Сталебетонный элемент

Полезная модель относится к строительным конструкциям, а именно, к колоннам и стойкам преимущественно одноэтажных зданий, мостовых сооружений и подкрановых конструкций.
Известен длинномерный сталебетонный элемент, включающий бетонный элемент с охватывающей его обоймой усиления из прокатных профилей, соединенных между собой поперечными элементами, при этом обойма усиления связана с бетонным элементом для совместной работы с помощью поперечных элементов, расположенных в теле бетона, соединяющих диагонально расположенные уголковые профили (RU 2641141, Е04С 3/34, Е04В 1/30, 27.04.2017 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость сталебетонного элемента по причине отсутствия замкнутого контура обоймы усиления, постоянства поперечного сечения по длине элемента, а также отсутствия обжатия бетонного элемента.
Известен длинномерный сталебетонный элемент, включающий бетонный элемент с охватывающей его обоймой усиления из прокатных профилей с отверстиями в полках, расположенными рядами с одинаковым шагом, и соединительных поперечных элементов, причем обойма усиления связана с бетонным элементом для совместной работы с помощью бетонных шпонок, расположенных в отверстиях прокатных профилей, при этом длинномерный сталебетонный элемент выполнен с возможностью увеличения длины, изменения формы по длине и положения в пространстве, бетонный элемент и элементы обоймы усиления связаны монолитно, а отверстия в прокатных профилях выполнены с возможностью заполнения их бетоном, формирующим бетонный элемент и одновременно шпонки, а в качестве прокатных профилей использованы или уголковые профили, или швеллеры, а в качестве соединительных поперечных элементов использованы или арматурные стержни, или планки (RU 2633624, Е04С 3/293, 23.08.2016 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость сталебетонного элемента по причине ослабляющих отверстий в полках прокатных профилей, а также отсутствия обжатия бетонного элемента.
Известен длинномерный трубобетонный элемент, содержащий бетонное ядро и арматуру в виде замкнутой наружной оболочки, имеющей радиальные отверстия, при этом оболочка выполнена в виде стальной трубы по всей длине элемента и снабжена внешним защитным покрытием, выполненным с возможностью предотвращения выхода бетонной смеси из отверстий оболочки при бетонировании ядра без использования съемной опалубки, а отверстия могут быть выполнены разной формы и с разным расположением относительно продольной оси элемента для восприятия действующих нагрузок и эффективной совместной работы бетонного ядра и стальной оболочки (RU 2641142, Е04С 3/294, 03.05.2017 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость сталебетонного элемента по причине не рациональной круглой формы поперечного сечения для восприятия усилий изгиба, ослабляющих отверстий в наружной оболочке, постоянства поперечного сечения по длине элемента, а также отсутствия обжатия бетонного элемента.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является сталебетонный элемент, содержащий бетонное ядро и стальной профиль, который выполнен крестообразного поперечного сечения, а в его стенках выполнена перфорация (RU 117475, Е04С 3/293, 22.12.2011 г.).
Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость сталебетонного элемента по причине не рациональной формы для восприятия усилий изгиба, отсутствия замкнутого контура стального профиля, постоянства поперечного сечения по длине элемента, а также отсутствия обжатия бетонного элемента.
Задача полезной модели - снижение материалоемкости сталебетонного элемента.
Технический результат достигается тем, что сталебетонный элемент, содержащий бетонное ядро и стальной профиль, в двух стенках которого выполнена перфорация, имеет стальной профиль с замкнутым контуром, который жестко соединен с нижней и верхней опорными плитами, высота сечения стального профиля уменьшается от нижней опорной плиты к верхней.
Сталебетонный элемент дополнительно может включать стяжные шпильки, прикрепленные к стенкам стального профиля без перфораций.
Сталебетонный элемент дополнительно может включать упоры, установленные внутри стального профиля и прикрепленные к его стенкам с перфорациями.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
- фиг. 1 - общий вид сталебетонного элемента;
- фиг. 2 - поперечное сечение 1-1;
- фиг. 3 - поперечное сечение 2-2;
- фиг. 4 - поперечное сечение 3-3;
- фиг. 5 - схема разрезки стального профиля.
Сталебетонный элемент состоит из стального профиля 1 с жестко прикрепленными нижней опорной плитой 2 и верхней опорной плитой 3, внутри которого располагается бетонное ядро 4 (фиг. 1, 2, 3, 4). Стальной профиль 1 имеет замкнутый контур, в двух стенках которого выполнена перфорация 5, высота сечения стального профиля 1 уменьшается от нижней опорной плиты 2 к верхней опорной плите 3. Внутри сталебетонного элемента расположены стяжные шпильки 6, прикрепленные к стенкам стального профиля 1 без перфораций при помощи гаек 7. К внутренним поверхностям стенок стального профиля 1 с перфорациями прикреплены упоры 8, выполненные из стержневой арматуры, уголковых профилей или листовой стали.
Перфорации 5 в стенках стального профиля 1 могут быть получены путем разрезки квадратного или прямоугольного прокатного профиля на две симметричные половины 9 по зигзагообразной линии 10 (фиг. 5). Симметричные половины 9 для получения стального профиля 1 объединяются между собой на сварке.
Прямоугольная форма поперечного сечения стального профиля 1 позволяет более эффективно воспринимать усилия изгиба от внешних нагрузок, что приводит к снижению материалоемкости сталебетонного элемента.
Уменьшение высоты поперечного сечения стального профиля 1 от нижней опорной плиты 2 к верхней опорной плите 3 соответствует эпюре усилия изгиба в элементе от внешних нагрузок, что приводит к снижению материалоемкости сталебетонного элемента.
Наличие перфораций 5 в стенках стального профиля 1 приводит к снижению расхода стали и, как следствие, к снижению материалоемкости сталебетонного элемента.
Наличие перфораций 5 в стенках стального профиля 1 обеспечивает надежную совместную работу стенок стального профиля 1 и бетонного ядра 4 по контуру перфораций 5 при действии сдвигающих усилий от приложенных нагрузок и приводит к снижению материалоемкости сталебетонного элемента.
Заполнение стального профиля 1 бетонным ядром 4 повышает несущую способность сталебетонного элемента при действии напряжений общего изгиба и местного изгиба стенок стального профиля 1, что позволяет уменьшить расход стали и снизить материалоемкость сталебетонного элемента.
Бетонное ядро 4, находясь в замкнутом контуре, образованном стальным профилем 1 и опорными плитами 2, 3, обладает высокими прочностными характеристиками, что снижает материалоемкость сталебетонного элемента.
Стяжные шпильки 6 и упоры 8 обеспечивают надежную совместную работу стального профиля 1 с бетонным ядром 4, воспринимают сдвигающие усилия, повышают местную устойчивость стенок стального профиля 1, что приводит к снижению материалоемкости сталебетонного элемента.
Стяжные шпильки 6 после набора прочности бетонного ядра 4 могут быть предварительно напряжены, что приведет к обжатию бетонного ядра 4, повышению эффективности работы сталебетонного элемента и снижению его материалоемкости.
Несущая способность сталебетонного элемента обеспечивается подбором класса бетона, марки стали, размеров поперечного сечения стального профиля, величиной натяжения стяжных шпилек, шагом упоров.
Применение предлагаемого технического решения позволит снизить материалоемкость сталебетонного элемента.