ПРЕДНАПРЯЖЕННАЯ ПАНЕЛЬ ПОКРЫТИЯ Российский патент 1998 года по МПК E04B7/00 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для большепролетных покрытий зданий и сооружений, а также для несущих элементов транспортерных галерей, переходов и других аналогичных объектов.

Известны конструкции ферм и вантовых конструкций не с одним, а с несколькими поясами. Однако эти системы - фермы из металла, а не сталежелезобетонные, плоские, а не пространственные (как в предложенном изобретении), имеющие другую конструкцию [1].

Известна конструкция железобетонных балок, в которых наряду с арматурой прямолинейного типа использовались криволинейные стержни, ориентированные по направлениям, близким к главным напряжениям. Однако эти конструкции не сталежелезобетонные, а из мономатериала - железобетона, так как стержни располагаются внутри массива бетона, причем опять-таки это плоские, а не пространственные конструкции [2].

Конструкции с предлагаемыми криволинейными поясами с подвесками (стойками) наряду с прямолинейными поясами для сталежелезобетонных пространственных панелей (ферм) в литературе не известны.

Наиболее близкой к предлагаемой (прототипом) является панель покрытия, представляющая собой облегченную тонкую железобетонную плиту, выполняющую роль верхнего пояса, к которой присоединены металлические подкрепляющие элементы в виде пространственно ориентированный шпренгелей, состоящих из стержней решетки и нижнего пояса [3].

Недостатками этой конструкции являются большие трудоемкость и расход материала.

Целью изобретения является повышение эффективности работы конструкции за счет повышения несущей способности и жесткости, снижения металлоемкости и стоимости.

Цель достигается тем, что предназначенная панель покрытия, представляющая собой облегченную тонкую железобетонную плиту, выполняющую роль верхнего пояса, к которой присоединены металлические подкрепляющие элементы в виде пространственно ориентированных шпренгелей, состоящих из стержней решетки, нижнего пояса, она снабжена дополнительно криволинейным поясом из пучков высокопрочной арматурной стали или тросов, с подвесками или стойками, присоединенными к узлам нижнего пояса, снабженным натяжным устройством, а его концы закреплены в торцевых элементах железобетонной плиты, причем узлы соединения с железобетонной плитой содержат металлические пластины, ориентированные в пространстве по трем направлениям, и дополнительную пластину, ориентированную по направлению сои раскоса и жестко присоединенную к другим пластинам.

Преднапряженная панель покрытия может быть выполнена сборной из нескольких тонких ребристых плит, жестко соединенных в узлах металлическими накладками, приваренными к металлическим узловым элементам, швы между плитами замоноличены.

Отличительная суть изобретения состоит в следующем: величина натяжения введенного пояса оптимизируется исходя из условий;
а) достаточного (эффективного) обжатия железобетонной части, учитывая технологию изготовления (сборки) панели и порядок ее многоступенчатого нагружения постоянными и временными нагрузками; отсюда возникает целесообразность напрягать пояс соответственно также многоступенчато (а не одноразово);
б) рационального выбора соотношений жесткости (поперечных сечений) дополнительного пояса по отношению к имеющемуся металлическому поясу; опыт проектирования и анализа определил, что эффективным является соотношение, при котором усилия в дополнительном поясе в 3 - 4 раза больше, чем в основном (прямолинейном).

Предлагаемое изобретение позволяет в отличие от прототипа получить следующий эффект:
а) догрузить железобетонную часть сжимающими усилиями, улучшая условия ее работы (снижается растяжение от местного поперечного изгиба), и использовать в большей мере резервы ее несущей способности;
б) разгрузить металлическую часть, создавая в узлах нижнего пояса составляющие усилий, противоположные направлению внешней нагрузки;
в) снизить расход металла, в том числе за счет разгрузки нижнего пояса и ряда раскосов и использования высокопрочной арматурной стали (или тросов) для наиболее напряженной части, которой является введенный дополнительный пояс с подвесками (стойками);
г) повысить жесткость панели за счет разгружающего преднапражения. В итоге за счет оптимизации величины преднапряжения, его многоступенчатости, выбора рациональной формы дополнительного пояса и его материала преодолеваются недостатки прототипа (т. е. используются его резервы), сокращается металлоемкость, повышается жесткость панели, конструкция может воспринимать большие нагрузки. Пролет конструкций предлагаемого типа может быть увеличен в два и более раза.

Например разработан проект панели с пролетом 48 м.

На фиг. 1 представлена преднапряженная панель покрытия; на фиг.2 - то же, вид в аксонометрии; на фиг. 3 - узел соединения стержней в двух вариантах.

Преднапряженная панель покрытия состоит из панели покрытия, представляющей собой облегченную тонкую железобетонную плиту 1, выполняющую роль верхнего пояса, к которой присоединены металлические подкрепляющие элементы в виде пространственно ориентированных шпренгелей, состоящих из стержней решетки 2, нижнего пояса 3.

