УСИЛЕННАЯ БАЛКА ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ПРОЛЕТНОГО СТРОЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК E04C3/10 E01D22/00 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для усиления пролетных балок промышленных и гражданских зданий, а также действующих мостовых конструкций.

Известны конструктивные решения по усилению пролетных мостовых балок напрягаемыми арматурными пучками [1]. Однако такие технические решения не дают возможности выполнять усиление пролетных балок при действующей транспортной нагрузке, создаются сложности создания предварительного напряжения с последующей защитой от коррозии напрягаемых пучков арматуры и бетона.

Наиболее близкой к изобретению по совокупности признаков является усиленная балка железобетонного пролетного строения, преимущественно моста, включающая плиту с ребром и металлическую систему усиления в виде напрягаемых продольных стержней, наклонных тяг, крепежных устройств и пластин, снабженных объемлющими нижние и концевые участки стенки обоймами U-образного сечения [2].

В известном техническом решении напрягаемые стержни и наклонные тяги позволяют осуществить эффект предварительного напряжения.

Однако использование такого технического решения по усилению балочных конструкций является сложным и неэффективным по причине рассредоточенного удаления напрягаемых стержней от нижней, наиболее напряженной грани балки, что создает определенные сложности создания предварительного напряжения по высоте сечения конструкции.

Большие трудности возникают в практике реконструкции при необходимости создавать и контролировать величину натяжения в наклонных напрягаемых тягах.

Предлагаемое техническое решение крепления напрягаемой арматуры на указанные упоры усложняет процесс натяжения стержней и не представляется возможным применение известных домкратов двойного действия.

Задача изобретения - создание и повышение степени обжатия и сохранения эффекта преднапряжения в конструкции, обеспечение прямой взаимосвязи между продольной напрягаемой арматурой и наклонными тягами, варьирование жесткостью напрягаемой арматуры и степенью предварительного напряжения, а также защитой напрягаемой арматуры от коррозии, механических повреждений.

Технический результат достигается за счет комбинированного совмещения жесткой арматуры в виде полого длинномерного элемента и гибких предварительно натянутых продольных стержней, расположенных в полости, а благодаря стыковке по длине жесткого арматурного элемента появляется возможность варьирования жесткостью комбинированного армирования, при этом отсутствие ограничений совместного перемещения наклонных тяг и продольных напрягаемых стержней позволяет упростить процесс предварительного напряжения наклонных тяг и контроль величины их натяжения. Выполнение комбинации совмещения полого жесткого арматурного элемента и гибкой высокопрочной арматуры обеспечивает надежную защиту напрягаемых продольных стержней от коррозии, перепада температур, механических повреждений и т.д.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что усиленная балка железобетонного пролетного строения, преимущественно моста, включающая плиту с ребром и металлическую систему усиления в виде напрягаемых продольных стержней, наклонных тяг, крепежных устройств и пластин, отличается от прототипа тем, что система усиления балки снабжена жестким арматурным элементом, выполненным в виде прилегающих к нижней части ребра по крайней мере одной или двух труб с поперечными крепежными дисками, в полости которых расположены напрягаемые продольные стержни, закрепленные своими концами к поперечным крепежным дискам, а элементы крепления выполнены в виде анкерных устройств, попарно соосно установленных с противоположных сторон ребра в верхних приопорных его частях и соединенных с верхними, сходящимися в узел концами наклонных тяг, шарнирно связанных своими противоположными концами с наружной поверхностью жесткого арматурного элемента, начиная от краев к его срединной части, с шагом, равным 1/4 - 1/7 перекрываемого пролета, при этом наклонные тяги выполнены переменной длины, уменьшающейся к концам балки, а пластины укреплены к трубам жесткого арматурного элемента, при этом количество расположенных в трубе напрягаемых продольных стержней в срединной части балки превышает количество соответствующих стержней, расположенных в краевых частях балки, а анкерные устройства шарнирно установлены с возможностью вращения на осях, закрепленных в ребре балки.

Выполнение системы усиления балки комбинацией совмещения жесткой и гибкой арматуры позволяет повысить степень обжатия и эффект преднапряжения всей конструкции, при этом наклонные тяги, связанные концами с наружной поверхностью жесткого арматурного элемента, создают эффект обратного выгиба балки, противоположного прогибу от внешней нагрузки. Величина обратного выгиба находится в прямой зависимости от степени предварительного напряжения продольной гибкой арматуры, при этом жесткий арматурный элемент работает на сжатие, а гибкие продольные стержни и наклонные тяги - на растяжение. Величина предварительного напряжения контролируется по всей системе усиления гидравлическим домкратом двойного действия. Что характерно, жесткий арматурный элемент после фиксации натянутых продольных стержней (гибкой арматуры) и закрепления их к поперечным крепежным дискам работает по принципу домкрата двойного действия.

