КОСВЕННАЯ АРМАТУРА Российский патент 2000 года по МПК E04C3/34 

Изобретение относится к строительству, в частности к бетонным и железобетонным конструкциям типа колонн.

Известно устройство бетонных сжатых элементов типа колонн, содержащее наружную металлическую оболочку (см. Росоновский В.А. и др. Исследование труб, заполненных бетоном, "Железобетонное строительство" N 11, 1952, с. 22).

Недостатком данного устройства является слабое сцепление металла оболочки с бетонным ядром, что приводит к их раздельной работе, ржавление металлической оболочки, а также сложность работы по укладке к уплотнению бетона.

Наиболее близким аналогом является косвенная арматура бетонных и железобетонных сжатых элементов типа колонн, содержащая замкнутую наружную оболочку в виде нескольких отдельных секций, имеющих радиальные отверстия (см. пат. США N 5012622, 1991). Недостаток известного устройства - коррозия металлической оболочки, несовместная деформация ползучести (с течением времени деформации бетона нарастают, у металла они отсутствуют), что приводит к снижению прочности конструкций и образованию трещин в бетоне.

Задачей данного изобретения является повышение прочности конструкции.

Поставленная задача решается тем, что косвенная арматура бетонных и железобетонных сжатых элементов типа колонн содержит замкнутую наружную оболочку в виде нескольких отдельных секций, имеющих радиальные отверстия, каждая секция выполнена из пластмассы, причем толщину стенки оболочки определяют по формуле

а диаметр отверстий - по формуле

где R_b - призменная прочность бетона,
R_к - прочность пластмассы,
E_к - модуль упругость пластмассы,
E_b - модуль упругости бетона,
D - диаметр поперечного сечения бетонного элемента с косвенной арматурой,
t - толщина стенки оболочки.

Наименьшая высота оболочек равна трем диаметрам отверстий при одном ряде этих отверстий. При числе рядов отверстий в оболочке по высоте элемента более одного отверстия располагают в шахматном порядке. Число отверстий в одном ряду принимают не менее двух по одной грани прямоугольного сечения элемента и не менее шести по окружности круглых и овальных поперечных сечений элемента. Расстояние между оболочками равно одному или двум наименьшим размерам поперечного сечения элемента.

На фиг. 1 изображена косвенная арматура, общий вид, где 1 - пластмассовые оболочки; 2 - радиальные отверстия. На фиг. 2 - оболочка, заполненная бетоном; на фиг. 3 - бетонный шип в отверстии оболочки; на фиг. 4 - распределение давлений по поверхности бетонного шипа.

Замкнутые пластмассовые оболочки закрепляют на опалубке по мере бетонирования элемента и наращивания опалубки. Оболочки изготавливают из пластмассы, например полистирола, некоррозирующего и безвредного для людей, причем прочность пластмассовой оболочки на растяжение и сжатие больше, чем прочность на сжатие у бетона, а мера ползучести пластмасс меньше, чем у бетона. Профиль контура оболочек должен совпадать с профилем контура поперечного сечения бетонного элемента, и наружные размеры оболочек должны равняться наружным размерам бетонного элемента.

Для определения толщины стенки оболочки (см. фиг. 2) исходим из условия, что прочность оболочки при сжатии больше или равна прочности бетона на сжатие, а прочность пластмассы на растяжение равна прочности ее сжатия
Δl_к= Δl_b,
где Δl_к перемещение пластмассовой оболочки,
Δl_b - перемещение бетона (деформация).

где N - сжимающая сила, действующая на элемент;
N_k - составляющая сжимающей силы, действующая на оболочку;
N_b - составляющая сжимающей силы, действующая на бетон;
l - высота оболочки;
E_k - модуль упругости пластмассы;
E_b - модуль упругости бетона;
A_k - площадь поперечного сечения оболочки;
A_k - площадь поперечного сечения элемента.

Отсюда найдем

где A_b ^h - площадь поперечного сечения бетона

отсюда

Если принять A_к= π•D•t, где
D- диаметр поперечного сечения элемента;
t - толщина стенки оболочки
Тогда
При N=R_b • A_b
Так как то формулу для определения толщины стенки оболочки можно записать в следующем виде

Для сцепления оболочки с бетоном элемента в стенке оболочки имеются радиальные отверстия. Диаметр отверстия определяется по формуле:

где R_b - призменная прочность бетона;
t - толщина стенки оболочки.

