ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННАЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА С РЕГУЛИРУЕМОЙ СИЛОЙ НАТЯЖЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК E04C3/26 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к балке, и в частности предварительно напряженной железобетонной балке с регулируемой силой натяжения, которая может компенсировать прогиб и трещины балки, возникающие из-за долговременной нагрузки, и способна регулировать силу натяжения посредством увеличения, при необходимости, силы сопротивления нагрузке моста или здания после их возведения.

Уровень техники
Обычно, когда балки, установленные на опоры железобетонного моста, становятся морально устаревшими с течением времени или при прохождении тяжелых транспортных средств, превосходящих по весу первоначальный допустимый вес для моста, в течение длительного периода времени, мостовая балка может быть повреждена, и в железобетонных балках может возникать чрезмерный прогиб. Одновременно возникают трещины от изгиба/напряжения и, если эти повреждения продолжаются непрерывно, то в конце концов мост может обрушиться. Таким образом, необходимо выполнять соответствующий ремонт и повторное усиление моста.

В настоящее время предварительно напряженный железобетонный мост ремонтируют и повторно усиливают с помощью способа усиления конструкции наружными стальными тросами. В соответствии с указанным выше способом усиления конструкции необходимо закрепить соответствующим образом установленный снаружи стальной трос на концевой части железобетонной балки.

Однако трудно установить закрепляющее трос устройство на концевой части железобетонной балки и трудно обеспечить надежность силы сопротивления нагрузке закрепляющего трос устройства. Таким образом, хотя были предложены и применялись другие способы, однако до настоящего времени еще не разработаны эффективные устройства. То есть, когда в предварительно напряженном железобетонном мосте возникают трещины и прогиб, то очень сложно ремонтировать и усиливать мост.

Кроме того, по мере постоянного увеличения объема перевозок и развития технологии производства автомобилей увеличивается вес транспортных средств. По мере увеличения веса транспортных средств необходимо модифицировать технические характеристики, являющиеся стандартными при конструировании моста. Модификация технических характеристик неизбежно приводит к несбалансированному состоянию сопротивления нагрузке, т.е. силы сопротивления нагрузке существующих мостов являются несбалансированными. Другими словами, когда существуют и дороги, обеспечивающие прохождение тяжелых транспортных средств, и дороги, не обеспечивающие прохождение тяжелых транспортных средств, эффективность системы транспортных сетей в целом значительно понижается. Таким образом, для уравновешивания несбалансированных сил сопротивления нагрузке таких мостов срочно необходимо найти экономически выгодный способ для модернизации уровня моста с 2 до 1.

По мере увеличения ширины дорог вследствие увеличения количества полос движения продолжаются разработки широкопролетных балок для строительства путепроводов или эстакад, пересекающих широкие дороги. Хотя была разработана предварительно изогнутая балка и применялась для указанных выше целей, транспортировка балки является неудобной из-за ее большой длины и высокой стоимости.

В настоящее время используют высокопрочный бетон для балки длиной менее 30 м, которая не является балкой с большим пролетом.

Однако, поскольку к балке прикладывают большую силу натяжения, то становится большой величина ползучести. При увеличении ползучести увеличивается прогиб балки, что непосредственно влияет на продольное выравнивание дороги. При ухудшении продольного выравнивания дороги увеличивается коэффициент ударной нагрузки от проходящего транспорта. Таким образом, в случае высокопрочной балки или балки с большим пролетом при использовании балки в течение длительного времени необходим соответствующий способ конструирования для компенсации прогиба балки.

Высота балки, имеющей большой пролет, также относительно велика, так что сама балка имеет высоту 2.00-3.00 м. Этот факт приводит к увеличению высоты верхнего настила эстакады, так что для обеспечения продольного выравнивания эстакады, соответствующей проектной скорости транспортных средств, длина эстакады становится больше, что увеличивает стоимость строительства. В случае пересечения мостом реки уменьшение высоты балки насколько это возможно неизбежно необходимо для улучшения ее полезности и экономической ценности балки.

На фиг.1 показана конструкция обычного моста. Как показано на фиг.1, на опоре 10 моста установлено множество I-образных балок 12. Плита верхнего настила (не изображена) установлена на балки 12 моста.

