АРМАТУРНЫЙ КАРКАС СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 1999 года по МПК E04C3/32 

Изобретение относится к строительству, в частности к сжатым железобетонным конструкциям.

Известно армирование, выполняемое из жесткой или комбинированной (жесткой и гибкой) арматуры, применяемое для сильно нагруженных сжатых железобетонных конструкций /1/.

Основным недостатком данного армирования является сопутствующий ему большой расход стального профильного проката, используемого в качестве жесткой арматуры.

Известно армирование, выполняемое в виде спиральной арматуры, колец или поперечных сеток, которые по отношению к сжатому бетонному ядру, заключенному внутри них, являются обоймами и препятствуют его поперечному расширению и тем самым повышают прочность железобетонной конструкции на сжатие /2/. Однако такое армирование наиболее эффективно в случае предварительного напряжения косвенной арматуры благодаря тому, что при этом заранее создается силовой контакт косвенной арматуры с бетоном, что способствует проявлению эффекта обоймы при меньших значениях сжимающих нагрузок, однако это сопряжено с дополнительными затратами на создание предварительного напряжения косвенной арматуры.

Известен наиболее близкий по совокупности признаков арматурный каркас строительной конструкции, включающий прямолинейные арматурные элементы, соединенные с поперечными не только по их концам, но и в промежуточных точках /3/.

Недостатком данного арматурного каркаса является то, что прямолинейные продольные арматурные элементы при осевом сжатии могут потерять устойчивость. Для предотвращения этого и устанавливается поперечная арматура.

Повышение несущей способности сжатых строительных конструкций с подобным армированием, достигаемое путем увеличения площадей поперечного сечения самой конструкции и продольной арматуры или применением более высоких классов арматуры и бетона, приводит к росту материалоемкости и к удорожанию сжатых строительных конструкций.

Задачей изобретения является повышение несущей способности сжатой строительной конструкции без увеличения металлоемкости арматурного каркаса.

Эта задача достигается тем, что в арматурном каркасе, включающем соединенные между собой своими концами продольные и поперечные арматурные элементы, отличием от прототипа является то, что расположенные между поперечными продольные арматурные элементы выполнены изогнутыми по дуге и расположены попарно относительно оси симметрии, параллельной направлению приложения усилия сжатия к строительной конструкции, при этом в каждой паре продольные арматурные элементы выпуклостями направлены навстречу друг к другу.

Благодаря выполнению продольных арматурных элементов изогнутыми по дуге, например по квадратной параболе, с выпуклостью, направленной к оси симметрии, они приобретают свойство воспринимать кроме осевых также и боковые усилия, возникающие при поперечном расширении бетона, которое происходит при осевом сжатии строительной конструкции.

В процессе нагружения строительной конструкции осевой сжимающей нагрузкой изогнутые арматурные элементы сжимаются и стремятся еще больше искривиться внутрь строительной конструкции и тем самым вызывают активное боковое обжатие бетонного ядра, заключенного между ними.

Известно, что действие осевой сжимающей нагрузки на призматический образец из хрупкого материала, например из бетона, сопровождается его продольным укорочением и расширением в поперечном направлении. Последнее с учетом весьма малой предельной растяжимости бетона и является одной из причин разрушения подобных образцов /4/. Поэтому боковое обжатие, препятствующее поперечному расширению бетона в рассматриваемой строительной конструкции, приводит к повышению ее несущей способности на сжатие.

На фиг. 1 показана схема армирования строительной конструкции с помощью предлагаемого арматурного каркаса; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - фрагмент арматурного каркаса фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - фрагмент арматурного каркаса для плоской строительной конструкции.

Арматурный каркас строительной конструкции (фиг. 3) состоит из продольных арматурных элементов 1, соединенных своими концами с поперечными арматурными элементами 2. Продольные арматурные элементы 1 выполнены изогнутыми по дуге и попарно расположены по периметру строительной конструкции 3 относительно оси симметрии 4, параллельной направлению приложения усилия сжатия F. Выпуклости изогнутых по дуге продольных арматурных элементов 1 направлены в каждой паре навстречу друг к другу, т.е. к оси симметрии 4. Например, продольные элементы в паре N- K выпуклостями направлены навстречу друг к другу и соответственно к оси симметрии 4.

В случае исполнения арматурного каркаса для плоской строительной конструкции (фиг. 5) продольные арматурные элементы 1, соединенные своими концами с поперечными элементами 2, также выполнены изогнутыми по дуге и попарно расположены относительно осей симметрии 4 каждой пары продольных арматурных элементов, параллельных направлению приложения усилия сжатия F к строительной конструкции. В совокупности все оси симметрии 4 располагаются в одной плоскости.

