ДЕРЕВОБЕТОННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к строительству и предназначена для использования в несущих деревянных конструкциях, в т.ч. криволинейного очертания для перекрытий, покрытий, мостов и т.п., а также для усиления существующих конструкций.
Известны конструкции деревобетонные из объединенных железобетонной плиты и клеедеревянной балки с перпендикулярно установленными в древесину соединительными элементами - нагелями, установленными дискретно в предварительно высверленные в древесине отверстия /1/.
Другим известным конструктивным решением является балка комбинированного сечения, состоящая из сборной или монолитной железобетонной плиты и ребра из клееной древесины, которые объединены между собой клеевым швом и упругоподатливыми связями в виде нагелей из стальных стержней или петлевых выпусков, установленных перпендикулярно к плоскости контакта дерева и бетона /2/.
В указанных технических решениях использование перпендикулярно установленных связей, работающих на изгиб под нагрузкой, практически не увеличивает сдвиговую прочность.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции по совокупности признаков является составная деревобетонная конструкция со сдвиговоспринимающими соединительными элементами, синтезирующими в себе сплошную и непрерывную основу, в виде продольной стержневой арматуры или полосы, приклеиваемой к верхней грани деревянной балки по шву объединения плиты с балкой, и связующую часть в виде стержневых упоров, наклонных одиночных и петлевых анкеров в зоне железобетонной плиты /1/.
Такое техническое решение обладает следующим недостатком: длина составного деревобетонного элемента ограничена из-за значительного различия коэффициентов линейного расширения температурной деформации основы сдвиговоспринимающего элемента и деревянной балки, что приводит к концентрации внутренних напряжений и образованию продольных трещин в зоне установки основы и ее скалыванию. Кроме того, известная конструкция не позволяет увеличить сдвиговую прочность деревянных балок.
Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание и обеспечение в процессе эксплуатации совместной работы разномодульных материалов в композитной конструкции, максимальное использование прочности сдвиговоспринимающих элементов, увеличение сдвиговой прочности и надежности деревянного элемента конструкции, а также, снижение материалоемкости конструкции и повышение надежности композитного элемента за счет более эффективного использования связей между элементами.
Поставленная задача решается таким образом, что в деревобетонном строительном элементе таврового сечения, включающем деревянную стенку и монолитную железобетонную полку, соединенные сдвиговоспринимающими связевыми элементами, согласно полезной модели, связевые элементы выполнены в виде металлических стержней периодического профиля, вклеенных в деревянную стенку и замоноличенных в железобетонной полке, и размещены с шагом под углом 30-45° к направлению волокон деревянной стенки. Причем, концы металлических стержней, расположенные в железобетонной полке, могут быть загнуты попарно внахлест с образованием петлеобразного связевого элемента, или могут быть соединены попарно коротышом с образованием Н-образного связевого элемента.
Предлагаемая конструкция отличается от известной тем, что связевые элементы выполнены в виде металлических стержней периодического профиля, вклеенных в деревянную стенку и замоноличенных в железобетонной полке, и размещены с переменным шагом под углом 30-45° к направлению волокон деревянной стенки.
Новым является то, что совместная работа деревянного и железобетонного элементов конструкции достигается установкой соединительных элементов, в качестве которых используются дискретно установленные стальные анкеры. Анкеры выполняют из арматуры периодического профиля с петлевым или Н-образным очертанием в зоне монолитной железобетонной полки и вклеиваются в древесину на эпоксидной смоле под углом к волокнам древесины балки.
Технический результат состоит в создании и обеспечении в процессе эксплуатации конструкции совместной работы разномодульных материалов, в максимальном использовании прочности сдвиговоспринимающих элементов, увеличении сдвиговой прочности и надежности деревянного элемента конструкции за счет более эффективного включения железобетонной полки в совместную работу с деревянной стенкой композитной конструкции и достигается путем надежной анкеровки сдвиговоспринимающих элементов под углом к волокнам древесины стенки, что уменьшает податливость связующих элементов, повышает сдвиговую прочность древесины, в т.ч. в опорных зонах, обеспечивает повышение надежности конструкции в целом.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что композитный деревобетонный элемент, включающий деревянную стенку и железобетонную полку, объединенные посредством сдвиговопринимающих связевых элементов имеет петлевые анкеры или анкеры с Н-образным очертанием из арматуры периодического профиля вклееных в древесину под углом 30-45º к направлению волокон деревянного элемента на эпоксидной смоле ЭД-20 или составе ЭПЦ-1
На фиг.1 изображен композитный деревобетонный строительный элемент таврового сечения, (вид сбоку); фиг.2 - разрез А-А фиг.1; фиг.3, 4 - фрагменты соединения полки и стенки (варианты); фиг.5, - сечение фиг.3; фиг.6 - сечение фиг.4.
