АРМАТУРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2003 года по МПК E04C5/08 

Изобретение относится к области строительства, а именно к арматурным элементам, предназначенным для применения в предварительно напряженных строительных конструкциях.

Известно конструктивное решение арматурного элемента, используемого для компенсации потерь предварительного напряжения в арматуре строительных конструкций из низкомодульных материалов, содержащего компенсаторы в виде последовательно установленных по концам напрягаемой арматуры дерелаксационных узлов [1] . Однако такое техническое решение не обеспечивает достаточного эффекта предварительного напряжения конструкции от напрягаемой арматуры по причине малых реактивных сил дерелаксационных узлов.

Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является арматурный элемент для сохранения длительного эффекта предварительного напряжения в арматуре, а также в конструкции из низкомодульного материала, содержащий корпус компенсатора потерь предварительного напряжения в арматуре, концы которой огибают последовательно расположенные в корпусе упругие компенсаторы [2].

В известном техническом решении упругие компенсаторы в виде последовательно установленных подпружиненных тел качения, взаимодействующих с напрягаемой арматурой, позволяют длительно сохранить эффект преднапряжения в конструкции благодаря суммированию реактивных сил натяжения продольной арматуры.

Однако использование таких арматурных элементов в конструкциях, загруженных динамической либо пульсирующей нагрузкой, не представляется возможным по причине недостаточной жесткости компенсаторов потерь предварительного напряжения в арматуре, их деформативности при знакопеременных колебаниях, в конструкции образуется некоторая "зыбкость" с течением определенного времени. Использование таких арматурных элементов в предварительно напряженных бимодульных конструкциях, например сталеполимербетонных балках, а также при усилении эксплуатирующихся конструкций вызывает большие технологические и конструктивные сложности крепления корпуса компенсатора на концевых участках конструкции.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение несущей способности компенсатора, обеспечение гарантированной его надежности работы при любых видах нагрузок, а также расширение области его использования.

Технический результат достигается за счет использования упругих свойств пустотелых выпукловогнутых элементов замкнутого контура, обладающих значительной упругостью и нелинейным характером деформирования, а благодаря нелинейному деформированию, схеме размещения чередующихся форм очертания этих элементов по длине напрягаемой арматуры, а также использованию упругопластических вставок в полостях выпукловогнутых элементов создаются высокие демпфирующие свойства, сохраняющиеся длительно во времени как при динамических, так и пульсирующих нагрузках.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в арматурном элементе, содержащем арматуру, взаимодействующую с последовательно расположенными упругими компенсаторами потерь предварительного напряжения в арматуре, и концевой анкер, упругие компенсаторы установлены по длине имеющего дополнительный концевой анкер арматурного элемента и выполнены в виде пустотелых элементов выпукловогнутого замкнутого контура, вогнутости каждого их которых расположены симметрично относительно продольной оси, при этом арматура между соседними компенсаторами переплетена, изогнута по синусоиде относительно продольной оси с возможностью контактирования с вогнутостью каждого компенсатора. При этом в полостях упругих выпукловогнутых элементов могут быть размещены вставки из упругопластического материала.

Выполнение компенсаторов потерь предварительного напряжения в виде пустотелых элементов выпукловогнутого замкнутого контура, вогнутости которого, имеющие возможность контактирования с арматурой, симметрично расположены относительно продольной оси, позволяет получить в сравнении с известным техническим решением новые свойства, заключающиеся в создании достаточно больших реактивных сил, способных сохранять в предварительно напряженной арматуре начально созданные усилия натяжения и тем самым компенсировать потери напряжения, образующиеся по причине ползучести и релаксации как материала основы конструкции, так и самой арматуры; также благодаря нелинейному деформированию и схеме размещения чередующихся контуров форм выпукловогнутых элементов по длине напрягаемой арматуры, а также использованию вставок из упругопластического материала в полостях этих контуров создаются высокие демпфирующие свойства, сохраняющиеся во времени при динамических либо пульсирующих нагрузках.

На фиг. 1 изображен арматурный элемент с компенсаторами потерь предварительного напряжения в арматуре, общий вид; на фиг. 2, 3, 4 - варианты выполнения арматурного элемента с компенсаторами в аксонометрии; на фиг.5, 6, 7 - варианты выполнения компенсаторов, общий вид и в аксонометрии; на фиг.8 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.9 - разрез по Б-Б на фиг.2; на фиг.10 - вариант выполнения арматурного элемента, снабженного упругопластическими вставками, размещенными в полостях компенсаторов; на фиг.11 - разрез по В-В на фиг.10; на фиг.12 - то же, для одного из вариантов арматурного элемента, снабженного упругопластическими вставками, размещенными в полостях компенсаторов.

Арматурный элемент содержит по меньшей мере два продольных стержня 1, которые взаимодействуют с другими компенсаторами 2 при помощи концевых анкеров 3. Упругие компенсаторы 2 выполнены в виде пустотелых элементов выпукловогнутого контура, причем очертание контуров может быть выполнено, например, в виде четырех выпуклых (вогнутых) граней 4, трех - 5, двух выпуклых (вогнутых) граней 6. Упругие компенсаторы 2 могут быть снабжены упругопластическими вставками 7, размещенными в полостях компенсаторов 2.

