Сталебетонная балка

Изобретение относится к строительству, а именно к балкам покрытий и перекрытий зданий и сооружений, к подкрановым балкам и другим элементам, работающим преимущественно в условиях пространственного изгиба. Сталебетонная балка состоит из верхнего и нижнего поясов, стенок и опорных диафрагм, образующих замкнутый контур, заполненный бетоном. При этом стенки имеют криволинейную форму двоякой кривизны, расстояние между которыми уменьшается от верхнего пояса к нижнему. В стенках имеются отверстия и вырезы, которые расположены с переменным шагом по длине балки в соответствии с эпюрой сдвигающих напряжений. Стенки объединены предварительно напряженными стяжными шпильками. Технический результат состоит в снижении материалоемкости сталебетонной балки. 3 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Изобретение относится к строительству, а именно к балкам покрытий и перекрытий зданий и сооружений, к подкрановым балкам и другим элементам, работающим преимущественно в условиях пространственного изгиба.

Известна составная сталебетонная балка, включающая бетон замоноличивания, стальные тонкостенные профили, образующие двутавровое сечение, имеющие анкерные элементы в виде выштампованных в стенке шпилек с загибами, расположенных поочередно в обе стороны балки минимум в два ряда с уменьшающимся к опорам шагом (RU 155973, Е04С 3/293, 27.10.2015 г.).

Недостатком такого технического решения является повышенная материалоемкость балки за счет неэффективного использования бетона по сечению вследствие нерациональной формы его поперечного сечения, недостаточного сцепления бетона с поверхностью верхнего пояса балки и отсутствия замкнутого стального контура, повышающего прочность бетона вследствие объемного обжатия.

Известна также сталежелезобетонная балка, включающая стальные листы и прокатные профили или сварные профили, образующие коробчатую балку, внутри которой размещен бетон (RU 79908, Е04С 3/00, 20.01.2009 г.).

Недостатком такого конструктивного решения является повышенная материалоемкость балки за счет неэффективного использования бетона и стали по сечению, обусловленная нерациональной формой поперечного сечения бетона и недостаточным сцеплением бетона с поверхностью стальных элементов.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является многопролетная несущая балка, включающая пустотелый профиль, часть которого заполнена бетоном, снабжена поперечными диафрагмами, установленными в полости балки, на концах и у промежуточных опор, в зоне нулевых изгибающих моментов, причем концы диафрагм раздвинуты к сжатой и сближены к растянутой зонам, а в сжатых зонах между диафрагмами выше горизонтальной оси балки, в ее полости, установлены пластины, ограничивающие замкнутую полость, заполненную бетоном (SU 897993, Е04С 3/00, 15.01.1982 г.).

Недостатком такого конструктивного решения является повышенная материалоемкость балки за счет нерационального использования бетона по высоте сечения, так как ширина бетона по высоте сечения балки остается постоянной, что не соответствует эпюре нормальных сжимающих напряжений в бетоне и приводит к повышению материалоемкости, наличия внутри балки стальных диафрагм, мало влияющих на несущую способность балки и, кроме того, повышающих трудоемкость изготовления, недостаточного сцепления бетона с поверхностью стальных элементов, т.к. отсутствуют специальные элементы для повышения сцепления, что приводит к снижению эффективности совместной работы стали и бетона и к снижению устойчивости сжатых стальных элементов балки.

Задача изобретения - снижение материалоемкости сталебетонной балки.

Технический результат достигается тем, что сталебетонная балка, включающая верхний и нижний пояса, стенки и опорные диафрагмы, образующие замкнутый контур, заполненный бетоном, имеет стенки криволинейной формы двоякой кривизны, расстояние между которыми уменьшается от верхнего поясу к нижнему, в стенках имеются отверстия и вырезы, которые расположены с переменном шагом по длине балки в соответствии с эпюрой сдвигающих напряжений, при этом стенки объединены предварительно напряженными стяжными шпильками.

Сталебетонная балка может дополнительно включать стенки криволинейной формы двоякой кривизны, соответствующей эпюре нормальных напряжений в бетоне.

Сталебетонная балка может дополнительно включать увеличение количества предварительно напряженных стяжных шпилек по длине сталебетонной балки от середины пролета к опорам сталебетонной балки в соответствии с эпюрой сдвигающих сил.