Благодаря жесткому арматурному элементу обеспечивается надежная защита напрягаемых продольных стержней от коррозии, перепада температур, механических повреждений, открываются возможности использования высокопрочных низкомодульных армирующих материалов типа стеклопластиковой и других видов арматуры, которые позволяют выполнять еще роль и компенсаторов, а это значит - длительно сохранять эффект преднапряжения.

На фиг. 1 изображена усиленная балка, пролетного строения, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (арматурный элемент выполнен в виде двух труб); на. фиг. 3 - то же, для арматурного элемента в виде одной трубы; на фиг. 4 - вариант выполнения арматурного элемента с одинаковой жесткостью, когда количество напрягаемых продольных стержней в трубе одинаковое; на фиг. 5 - то же, с разной жесткостью, количество напрягаемых продольных стержней в срединной части превышает количество краевых; на фиг. 6 - вариант выполнения арматурного элемента с разной жесткостью; на фиг. 7 - изображен фрагмент Б на фиг. 1, крепление наклонных тяг к анкерному устройству; на фиг. 8 - вариант крепления наклонной тяги к наружной поверхности жесткого арматурного элемента; на фиг. 9 - фрагмент крепления U-образного упора к жесткому арматурному элементу и вариант крепления наклонных тяг.

Усиленная балка пролетного строения 1 содержит жесткий арматурный элемент 2, выполненный из труб 3, состыкованных по длине при помощи поперечных крепежных дисков 4, а в полости труб 3 расположены напрягаемые продольные стержни 5, прикрепленные концами при помощи анкеров 6. К наружной поверхности жесткого арматурного элемента 2, начиная от концов к его срединной части, с шагом, равным 1/4 - 1/7 перекрываемого пролета, шарнирно присоединены наклонные тяги 7 переменной длины, верхние концы которых сходятся в узел и крепятся к анкерному устройству 8, установленному и закрепленному в отверстии 9 в концевой верхней части балки 1 попарно соосно с противоположных боковых сторон ребра. К жесткому арматурному элементу 2 с шагом, равным шагу мест крепления наклонных тяг, прикреплены пластинчатые U-образные упоры 10 с возможностью перемещения вдоль нижней грани балки 1 при помощи антифрикционных прокладок 11, укрепленных на внутренней, соприкасающейся с балкой 1 плоскости упора 10.

Сборку каркаса, усиления балки производят следующим образом. Первоначально в балке 1 на концевых участках 6 верхней части ребра под плитой высверливается сквозное отверстие 9 (расстояние от торца балки до оси сквозного отверстия принимается исходя из условий технологии высверливания и не менее половины высоты балки). Затем определяется требуемая длина жесткого арматурного элемента 2 таким образом, чтобы его середина совпадала с половиной дины балки 1 и чтобы угол наклона крайних, ближе к опоре, наклонных тяг 7 не превышал 45^o относительно продольной оси арматурного элемента 2. Жесткий арматурный элемент 2 собирают из отдельных секций 3 путем стыковки при помощи поперечных крепежных дисков 4 и высокопрочных болтов (не показаны), причем стыковку осуществляют таким образом, чтобы между поперечными крепежными дисками 4 был временный зазор не менее 50 мм, необходимый для последующего натяжения наклонных тяг 7 при помощи стяжных высокопрочных болтов. Затем к арматурному элементу 2 шарнирно присоединяют тяги 7 (фиг. 8), противоположные концы которых имеют анкера 6, пропускают продольные стержни 5 в полости труб 3, причем противоположные концы продольных стержней 5 также имеют анкера 6 на конце арматурного элемента 2. Анкера 6 на концевых участках продольных стержней 5 и наклонных тяг 7 по конструктивному решению принципиально не отличаются.

Количество продольных стержней 5 способ их размещения в арматурном элементе 2 могут быть многовариантными ( фиг. 4 и 5) и зависят от требуемой жесткости и длины перекрываемого пролетного строения, характера разрушения эксплуатируемых балок, способа их загружения внешней нагрузкой.

Свободными от анкеров 6 остаются те концы продольных стержней, на которые будут устанавливать и крепить домкрат натяжной для создания предварительного напряжения арматурного элемента 2.

После выполнения всех подготовительных технологических операций осуществляют подъем арматурного каркаса, состоящего из жесткого арматурного элемента 2, в полости которого расположены продольные стержни 5, наклонных тяг 7, U-образных упоров 10, на высоту низа пролетного строения 1. Затем в опорных местах балок 1, где высверлены сквозные отверстия 9, устанавливают анкерное устройство 8, за которое и крепят наклонные тяги 7 (фиг. 1 и 7). После осуществления "подвески" всего арматурного каркаса выполняют предварительное напряжение наклонных тяг 7 путем стягивания труб 3 болтами. Величина предварительного напряжения тяг 7 не превышает 0,2 - 0,5 контролируемого расчетного усилия натяжения. После этого приступают к установке домкрата, его закреплению со свободным концом продольных стержней 5 и последующему предварительному напряжению всей арматурной системы каркаса на требуемую расчетную величину контролируемого напряжения, а затем и анкеровке гибкой продольной арматуры 5.