Концы рядом расположенных с равным шагом пар изогнутых по дуге продольных арматурных элементов вдоль плоской строительной конструкции соединены друг с другом с помощью арматурных элементов 6.

Работает арматурный каркас следующим образом.

При воздействии на строительную конструкцию 3 усилий сжатия F продольные арматурные элементы 1 благодаря их изогнутости по дуге сдерживают деформации поперечного расширения бетонного ядра, возникающие при осевом сжатии строительной конструкции 3. Одновременно с этим в процессе нагружения строительной конструкции 3 сжимающей нагрузкой изогнутые продольные арматурные элементы 1 сжимаются и стремятся еще больше искривиться внутрь строительной конструкции 3, т.е. к оси симметрии 4, и тем самым вызывают боковое обжатие бетонного ядра 5, направленное к оси симметрии 4.

Наибольший эффект обжатия достигается при равномерном расположении продольных элементов 1, попарно расположенных относительно оси симметрии 4, параллельной направлению усилия сжатия F.

Опорные реакции искривленных продольных сжатых арматурных элементов 1 воспринимаются поперечными арматурными элементами 2, работающими на растяжение.

В своей совокупности изогнутые продольные и поперечные арматурные элементы образуют активную, саморегулирующуюся обойму, что способствует более эффективному сдерживанию поперечных деформаций бетонного ядра.

В случае строительной конструкции (фиг. 1) благодаря равномерному расположению по периметру изогнутых по дуге продольных арматурных элементов бетонное ядро 5, заключенное между ними, находится в условиях трехосного сжатия, т. е. в условиях объемного напряженного состояния. При этом прочность бетонного ядра на осевое сжатие значительно возрастает по сравнению с одноосным сжатием благодаря тому, что изогнутые по дуге продольные арматурные элементы обладают свойством сдерживать поперечные деформации бетонного ядра, возникающие при осевом сжатии строительной конструкции.

В случае сжатия плоской строительной конструкции бетон находится в условиях двухосного сжатия вследствие того, что поперечные деформации бетона сдерживаются изогнутыми по дуге продольными арматурными элементами, расположенными равномерно вдоль двух боковых поверхностей строительной конструкции.

При двухосном сжатии несущая способность строительной конструкции также повышается по сравнению с одноосным, хотя и в меньшей степени, чем при трехосном сжатии.

Армирование сжатых строительных конструкций арматурным каркасом, включающим изогнутые по дуге продольные арматурные элементы и создающим условия двухосного или трехосного сжатия, приводит к экономии материалов, расходуемых на арматурные элементы благодаря тому, что за счет изогнутости по дуге продольные арматурные элементы одновременно выполняют функции как продольного, так и косвенного армирования.

Источники информации:
1. К.В. Сахновский. Железобетонные конструкции. М., Госстройиздат, 1961, стр. 194-195, рис. VI.7, рис. VI. 8.

2. А. П. Кудзис. Железобетонные и каменные конструкции. Часть 1. М., Высшая школа, 1988, стр. 197-198, рис. 9.3.

3. В. Н. Байков, Э. И.Сигалов и др. Железобетонные конструкции. Общий курс. М., Стройиздат, 1985, стр. 53-54, рис. 1.20 б.

4. О.Я. Берг. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М., Госстройиздат, 1962, стр. 72, стр. 78.

Арматурный каркас относится к строительству, в частности к сжатым железобетонным конструкциям. Технический результат - повышение несущей способности сжатой строительной конструкции без увеличения металлоемкости арматурного каркаса благодаря совмещению функций продольного и косвенного армирования в изогнутых по дуге продольных арматурных элементах. Арматурный каркас строительной конструкции состоит из продольных арматурных элементов, соединенных своими концами с поперечными арматурными элементами. Продольные арматурные элементы выполнены изогнутыми по дуге и попарно расположены по периметру строительной конструкции относительно оси симметрии, параллельной направлению приложения усилия сжатия F. Выпуклости изогнутых по дуге продольных арматурных элементов направлены в каждой паре навстречу друг к другу, т.е. к оси симметрии. 5 ил.

Арматурный каркас строительной конструкции, включающий соединенные между собой своими концами продольные и поперечные арматурные элементы, отличающийся тем, что продольные арматурные элементы, размещенные между поперечными, выполнены изогнутыми по дуге и расположены попарно относительно оси симметрии, параллельной направлению приложения усилия сжатия к строительной конструкции, при этом в каждой паре продольные арматурные элементы выпуклостями направлены навстречу друг к другу.