Сборку арматурного элемента производят следующим образом. По крайней мере два продольных арматурных стержня 1 объединяют на концевых участках анкерами 3. Затем на определенном участке по длине арматурного элемента между стержнями 1 устанавливают компенсаторы 2 таким образом, чтобы их вогнутости контактировали со стержнями 1, а стержни 1 в свою очередь между соседними компенсаторами 2 должны быть взаимно переплетены, то есть каждый отдельный арматурный стержень 1 изгибается относительно продольной оси арматурного элемента по синусоиде. Причем такой принцип изгиба стержней 1 выполняется для арматурного элемента с любым очертанием упругих компенсаторов 2, независимо от количества стержней 1 и вариантов изготовления арматурных элементов.

Полость упругих компенсаторов 2 может быть заполнена упругопластическим материалом 7 до начала установки между арматурными стержнями 1 либо после сборки арматурного элемента, а также до начала создания предварительного напряжения в арматуре строительной конструкции (не показана) либо после создания предварительного напряжения в арматуре.

Арматурный элемент работает следующим образом. Для создания предварительного обжатия строительной конструкции (не показана) осуществляют натяжение арматурных стержней 1 домкратом, соединенным с концевым анкером 3. При натяжении арматурных стержней 1 компенсаторы 2, установленные с определенным шагом вдоль арматурного элемента, начинают деформироваться, в результате этого арматурные стержни как бы дополнительно удлиняются и приобретают мощное реактивное усилие (потенциальную энергию) на концевых анкерах 3, взаимодействующих с обжимаемой строительной конструкцией (не показана). Мощное реактивное усилие на концевых анкерах 3 образуется путем суммирования реактивных усилий от каждого обжимаемого компенсатора 2.

В процессе натяжения арматурных стержней 1 за концевые анкера 3 компенсаторы 2 начинают деформироваться, так как арматурные стержни 1, изогнутые по синусоиде, обжимают компенсаторы 2 согласно функции:

при А=0,028...0,2 (м);
Т*=0,5...3,0 (м),
где А - амплитуда;
Т* - длина полуволны.

От количества установленных компенсаторов 2 зависит суммарное реактивное усилие на концевых анкерах 3, необходимое для обжатия строительной конструкции, а точнее для создания предварительного напряжения, противоположного по знаку напряжениям от внешней нагрузки. Величиной суммарного реактивного усилия можно варьировать также путем размещения в полостях компенсаторов 2 вставок 7 из упругопластического материала.

После натяжения арматурных стержней 1 до требуемой величины предварительного напряжения осуществляют их крепление и фиксирование в строительной конструкции (не показана) известными способами, позволяющими значительно увеличить несущую способность конструкции, снизить ее деформативность и трещинообразование от действия внешних (статических, динамических, пульсирующих) нагрузок.

Уменьшение начально созданных реактивных усилий обжатия строительной конструкции, а точнее укорочение арматурных стержней может происходить по причине ползучести материала строительной конструкции, релаксации напряжений в арматурных стержнях 1 и других технологических и эксплуатационных факторов. Компенсаторы 2, выполненные в виде упругих элементов выпукловогнутого замкнутого контура, мгновенно реагируют на деформативность предварительно напряженных арматурных стержней 1 и будут длительно сохранять заданный эффект предварительного напряжения в строительной конструкции. Благодаря заполнению полостей компенсаторов 2 вставками 7 из упругопластического материала арматурный элемент приобретает дополнительные преимущества в сравнении с известными техническими решениями - повышенные демпфирующие свойства, в результате этого арматурный элемент можно использовать по функциональному назначению как демпфер.

Изобретение позволяет повысить и длительно сохранять эффект обжатия строительных конструкций из низкомодульных материалов, обладающих свойствами длительной ползучести, при этом максимально использовать прочностные свойства напрягаемой арматуры; снижать резонансные явления от действия подвижной, пульсирующей, динамической нагрузок. Может быть использовано в висячих строительных конструкциях, в пролетных строениях мостов, для оборудования, обладающего вибрационными явлениями, и других видов сооружений в качестве демпферов.

Источники информации
1. Авт. св. СССР 1244259, кл. Е 04 С 3/18. Бюл. 26, 1986.

2. Авт. св. СССР 1268691, кл. Е 04 С 5/08. Бюл. 41, 1986.

Изобретение относится к области строительства. Арматурный элемент предназначен для компенсации потерь предварительного напряжения в арматуре строительных конструкций. Технический результат - увеличение несущей способности компенсатора, повышение надежности работы при любых видах нагрузки, расширение области его использования. В арматурном элементе упругие компенсаторы установлены по длине имеющего концевые анкеры арматурного элемента и выполнены в виде пустотелых элементов выпукловогнутого замкнутого контура. Вогнутости каждого элемента расположены симметрично относительно продольной оси. Арматура между соседними компенсаторами переплетена, изогнута по синусоиде относительно продольной оси с возможностью контактирования с вогнутостью каждого компенсатора. В полостях элементов могут быть размещены упругопластические вставки. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Арматурный элемент, содержащий арматуру, взаимодействующую с последовательно расположенными упругими компенсаторами потерь предварительного напряжения в арматуре, и концевой анкер, отличающийся тем, что упругие компенсаторы установлены по длине имеющего дополнительный концевой анкер арматурного элемента и выполнены в виде пустотелых элементов выпукловогнутого замкнутого контура, вогнутости каждого из которых расположены симметрично относительно продольной оси, при этом арматура между соседними компенсаторами переплетена, изогнута по синусоиде относительно продольной оси с возможностью контактирования с вогнутостью каждого компенсатора. 2. Арматурный элемент по п. 1, отличающийся тем, что в полостях упругих выпукловогнутых элементов размещены упругопластические вставки.