Сталебетонная балка может дополнительно включать упоры, жестко соединенные с внутренними поверхностями опорных диафрагм и верхнего пояса, а количество упоров на внутренней поверхности верхнего пояса увеличивается от середины пролета к опорам сталебетонной балки в соответствии с эпюрой сдвигающих сил.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

- фиг. 1 - общий вид балки;

- фиг. 2 - схема установки упоров и предварительно напряженных стяжных шпилек;

- фиг. 3…7 - поперечные сечения балки в процессе изготовления;

- фиг. 8 - эпюра нормальных напряжений в бетоне балки;

- фиг. 9…12 - поперечные сечения 1-1, 2-2, 3-3, 4-4 на фиг. 2.

Сталебетонная балка включает опорные диафрагмы 1, снабженные упорами 2, приваренные к торцам нижнего пояса 3 и прикрепленные к нему через фиксаторы 4, например, в виде стальных стержней круглого, квадратного или уголкового профиля (фиг. 3), стенки 5 с отверстиями 6 и вырезами 7, приваренные к нижнему поясу 3 (фиг. 4), бетон 8, заполняющий пространство, образованное нижним поясом 3, опорными диафрагмами 1 и стенками 5 (фиг. 5), верхний пояс 9, снабженный упорами 2 (фиг. 6) и приваренный к верхним торцам стенок 5 после укладки бетона 8, предварительно напряженные стяжные шпильки 10, пропущенные через отверстия 6 в стенках 5, которые предварительно напряжены для придания стенкам 5 криволинейного очертания и предварительного напряжения отвердевшего бетона 8 (фиг. 7).

Расстояние между стенками 5 к верхнему поясу 9 больше, чем к нижнему 3, что обеспечивает уменьшение объема бетона 8 в нижней, растянутой части сталебетонной балки и, как следствие, снижает расход материала на сталебетонную балку в целом.

При заполнении пространства, образованного опорными диафрагмами 1, нижним поясом 3 и стенками 5 бетоном 8 предварительно напряженные стяжные шпильки 10 обеспечивают восприятие стенками 5 бокового давления от бетона 8 и, как следствие, позволяют отказаться от дополнительных элементов фиксации положения стенок 5 на этом этапе изготовления сталебетонной балки, что приводит к снижению трудоемкости изготовления, а за счет отказа от дополнительных элементов опалубки - к снижению расхода материалов.

После крепления верхнего пояса 9 к стенкам 5 осуществляется натяжение предварительно напряженных стяжных шпилек 10 для придания стенкам 5 криволинейного очертания, что позволяет полностью заполнить внутреннее пространство балки бетоном 8 и удалить через вырезы 7 его избыток.

Вырезы 7 проделаны в зоне крепления стенок 5 к верхнему поясу 9 с переменным по длине сталебетонной балки шагом, уменьшающимся от середины пролета к опорам сталебетонной балки, что позволяет увеличить уровень совместной работы бетона 8 и стали стенок 5 в приопорных частях сталебетонной балки - в зонах с наибольшими значениями сдвигающих напряжений, за счет увеличения площадей среза в зоне контакта бетона с кромками вырезов 7.

Изменение шага крепления вырезов 7 соответствует изменению сдвигающих напряжений по длине сталебетонной балки, что приводит к равнонапряженности в зонах контакта бетона с кромками вырезов 7 и, как следствие, приводит к повышению несущей способности сталебетонной балки в целом.

При натяжении предварительно напряженных стяжных шпилек 10 в бетоне 8 возникает дополнительное давление, что вызывает в стенках 5 начальные растягивающие напряжения и приводит к повышению их устойчивости при действии на сталебетонную балку эксплуатационных нагрузок и, как следствие, повышает несущую способность сталебетонной балки в целом.

Предварительно напряженные стяжные шпильки 10 обеспечивают совместную работу стенок 5, выполненных из стали, с бетоном 8. Количество предварительно напряженных стяжных шпилек 10 по длине сталебетонной балки переменно и увеличивается от середины пролета к опорам сталебетонной балки в соответствии с эпюрой поперечных сил от внешних нагрузок и соответствующих им касательных напряжений (фиг. 2), что обеспечивает эффективное использование совместной работы разномодульных материалов - стали стенок 5 и бетона 9, что, как следствие, приводит к снижению материалоемкости сталебетонной балки в целом.

Очертание стенок 5 сталебетонной балки имеет криволинейную форму двоякой кривизны (R1 и R2, фиг. 7), что соответствует форме эпюры нормальных напряжений в бетоне: 8 сжатой зоны поперечного сечения сталебетонной балки (фиг. 8), параметры очертания кривых стенок 5 R1 и R2 подбираются таким образом, чтобы обеспечить в этой зоне равнонапряженность бетона, что позволяет наиболее полно использовать его прочностные свойства и, как следствие, приводит к снижению материалоемкости конструкции в целом.

