Упругое стыковое соединение в монолитном железобетонном каркасе

Полезная модель относится к строительству и может быть использована при строительстве гражданских и промышленных зданий с монолитным железобетонным каркасом любого типа, может быть использовано в сооружениях опорных конструкций как безбалочных, так и балочных перекрытий. Технический результат полезной модели заключается в создании безбалочного или балочного перекрытия с высокими упругими свойствами вплоть до высоких, в том числе и при циклических воздействиях, уровней нагружения. Обеспечивается совместная работа бетона и армирования на основе лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов. Данное решение позволяет повысить прочность и деформативность данного узлового соединения, обеспечивая тем самым большую жесткость всего здания в целом, в том числе и при сейсмических нагрузках.

Полезная модель относится к строительству и может быть использована при строительстве гражданских и промышленных зданий с монолитным железобетонным каркасом любого типа.

Известны различные варианты конструктивных решений данных стыков, построенных на учете совместной работе бетона, стали и (или) фибры. Они обладают различными характеристиками, прочностью, трещиностойкостью. Сопротивление разрушению по наклонному сечению в них обеспечивается совместной работой бетона и арматурной стали, а также иногда фибры. Однако в момент начала трещинообразования в бетоне от действия поперечной силы, напряжения в арматуре оказываются значительно ниже ее предела прочности. Это приводит к эффекту, который условно можно назвать "точка невозврата". Смысл этого эффекта состоит в том, что если однажды трещины в бетоне образовались, то даже при дальнейшем снижении общей нагрузки и повторном нагружении бетон в работе на растяжение участвовать более не будет, и трещины до конца не закроются при отсутствии в сечении преднапряженной арматуры. Таким образом, дальнейшим циклам нагружения будет сопротивляться только одна арматура и арматурная сталь, а бетон частично потеряет защитные свойства в отношении арматурной стали. При этом проявиться такой эффект как податливость стыка, способный оказать сильное влияние на несущую способность здания при экстремальных нагрузках, например, сейсмическом воздействии. Более того, необходимо учесть, что напряжения, соответствующие "точке невозврата" находятся на уровне значительно более низком относительно предельного сопротивления стыкового соединения. Вследствие этого факта при высоких расчетных уровнях сопротивления становится бессмысленным формальный учет совместной работы бетона и арматуры, так как он будет иметь место только при первом цикле или даже

только в начале первого цикла возможного нагружения до уровня "точки невозврата". Именно поэтому строители не понимают, почему у них реально "трещат" стыки колонн и монолитных плит перекрытий при эксплуатации здания, хотя проектировщики убеждают их, что "если сделать все правильно", то согласно СНиП они трещать не должны, ссылаясь на формальный расчет, в котором упорно учитывается совместная работа бетона и арматуры на всех этапах "работы" здания. Но особенно опасны подобные "казусы" и нестыковки при сейсмическом воздействии, так как в этом случае "треск" очень быстро переходит в реальное разрушение здания.

Задача полезной модели - повышение прочности, надежности, сейсмоустойчивости и трещиностойкости стыкового соединения любого типа монолитного железобетонного каркаса при воздействии поперечной силы, а также значительное повышение уровня воспринимаемых напряжений, соответствующих нагрузке в "точке невозврата". Предлагаемые варианты конструктивных решений, изложенные в данной полезной модели позволяют повысить уровень воспринимаемых напряжений в "точке невозврата" до уровня рабочей (эксплуатационной) нагрузки, что сделает данное стыковое соединение надежным при практическом использовании.

Технический результат достигается тем, что стыковое соединение, включающее колонну, перекрытие и (или) ригель армируется наклонными и (или) поперечными и (или) продольными лентами и (или) арматурой из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов, имеющими больший модуль по сравнению с арматурной сталью. Перечисленные выше типы материалов обладают общим свойством - высоким модулем упругости (превышающим модуль упругости металлической арматуры) и прочностью. Вследствие этого предлагаемая альтернатива их использования дает одинаковый технический результат, так как в момент достижения бетоном предела прочности на растяжение или срез

данные материалы имеют значительно большее напряжение, чем металлическая арматура. Предварительное напряжение ни как не меняет данного обстоятельства. При этом угол их наклона (укладки в изделие) по отношению к горизонтальной оси может изменяться от 0° до 180°. Возможно одновременное применение лент и (или) арматуры из вышеуказанных материалов, которые в свою очередь могут иметь разные углы наклона в пределах одной конструкции или узла.

Для обеспечения надежной совместной работы лент из вышеуказанных материалов и бетона желательно скручивать данные ленты. Вместе с тем, возможно, применять и не скрученные ленты. Арматура из вышеуказанных материалов должна иметь периодический профиль и (или) анкеровку, достаточную для обеспечения надежной совместной работы с бетоном.

Поперечное армирование, выполненное из традиционной арматурной стали и металлических профилей, опорные плиты и кольца не исключаются из одновременного использования при реализации данной полезной модели. Стандартная арматурная сталь и металлические профили и листы могут при этом выполнять конструктивную задачу по обеспечению пространственной фиксации арматурного каркаса, а также использоваться совместно с опорными плитами и кольцами для совместной работы с другими конструктивными элементами при восприятии рабочей нагрузки.

