, но и оптимальной несущей способности. В данном случае расположение напряженных элементов 40 под прямым углом обеспечивает простое и одновременно экономически целесообразное изготовление элемента 10′.
[0039] На фиг.3 показан вид сбоку первой и второй плит 10, 10′ и расположение напряженного элемента 40 над решетчатыми системами 90, содержащими полые элементы 21. В данном случае размер решетчатых систем 90 выбран таким образом, чтобы они определяли необходимое расположение напряженного элемента 40. Указанные решетчатые системы выполнены из стержней 91, причем, например, их трапециевидная форма придает им особенно высокие стабильность и высвобождение силы предварительного напряжения напряженного элемента 40 в материале. Напряженный элемент 40 расположен на продольных стержнях 91 решетчатых систем 90, проходящих вертикально к плоскости пластины. Стержни 91 выполнены с армирующим эффектом, соответствующим армирующему эффекту арматуры 100, и даже способны заменить арматуру 100 при обстоятельствах, описанных далее. Комбинация решетчатых систем 90 и напряженных элементов 40 делает возможным предварительное напряжение в областях 20 для полых элементов плит 10, 10′ по Фиг.1 и 2 и, следовательно, армирования плит 10, 10′.
[0040] На фиг.4, в соответствии с настоящим изобретением, показана решетчатая система 90, содержащая полые элементы 21 и стержни 92, выступающие над размещающими областями 93 для размещения полых элементов 21. Однако напряженный элемент 40, показанный в качестве примера на Фиг.3, может быть расположен в любом подходящем месте, например, над верхним продольным стержнем 91 решетчатой системы 90. Однако преимущественно образовать его, например, над верхним опорным стержнем 92 решетчатой системы 90 на одном или на другом крае решетчатой системы 90, поскольку эти края наполнены твердым материалом, позволяющим более высокое предварительное напряжение и, следовательно, армирование. Кроме того, возможно удаление отдельных полых элементов 21 из решетчатой системы 90 для создания зон, выполненных из твердых материалов, в этом месте или в этих местах, в которых обеспечено специальное армирование с помощью высоконапряженных элементов 40.
[0041] На фиг.5 показана комбинация двух решетчатых систем 90 по Фиг.4, расположенных с перекрыванием друг друга в месте выступающих стержней 92. Благодаря такому перекрыванию все продольные стержни 91 обеих решетчатых систем 90 действуют как соответствующим образом расположенные арматуры 100 по Фиг.3. Вместе с этим с помощью перекрывающихся стержней 92 обеспечена более устойчивая опора для напряженного элемента 40, показанного на Фиг.3, если он расположен над этими стержнями 92.
[0042] Посредством представленных мер в соответствии с настоящим изобретением возможно запланированное армирование плиты в зависимости от предполагаемого использования. Указанная плита в соответствии с настоящим изобретением имеет однозначно более высокую несущую способность и одновременно имеет более легкий вес по сравнению с известной плитой. Простая конструкция указанной плиты делает возможным экономически эффективное изготовление такого элемента. Благодаря эффективности указанной плиты предпочтительно ее использование в качестве элемента перекрытия, проходящего над широкими участками.