Наличие упоров 2 обеспечивает эффективную совместную работу верхнего пояса 9 и опорных диафрагм 1 с бетоном 8 при действии касательных напряжений, кроме того, упоры 2 как промежуточные опоры уменьшают расчетную длину верхнего пояса 9 и опорных диафрагм 1, что приводит к увеличению устойчивости при действии эксплуатационных нагрузок и позволяет уменьшить их толщину, а также снизить материалоемкость сталебетонной балки в целом.

Изменение количества упоров 2 на внутренней поверхности верхнего пояса 9 путем их увеличения от середины пролета к опорам сталебетонной балки в соответствии с эпюрой сдвигающих сил позволяет уменьшить количество малонапряженных упоров 2 на верхнем поясе 9 и, как следствие, снизить материалоемкость сталебетонной балки в целом.

Дополнительное натяжение предварительно напряженных стяжных шпилек 10 после отвердения бетона 8 обеспечивает его предварительное обжатие в плоскости поперечного сечения сталебетонной балки. При действии внешних нагрузок в сжатой зоне сталебетонной балки возникает объемное напряженное состояние сжатия бетона, обусловленное сжимающими нормальными напряжениями от действия эксплуатационных нагрузок и сжимающими напряжениями от предварительно напряженных стяжных шпилек 10, что увеличивает прочность бетона 8 и, как следствие, несущую способность сталебетонной балки в целом.

Несущая способность сталебетонной балки обеспечивается подбором класса бетона, марок стали, размеров поперечного сечения сталебетонной балки и ее элементов, шага упоров и предварительно напряженных стяжных шпилек, величины предварительного напряжения бетона.

1. Сталебетонная балка, состоящая из верхнего и нижнего поясов, стенок и опорных диафрагм, образующих замкнутый контур, заполненный бетоном, отличающаяся тем, что стенки имеют криволинейную форму двоякой кривизны, расстояние между которыми уменьшается от верхнего пояса к нижнему, в стенках имеются отверстия и вырезы, которые расположены с переменным шагом по длине балки в соответствии с эпюрой сдвигающих напряжений, при этом стенки объединены предварительно напряженными стяжными шпильками.

2. Сталебетонная балка по п. 1, отличающаяся тем, что криволинейная форма двоякой кривизны стенок соответствует эпюре нормальных напряжений в бетоне.

3. Сталебетонная балка по п. 1, отличающаяся тем, что количество предварительно напряженных стяжных шпилек по длине сталебетонной балки увеличивается от середины пролета к опорам балки в соответствии с эпюрой сдвигающих сил.

4. Сталебетонная балка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит упоры, жестко соединенные с внутренними поверхностями опорных диафрагм и верхнего пояса, а количество упоров на внутренней поверхности верхнего пояса увеличивается от середины пролета к опорам балки в соответствии с эпюрой сдвигающих сил.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства, а именно - к составным балкам, работающим на изгиб, используемым в качестве несущих элементов зданий. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности балки.

Группа изобретений относится к области строительства, в частности к профильным балкам для проведения бетонных работ. Технический результат заключается в исключении образования пустот при затвердевании материала заливки, обеспечении одинаковой плотности материала заливки при его затвердевании и снижении трудоемкости по установке балки.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу повышения живучести стальной фермы. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к композитной балочной конструкции. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к балке композиционной структуры с гофрированными элементами. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к профильным балкам для производства стяжек толщиной от 25 мм до 40 мм чистых полов или других конструкций зданий и сооружений, например плоских кровель, и позволяет повысить сцепляемость балок и их систем с материалом заливки.

Изобретение относится к строительству, в частности к металлическим профильным перфорированным балкам, предназначенным для устройства бетонных полов и основания. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к несущим конструкциям - фермам. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к фермам двухпоясного типа с нижней литой плитой. .

Способ изготовления строительного элемента с перфорированной стенкой относится к строительным конструкциям и может быть использован в несущих конструкциях зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения, например, в качестве балок покрытий и перекрытий, составных элементов ферм, рам, а также в качестве колонн.

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и может быть использовано в стержневых конструкциях покрытий (перекрытий) зданий и сооружений различного назначения.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу возведения зданий, сооружений из металлических конструкций. Способ возведения высокопрочных стержневых элементов из стальных холодногнутых профилей для строительства на суше и ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации включает применение стержневого элемента, состоящего из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и, или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и, или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами сварным и, или заклепочным и, или винтовым способами.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу возведения зданий, сооружений из металлических конструкций. Высокопрочный стержневой элемент из стальных холодногнутых профилей для строительства на суше и ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации состоит из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и/или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и/или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами сварным и/или заклепочным и/или винтовым способами.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу возведения зданий, сооружений из металлических конструкций. Стержневой строительный элемент для возведения зданий, сооружений на ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации состоит из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и/или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и/или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами сварным, и/или заклепочным, и/или винтовым способами, при этом стержневые и/или пластинчатые элементы могут иметь перфорацию и/или отверстия одинаковой различной геометрической формы.