Деревобетонный строительный элемент включает верхний элемент полку 1 в виде монолитной железобетонной плиты, нижний деревянный-стенку 2 - в виде балки, и объединяющие их соединительные элементы анкеры 3. По плоскости сплачивания полки 1 и стенки 2 предусмотрена гидроизолирующая прослойка 4. Анкеры из арматуры периодического профиля расположены с разным шагом, уменьшающимся к опорам, определяемым в соответствии с эпюрой сдвигающих усилий, уменьшающихся к опорам. Соединительные элементы установлены под углом к продольной оси стенки в направлении эпюры изгибающих моментов. Оптимальный угол наклона анкеров к волокнам древесины стенки находится в интервале от 30 до 45°. В опорной зоне шаг связевых элементов должен быть не менее 10d и не более a=cosα·L,
где L - глубина вклеивания анкеров;
а - шаг расстановки анкеров;
α - угол наклона.
Композитный тавровый деревобетонный строительный элемент изготавливают следующим образом.
Прямолинейные с предварительным выгибом или криволинейные деревянные элементы - стенки 2 устанавливают с определенным шагом. По ним укладывают гидроизолирующую прослойку 4 и устанавливают опалубку. По предварительной разметке в ребрах сверлят парные отверстия с определенным переменным шагом и под углом 30-45° к волокнам древесины стенки, в которые на эпоксидном клее устанавливают наклонные анкеры 3 из арматурной стали с выпусками петлевого или Н-образного очертания в толще железобетонной полки 1. Полка 1 выполняется из тяжелого или легкого бетона и армируется сетками. До набора бетоном прочности деревянные элементы поддерживают дополнительными опорами.
Тавровый деревобетонный строительный элемент работает следующим образом.
Железобетонная полка (плита) 1 и деревянная стенка (балка) 2, объединенные наклонно вклеенными связевыми элементами 3 образуют композитное тавровое сечение, воспринимающее изгибающие моменты, поперечные и продольные силы при воздействии нагрузки.
Сдвигающие усилия между полкой 1 и стенкой 2 воспринимаются наклонными связевыми элементами 3, которые работают на растяжение и обеспечивают совместную работу стенки 2 и полки 1.
Вместе с тем, вклеенные в стенку арматурные наклонные связевые элементы 3 повышают сдвиговую прочность деревянных элементов на 20% и повышают их надежность.
Гидроизолирующая прослойка 4 между соединяемыми элементами исключает возможность увлажнения ребер при бетонировании плиты.
Минимальный шаг между связевыми элементами - анкерами 3 принимается из условия работы связей на растяжение, принятое по данным испытаний 10d, где d - диаметр анкера-стержня, исключающее возможность скалывания между стержнями по длине сплачивания. Угол наклона связевых элементов к волокнам деревянного элемента при вклеивании, принимается таким, чтобы в них возникали растягивающие усилия. Для этого направление установки анкеров должно совпадать с направлением линии эпюры моментов. Связевые элементы устанавливаются под углом 30-45º к направлению волокон деревянного элемента. При таком наклоне анкеров достигается наибольшая прочность соединения с древесиной при выдергивании связей.
После отвердевания бетона, полка составного элемента воспринимает в основном сжимающие усилия, а древесина стенки - изгиб и растяжение, т.е. благодаря наклонным растянутым связям удается обеспечить совместную работу дерева и бетона с минимальным количеством связей. Композитные элементы, имеющие криволинейное очертание хорошо воспринимают продольные сжимающие усилия.
Источники информации:
1. Кулиш В.И. Клееные деревянные мосты с железобетонной плитой, - М.: Транспорт, 1979, с.41-48.
2. Стуков В.П. Мосты с балками комбинированного сечения из клееной древесины и железобетона.- Архангельск, 1997, с.32-37. (прототип)