Узел соединения с железобетонной плитой 4 содержит не менее трех металлических пластин 5, ориентированных в пространстве по трем направлениям, при котором на бетон верхнего пояса передаются только сжимающие усилия. Панель снабжена дополнительным криволинейным поясом 6, выполненным из пусков высокопрочной арматурной стали или тросов с подвесками (стойками) 7, присоединенными к узлам нижнего пояса 3. Дополнительный криволинейный пояс 6 снабжен натяжным устройством 8 на бетон плиты, а его концы закреплены в торцевых элементах железобетонной плиты 1 в четырех углах или веерообразно по длине торцевых элементов. Узел соединения с железобетонной плитой снабжен дополнительной пластиной 9, ориентированной по направлению оси раскоса и приваренной к предыдущим.

Натяжение дополнительного криволинейного пояса 6 на панель осуществляется с помощью натяжного устройства 8.

Преднапряженная панель покрытия может выполняться сборной из нескольких тонких ребристых плит, жестко соединенных в узлах металлическими накладками 10, приваренными к металлическим узловым элементам, швы между плитами замоноличены (см. фиг. 2).

Предлагаемая конструкция работает следующим образом.

Сначала собирается в сборном варианте или изготавливается в монолитном варианте сталежелезобетонная панель без дополнительного криволинейного пояса 6 (или с разомкнутым этим поясом 6), которая загружается собственным весом панели.

Устанавливается и натягивается на бетонную часть панели 1 дополнительный криволинейный пояс 6 с подвесками 7 (стойками) на величину, при которой будет максимально разгружен нижний пояс 3 (при этом в нем можно создать и допустимые сжимающие усилия).

Панель догружается постоянной нагрузкой (утеплитель, кровля и др.) и производится следующая ступень натяжения дополнительного пояса на бетонную часть панели 1 до соответствующей разгрузки нижнего пояса.

Преднапряженная таким образом панель монтируется как покрытие здания и нагружается временными нагрузками.

Картина рационального распределения усилий в оптимизированной конструкции панели:
наибольшие усилия в металлической части - в дополнительном поясе в 3 - 4 раза больше, чем в другом поясе;
по длине дополнительного пояса усилия практически постоянны, при этом в узлах нижнего пояса возникают разгружающие усилия, направленные вверх;
усилия в раскосах невелики; в верхнем поясе (плите) преобладают усилия сжатия,
Одним из вариантов осуществления преднапряженной панели покрытия может быть такой, при котором жесткость нижнего прямолинейного пояса 3 может быть осуществлена минимальной, так как в идеале она может отсутствовать.

Предложенная преднапряженная панель покрытия позволяет повысить эффективность работы конструкции за счет снижения металлоемкости, повышения жесткости и несущей способности, увеличения перекрываемого пролета, снижения стоимости.

Преднапряженная панель покрытия относится к строительству и предназначена для большепролетных зданий и сооружений, а также для несущих элементов транспортных галерей, переходов и других аналогичных объектов. Преднапряженная панель покрытия, представляет собой облегченную тонкую железобетонную плиту, выполняющую роль верхнего пояса, к которой присоединены металлические подкрепляющие элементы в виде пространственно ориентированных шпренгелей, состоящих из стержней решетки, нижнего пояса. Она снабжена дополнительно криволинейным поясом из пучков высокопрочной арматурной стали или тросов с подвесками или стойками, присоединенными к узлам нижнего пояса, снабженным натяжным устройством. Концы криволинейного пояса закреплены в торцевых элементах железобетонной плиты. Узлы соединения с железобетонной плитой содержат металлические пластины, ориентированные в пространстве по трем направлениям, и дополнительную пластину, ориентированную по направлению оси раскоса и жестко присоединенную к другим пластинам. Преднапряженная панель покрытия выполнена сборной из нескольких тонких ребристых плит, жестко соединенных в узлах металлическими накладками, приваренными к металлическим узловым элементам. Швы между плитами замоноличены. Технический результат - повышение эффективности работы конструкции за счет повышения несущей способности и жесткости и снижения металлоемкости и стоимости. 1 з.п. ф., 3 ил.

1. Преднапряженная панель покрытия, представляющая собой облегченную тонкую железобетонную плиту, выполняющую роль верхнего пояса, к которой присоединены металлические подкрепляющие элементы в виде пространственно ориентированных шпренгелей, состоящих из стержней решетки, нижнего пояса, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительно криволинейным поясом из пучков высокопрочной арматурной стали или тросов с подвесками или стойками, присоединенными к узлам нижнего пояса, снабженным натяжным устройством, а его концы закреплены в торцевых элементах железобетонной плиты, причем узлы соединения с железобетонной плитой содержат металлические пластины, ориентированные в пространстве по трем направлениям, и дополнительную пластину, ориентированную по направлению оси раскоса и жестко присоединенную к другим пластинам. 2. Панель покрытия по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена сборной из нескольких тонких ребристых плит, жестко соединенных в узлах металлическими накладками, приваренными к металлическим узловым элементам, швы между плитами замоноличены.