Формула выведена из условия равнопрочности бетонного шипа на срез и на сжатие в отверстие оболочки (см. фиг. 3).

Прочность на срез
где R_ср.b = 2P_bt (см. Байков В.И., Сигналов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. - М.: Стройиздат, 1991. - с. 17); (см. Байков В. И. , Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. - М.: Стройиздат, 1991. с.17).

Тогда


Прочность бетонного шипа на сжатие с учетом параболического распределения по диаметру шипа и равномерного распределения напряжения по длине шипа (см. фиг. 4):

Из (1) и (2) получим

отсюда

Итак,
Для обеспечения более равномерной передачи нагрузки и обеспечения центрального сжатия оболочки (косвенной арматуры) отверстия располагают на одинаковом расстоянии друг от друга. С целью уменьшения ослабления косвенной арматуры отверстиями число их должно быть по периметру наименьшим. Для обеспечения того и другого требований число отверстий в одном ряду должно быть не менее двух по одной грани прямоугольного сечения элемента и не менее шести по окружности круглых и овальных поперечных сечений элемента.

Наименьшая высота оболочек равна трем диаметрам радиальных отверстий при одном ряде этих отверстий. При числе рядов отверстий в оболочке по высоте элемента более одного отверстия располагают в шахматном порядке с целью уменьшения ослабления оболочки в одном их сечении.

Расстояние между оболочками принимают равным 1 - наименьшему размеру поперечного сечения элемента - приводит к увеличению расхода пластмассы, повышению трудоемкости изготовления элементов и неполному использованию несущей способности оболочек. Расстояние между оболочками более двух наименьших размеров сечения элемента приведет к образованию участков по длине элемента, лишенных упрочняющего влияния от оболочек на основании принципа Сен-Венана (см. Тимошенко С.С., Гудьер Дли. Теория упругости. Перевод с английского. - М.: Наука, 1975. - с.576, с.57).

Изобретение относится к строительству, в частности к бетонным и железобетонным конструкциям типа колонн. Технический результат - повышение прочности конструкции. Косвенная арматура состоит из нескольких отдельных замкнутых оболочек, закрепляемых на опалубке по мере бетонирования элемента и наращивания опалубки. Оболочки изготавливают из пластмассы, например полистирола. Профиль контура оболочек совпадает с профилем контура поперечного сечения железобетонного элемента. Наружные размеры оболочек равны наружным размерам железобетонного или бетонного элемента. Для сцепления оболочки с бетоном элемента в стенке оболочки имеются радиальные отверстия. Толщину стенки оболочки определяют по формуле t≥ R_b • Е_к - R_кE_b/R_к(E_к - E_b) • D/4, а диаметр отверстий - по формуле
,
где R_b - призменная прочность бетона, R_к - прочность пластмассы, Е_к - модуль упругости пластмассы, Е_b - модуль упругости бетона, D - диаметр поперечного сечения бетонного элемента с косвенной арматурой; t - толщина стенки оболочки. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Косвенная арматура бетонных и железобетонных сжатых элементов типа колонн, содержащая замкнутую наружную оболочку в виде нескольких отдельных секций, имеющих радиальные отверстия, отличающаяся тем, что каждая секция выполнена из пластмассы, причем толщину стенки оболочки определяют по формуле

а диаметр отверстий - по формуле

где R_b - призменная прочность бетона;
R_к - прочность пластмассы;
E_к - модуль упругости пластмассы;
E_b - модуль упругости бетона;
D - диаметр поперечного сечения бетонного элемента с косвенной арматурой,
t - толщина стенки оболочки. 2. Косвенная арматура по п.1, отличающаяся тем, что наименьшая высота оболочек равна трем диаметрам отверстий при одном ряде этих отверстий. 3. Косвенная арматура по п.1, отличающаяся тем, что при числе рядов отверстий в оболочке по высоте элемента более одного отверстия располагают в шахматном порядке. 4. Косвенная арматура по п.1, отличающаяся тем, что число отверстий в одном ряду принимают не менее двух по одной грани прямоугольного сечения элемента и не менее шести по окружности круглых и овальных поперечных сечений элемента. 5. Косвенная арматура по п.1, отличающаяся тем, что расстояние между оболочками равно одному или двум наименьшим размерам поперечного сечения элемента.