СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ТИПА БАЛКИ
BEAM-TYPE STRUCTURAL UNIT

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным конструкциям типа балки.
Известна железобетонная балка, включающая корпус с параллельными верхним и нижним поясами, продольную и поперечную арматуру (SU 1548309 А1, опубл. 07.03.1990).
Известен арматурный каркас железобетонной балки, включающий параллельно расположенную продольную арматуру верхнего и нижнего поясов, поперечную арматуру и опорные пластины с анкерными стержнями. Продольная верхняя и нижняя арматура выполнены параллельными между собой. (SU 1783091 А1, опубл. 23.12.1992).
К недостаткам известных конструкций относятся неполная корреляция конфигурации поперечного сечения с расчетными сочетаниями постоянных и переменных динамических нагрузок, характером и распределением усилий по длине пролета, что вызывает недоиспользование несущей способности конструкции на отдельных участках ее длины, а следовательно, создает неоправданный перерасход материалов при уменьшенной несущей способности балки. Кроме того, балка с постоянным поперечным сечением в пролете при использовании в проезжей части мостов, эстакад, путепроводов имеет недостаточно высокий диапазон частот собственных колебаний до опасного уровня, связанного с вхождением в резонанс и риском возможного преждевременного разрушения балки при ритмичных динамических нагрузках.
Задачей изобретения является разработка строительной конструкции типа балки с повышенной несущей способностью на восприятие различных сочетаний постоянных и переменных динамических нагрузок и с расширенным диапазоном собственных колебаний без вхождения в резонанс на расчетные сочетания указанных нагрузок при снижении расхода материалов и повышении долговечности конструкции.
Поставленная задача решается тем, что строительная конструкция типа балки согласно изобретению имеет корпус с продольной осью, включающий стенку, верхний и нижний пояса, опорные участки и пролет длиной L с переменной конфигурацией поперечного сечения по длине и с возрастанием высоты сечения, по меньшей мере, на большей части указанной длины конструкции, при этом нижний пояс выполнен выпукло криволинейным в условной вертикальной продольной плоскости симметрии конструкции с выпуклостью, обращенной вниз, и имеющем кривизну, описанную радиусом R с центром, расположенным над верхним поясом конструкции на расстоянии, превышающем длину пролета и удовлетворяющем условию R/L=(5÷15).
При этом строительная конструкция может быть выполнена из композитного материала типа железобетона с силовым армированием, включающим стержневую рабочую арматуру.
пк.
Опорные и примыкающие к ним приконцевые части конструкции общей длиной L каждый могут быть выполнены удовлетворяющими условию
пк.
L<1/10L
и могут быть усилены дополнительным распределительным армированием в виде пространственных каркасов, плоских сеток и/или снабжены дисперсным армированием с процентным отношением не менее 0,02 от массы композитного материала.
Балка может быть выполнена однопролетной с шарнирным опиранием по концам пролета.
Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, заключается в разработке строительной конструкции типа балки, наделенной повышенной несущей способностью и расширенным диапазоном собственных колебаний без вхождения в резонанс на расчетные сочетания указанных нагрузок при снижении расхода материалов и повышении долговечности конструкции. Указанный положительный эффект достигнут за счет того, что нижний пояс балки выполнен криволинейным в вертикальной продольной плоскости конструкции с обращенной вниз выпуклостью и радиусом R кривизны с центром, расположенным над верхним поясом конструкции на расстоянии, превышающем длину пролета и удовлетворяющем заявленному условию.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена строительная конструкция типа балки, вид сбоку.
Строительная конструкция типа балки имеет корпус 1 с продольной осью. Корпус 1 включает стенку 2, верхний и нижний пояса 3 и 4 соответственно, опорные участки 5 и пролет 6. Пролет 6 выполнен длиной L с переменной конфигурацией поперечного сечения по длине и с возрастанием высоты сечения по длине балки. Нижний пояс 4 выполнен выпукло криволинейным в условной вертикальной продольной плоскости симметрии конструкции с выпуклостью, обращенной вниз, и имеющем кривизну, описанную радиусом R окружности с центром, расположенным над верхним поясом 3 конструкции на расстоянии, превышающем длину пролета 6 и удовлетворяющем условию R/L=(5÷15).
пк.
пк.
Строительная конструкция выполнена из композитного материала типа железобетона с силовым армированием, включающим стержневую рабочую арматуру (на чертеже не показано). Опорные участки 5 и примыкающие к ним приконцевые части 7 конструкции общей длиной L каждый выполнены удовлетворяющими условию L<1/10L и усилены дополнительным распределительным армированием в виде пространственных каркасов, плоских сеток и/или снабжены дисперсным армированием с процентным отношением не менее 0,02 от массы композитного материала.
Балка выполнена однопролетной с шарнирным опиранием по концам пролета 6. По меньшей мере, на одной опоре выполнен шарнир 8 вращения, а на другой - шарнир 9 скольжения.
Пример реализации балки.
Балка выполнена из железобетона пролетом L=12 м радиусом кривизны нижнего пояса 4 R=60 м, отношение R/L=5. Поперечное сечение в опорной части конструкции принято 0,3×0,3 м. Поперечное сечение в пролете принято переменным. Нижний пояс очерчен радиусом R=180 м (R/L=15). Максимальная высота балки в пролете равна h=0,4 м для сечения 0,3×0,3 м при распределенной нагрузке q=0,4 т/пм.
Максимальные расчетные напряжения в пролете составляют:
1. В балке с приопорным сечением (0,3×0,3) м и радиусах кривизны нижнего пояса балки:
а) R=60 м при нагрузке q=0,4 т/м
G=162 кг/см<sup>2</sup>;
б) R=180 м при нагрузке q=0,4 т/м
G=90 кг/см<sup>2</sup>;
2. В балке с приопорным сечением (0,4×0,3) м R=60 м:
при нагрузке q=0,4 т/м
G=40 кг/см<sup>2</sup>;
при нагрузке q=0,72 т/м
G=162 кг/см<sup>2</sup>;
3. В балке с приопорным сечением (0,6×0,3) м
при нагрузке q=2,88 т/м
G=160 кг/см<sup>2</sup>.
Резюме:
1. На балках R/L=12 сечением (0,3×0,3) м при переменном сечении в пролете:
R=180 м нагрузку можно увеличить до 2 раз;
R=60 м нагрузку можно увеличить до 7 раз.
2. Резонансные частоты для всех видов динамических нагрузок проявляться не будут.
3. Экономия материалов вследствие приведения пролетной конфигурации балки в корреляционное соответствие с нагрузками и напряжениями в балке составляет ~ (12÷20)%.
Указанное переменное сечение высоты балки снижает общий расход материала и диапазон резонансных частот собственных колебаний, которые будут выходить за пределы реально возможного возникновения резонансных частот колебаний, что предотвращает возможность разрушения балки от резонансных колебаний для реально возможных сочетаний динамических и статических нагрузок на балку в реальных сооружениях с ездой поверху.