Арматурный каркас усиления балки работает следующим образом.

При натяжении при помощи домкрата продольных стержней 5 гибкой арматуры домкрат работает по принципу двойного действия, в результате сжимается жесткий арматурный элемент 2, и предварительно напрягаются продольные стержни 5. При сжатии арматурного элемента 2 наклонные тяги 7 дополнительно напрягаются, и в результате образуется обратный выгиб балки 1 благодаря внутреннему изгибающему моменту, противоположному по знаку моменту от собственного веса балки 1 и внешней нагрузки.

Изобретение позволяет повысить степень обжатия и эффект предварительного напряжения благодаря комбинированному совмещению жесткой арматуры в виде полого длинномерного элемента и гибких продольных стержней, расположенных в полости. Жесткий арматурный элемент первоначально сжимается в момент предварительного напряжения /растяжения/ гибких продольных стержней, в то время как наклонные тяги стремятся его растягивать. При действии внешней нагрузки через систему наклонных тяг жесткий арматурный элемент претерпевает изменение нормальных напряжений от сжатия до растяжения, а этому препятствуют реактивные усилия в гибкой арматуре, находящейся в его полости.

Таким образом, появляются большие возможности варьирования жесткостью комбинированного армирования. Совместная взаимосвязь наклонных тяг и продольного арматурного элемента позволяет упростить процесс предварительного напряжения балки, а также наклонных тяг и контроль величины их натяжения. Надежная защита напрягаемых продольных стержней от коррозии, перепада температур, механических повреждений благодаря полому жесткому арматурному элементу позволяет использовать новые виды армирующих материалов, обладающих высокой прочностью. Так например, использование высокопрочной низкомодульной стеклопластиковой арматуры позволит получить дополнительный эффект, заключающийся в значительном уменьшении потерь предварительного напряжения, так как низкомодульность выполняет роль компенсатора релаксации.

Изобретение может быть использовано также для усиления сжатоизогнутых стержней типа опоры, колонны и т.п., а также в составных сечениях изгибаемых бимодульных конструкциях, например в деревобетонных мостовых балках.

Усиленная балка железобетонного пролетного строения относится к строительству промышленных и гражданских зданий, а также транспортных сооружений в виде мостовых конструкций. Усиление необходимо для повышения несущей способности конструкции путем создания и увеличения степени обжатия и сохранения эффекта преднапряжения. Сущность усиления состоит в конструктивной системе, содержащей продольный жесткий арматурный элемент, в полости которого размещена гибкая арматура, закрепленная своими концами к поперечным крепежным дискам жесткого арматурного элемента, на наружной поверхности которого одними концами шарнирно закреплены наклонные тяги, а другими, сходящимися в узел концами - к анкерному устройству, установленному на приопорных участках балки. При этом количество гибкой арматуры в полости жесткого арматурного элемента может отличатся в зависимости от перекрываемого пролета и характера приложения внешней нагрузки. Данная конструкция позволяет варьировать жесткостью комбинированного армирования и защитить напрягаемую арматуру от коррозии и механических повреждений. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Усиленная балка железобетонного пролетного строения, преимущественно моста, включающая плиту с ребром и металлическую систему усиления в виде напрягаемых продольных стержней, наклонных тяг, крепежных устройств и пластин, отличающаяся тем, что металлическая система усиления балки снабжена жесткими арматурными элементами, выполненными в виде прилегающих к нижней части ребра по крайней мере одной или двух труб с поперечными крепежными дисками, в полости которых расположены напрягаемые продольные стержни, закрепленные своими концами к поперечным крепежным дискам, а элементы крепления выполнены в виде анкетных устройств, попарно соосно установленных с противоположных сторон ребра в верхних приопорных его частях и соединенных с верхними, сходящимися в узел, концами наклонных тяг, шарнирно связанных своими противоположными концами с наружной поверхностью жесткого арматурного элемента, начиная от краев к его средней части с шагом, равным 1/4 - 1/7 перекрываемого пролета, при этом наклонные тяги выполнены переменной длины, уменьшающейся к концам балки, а пластины закреплены к трубам жесткого арматурного элемента. 2. Балка по п.1, отличающаяся тем, что количество расположенных в трубе напрягаемых продольных стержней в срединной части балки превышает количество соответствующих стержней, расположенных в краевых частях балки. 3. Балка по п. 1, отличающаяся тем, что анкерные устройства шарнирно установлены с возможностью вращения на осях, закрепленных в ребре балки.