Изобретение относится к области строительства, а именно к способу возведения зданий, сооружений из металлических конструкций. Способ возведения зданий, сооружений из стержневых элементов на ледяных образованиях Арктической зоны Российской Федерации включает применение стержневого элемента, состоящего из нескольких стержней одинаковых и/или различных профилей, расположенных вплотную и/или через расстояние друг от друга, которые соединены между собой и/или в плоскости одного стержня пластинчатыми элементами сварным, и/или заклепочным, и/или винтовым способами.

Изобретение относится к конструкции подвесного потолка и, в частности, к основной направляющей траверсе подвесного крепления. Подвесное крепление несущей рейки содержит металлическую рейку, имеющую множество верхних отверстий, размещенных на расстоянии друг от друга, нижнюю часть, включающую в себя нижнюю кромку, содержащую серию равномерно разнесенных по длине посадочных гнезд, выполненных с возможностью размещения в них полого колбообразного хвостовика анкера несущей рейки каркаса, проходящей перпендикулярно подвесному креплению; посадочное гнездо имеет пару продольно расположенных на расстоянии друг от друга уступов, выполненных с возможностью поддержки нижних сторон анкерного колбообразного хвостовика; посадочным гнездам придана отгибаемая полка, являющаяся несущей поверхностью для одного из уступов, причем полки отогнуты прецизионным машинным способом на угол относительно плоскости нижней части, позволяющий вставлять колбообразный хвостовик анкера несущей рейки каркаса в наклонном положении в соответствующее посадочное гнездо и предотвращающий выпадение колбообразного хвостовика из посадочного гнезда при нахождении несущей рейки в вертикальном положении.

Изобретение относится к строительству, к каркасным зданиям рамного типа. Здание комплектной поставки включает ригели (или их части) и стойки (или их части) каркаса, состоящие из универсальных типовых элементов, содержащих переменно-гофрированную стенку, либо из комплекса универсальных типовых элементов, одна часть из которых, расположенная на участках интенсивных поперечных сил и/или крутящих моментов, содержит традиционно или переменно-гофрированную стенку, а другая часть элементов, расположенных на участке с высокой интенсивностью изгибающих моментов и сравнительно малой интенсивностью поперечных сил и/или крутящих моментов, содержит плоскую стенку.

Изобретение относится к строительству, в частности узлу рессорного типа опирания Z-образных прогонов на несущие конструкции здания. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности и надежности узла опирания.

Изобретение относится к строительству, к несущим балочным конструкциям промышленных и гражданских зданий и сооружений. Балка с континуально-подкрепленной стенкой, содержит сжатый и растянутый пояса и стенку, причем плоская стенка на участках действия значительных по интенсивности поперечных сил и/или крутящих моментов усилена преимущественно поперечно установленными ребрами жесткости в виде преимущественно металлических профилей, примыкающих друг к другу с зазором, обеспечивающим выполнение надежного соединения ребер между собой и со стенкой, при этом профиль и калибр ребер могут меняться по длине стенки в соответствии с изменением интенсивности действующих усилий.

Изобретение относится к строительству, а именно к балкам покрытий и перекрытий зданий и сооружений, к подкрановым балкам и другим элементам, работающим преимущественно в условиях пространственного изгиба. Задача изобретения - снижение материалоемкости сталебетонной балки. Технический результат достигается тем, что сталебетонная балка, включающая верхний и нижний пояса, стенку и бетон, расположенный в замкнутом контуре в верхней части сечения балки, имеет замкнутый контур для расположения бетона. Замкнутый контур образован верхним поясом и стенкой, состоящей из двух листов, которые в верхней части балки изогнуты наружу в соответствии с эпюрой нормальных сжимающих напряжений в сечениях балки. Верхние кромки листов стенки разнесены в горизонтальной плоскости и образуют по длине балки две кривые, соответствующие эпюре изгибающего момента в балке. Верхние точки сопряжения листов стенки расположены на вертикальной кривой, соответствующей эпюре изгибающего момента в балке. А листы стенки объединены фиксаторами переменной длины, которые обеспечивают ей криволинейную форму по высоте и длине балки. 7 ил.
Наверх