В качестве прототипа принят Патент RU 2187607 С2 кл Е04В 5/43, 2000 г. Основным признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявленной полезной модели, является наличие поперечной арматуры в составе рассматриваемого узла.

Недостатками прототипа являются:

- использование металлических стержней и пластин, способных иметь существенные необратимые пластические деформации при растяжении и изгибе задолго до достижения ими своих предельных значений;

- несопоставимость предельных деформаций арматуры и бетона при растяжении, следствии чего нарушается совместная работа этих двух материалов задолго до достижения ими своих предельных значений;

- подверженность коррозии металлических частей рассматриваемого узла;

- податливость данного узла (взаимосвязь напряжений и деформаций) имеет не линейный, и, как следствие, необратимый характер при достижении напряжений, соответствующих началу нелинейного деформирования;

- Возможность существенного увеличения амплитуды колебаний сооружения с использованием данного конструктивного решения при сейсмическом воздействии вследствие достижения напряжений, соответствующих началу нелинейного деформирования данного узла, и, как следствие, снижение суммарной сейсмостойкости сооружения.

Сущность полезной модели выражается следующим признаком:

- Обеспечивается возможность совместной работы бетона и армирования, выполненного из наклонных и (или) поперечных и (или) продольных лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов.

Задачей полезной модели является:

- Обеспечивается возможность совместной работы бетона и армирования, выполненного из наклонных и (или) поперечных и (или) продольных лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов с целью повышения их упругости, прочности и снижение деформативности в широком диапазоне нагружения.

Существенным признаком полезной модели является возможность практической реализации всех выше перечисленных особенностей и

технических задач. Все выше указанные особенности определяют сущность полезной модели и отличают ее от наиболее близкого аналога.

Признаки, характеризующие полезную модель:

1. Использование для поперечного и (или) наклонного и (или) продольного армирования лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов.

2. Обеспечение возможности совместной работы бетона и армирования, выполненного из наклонных под любым углом и (или) поперечных и (или) продольных лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов с целью повышения их упругости, прочности и снижение деформативности в широком диапазоне нагружения.

3. Возможность одновременного использования традиционного армирования, металлических профилей, опорных плит и колец наряду с выше указанными материалами.

4. Предлагаемое решение стыкового соединения применимо как для безбалочного так для балочного монолитного железобетонного каркаса.

5. Поперечное и (или) наклонное армирование рекомендуется располагать в диапазоне не менее 2h (удвоенной толщины плиты или балки) от колонны.

На представленных рисунках изображены варианты конструктивных решений. На фиг.1 изображена конструкция стыка колонны и перекрытия, вид сверху; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1 применительно к двум принципиальным вариантам (наклонному и поперечному) расположения лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и

(или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов.

Стыковое соединение в монолитном, армированном каркасе содержит колонну 1, перекрытие 2, продольную верхнюю стержневую арматуру 3, продольную нижнюю стержневую арматуру 4, арматурные стержни колонны 5, поперечную и (или) наклонную (варианты исполнения) арматуру 6, выполненную из лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов и (или) в любом сочетании с традиционным металлическим армированием.

Для обеспечения надежной совместной работы бетона и лент и (или) арматуры из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов, концы данных лент и (или) арматуры анкеруют и (или) заворачивают и (или) закрепляют вокруг поперечно расположенных к ним стержней, расположенных в верхних и нижних плоскостях 3 и 4 плит и (или) балок. Для обеспечения данного соединения лент и (или) арматуры может использоваться вязальная проволока.

Армирование, в котором в качестве арматуры используется ленты и (или) арматура из композиционных и (или) композитных и (или) синтетических и (или) углеродных и (или) арамидных и (или) стеклянных и (или) угольных и (или) кевларовых и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов, представленное на фиг.2 может быть выполнено под любым углом исходя из конструктивной или технологической целесообразности. Это обстоятельство ни как не затрагивает сути представляемой идеи, так как сопряжено с удобством осуществления. На расчет данного стыкового соединения любой принятый угол, согласно общепринятым правилам, также не оказывает принципиального влияния. Точно также, основываясь на выше

сказанном, допускается применять армирование, изображенное на фиг.2 и фиг.3 как самостоятельные варианты, так и совместно.

1. Стыковое соединение в монолитном железобетонном каркасе, содержащее колонну, размещенную над ней монолитную плиту и (или) балки, отличающееся тем, что для обеспечения совместной работы бетона и армирования в качестве арматуры используются ленты и (или) арматура из композиционных, и (или) композитных, и (или) синтетических, и (или) углеродных, и (или) арамидных, и (или) стеклянных, и (или) угольных, и (или) кевларовых, и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов.

2. Стыковое соединение в монолитном железобетонном каркасе по п.1, отличающееся тем, что армирование с использованием лент и (или) арматуры из композиционных, и (или) композитных, и (или) синтетических, и (или) углеродных, и (или) арамидных, и (или) стеклянных, и (или) угольных, и (или) кевларовых, и (или) различных типов высокомолекулярных материалов или их аналогов может выполняться при любых вариантах сочетаний поперечного, и (или) наклонного под любым углом, и (или) продольного армирования, выполненного из данных материалов.