На фиг.2 показан разрез балки, в которой стальные тросы расположены согласно обычной технологии. Как показано на фиг.2, балка 20 состоит из корпусной части 22, верхнего фланца 28 и нижнего фланца 24. Множество стальных тросов 26 встроено в корпусную часть 22 в продольном направлении. Верхний настил моста устанавливают на верхний фланец 28, а нижняя поверхность нижнего фланца 24 поддерживается опорой 10.

После установки I-образной балки 20, изготовленной согласно обычной технологии, в случае повреждения моста, т.е. образования прогиба и трещин вследствие увеличения объема транспортного потока, проходящего по мосту, или же когда необходимо увеличить допустимую расчетную нагрузку в соответствии с пересмотром технических характеристик, необходимо выполнить усиление моста.

Однако для этого не существует применимых экономичных и надежных способов усиления.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является предварительно напряженная железобетонная балка с регулируемой силой натяжения для регулирования силы сопротивления нагрузке, состоящая из верхнего фланца, поддерживающего плиту верхнего настила моста или здания, смонтированную на нем, корпусной части и нижнего фланца, при этом указанная предварительно напряженная железобетонная балка содержит натянутые стальные тросы, предусмотренные в продольном направлении указанной балки и натягиваемые для компенсации силы сопротивления нагрузке, известная из SU 1744172 A1 (кл. E 01 D 22/00, 1992 - 4с.).

Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является создание предварительно напряженной железобетонной балки, силу натяжения которой можно регулировать посредством регулирования силы натяжения стального троса, предусмотренного в корпусной части или в нижнем фланце балки, для простого увеличения силы сопротивления нагрузке моста или здания, когда возникают чрезмерный прогиб или трещины в балке вследствие долговременного использования или когда необходимо увеличить силу сопротивления нагрузке моста или здания без повреждения моста или здания.

Для выполнения этой задачи, согласно изобретению, создана предварительно напряженная железобетонная балка с регулируемой силой натяжения для регулирования силы сопротивления нагрузке, которая состоит из верхнего фланца, поддерживающего верхний настил моста, смонтированный на нем, корпусной части и нижнего фланца, которая включает натянутые стальные тросы, предусмотренные в продольном направлении балки и натягиваемые для компенсации силы сопротивления нагрузке, и по меньшей мере один или более не натянутых стальных тросов, предусмотренных в продольном направлении балки, так что силу сопротивления нагрузке моста можно увеличить посредством натяжения не натянутых стальных тросов.

Предварительно напряженная железобетонная балка с регулируемой силой натяжения, согласно изобретению, предпочтительно, дополнительно содержит открытую вырезанную часть в заданной части в продольном направлении балки, и в открытой вырезанной части установлен соединительный элемент для закрепления одних концов стальных тросов, другие концы которых закреплены в одной из концевых частей балки.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения данного изобретения, создана предварительно напряженная железобетонная балка с регулируемой силой натяжения для регулирования силы сопротивления нагрузке, которая состоит из верхнего фланца, поддерживающего верхний настил моста, смонтированный на нем, корпусной части и нижнего фланца, которая включает натянутые стальные тросы, предусмотренные в продольном направлении балки и натягиваемые для компенсации силы сопротивления нагрузке, и один или более не натянутых стальных тросов, предусмотренных в продольном направлении балки, так что силу сопротивления нагрузке моста можно увеличивать посредством натяжения не натянутых стальных тросов во время сооружения балки и/или после ее сооружения.

Хотя данное изобретение можно применять к любому типу балки независимо от поперечного сечения балки, таким как I-образная балка или утолщенная Т-образная балка, в приведенном ниже предпочтительном варианте выполнения описана I-образная балка.

Краткое описание чертежей
Фиг.1 - конструкция обычного моста в изометрической проекции;
фиг.2 - разрез, показывающий расположение стальных тросов в балке, согласно обычной технологии;
фиг. 3А - разрез, показывающий расположение стальных тросов в средней части балки, согласно данному изобретению;
фиг. 3В - разрез, показывающий расположение стальных тросов, согласно другому предпочтительному варианту выполнения данного изобретения;
фиг. 4А - разрез, показывающий расположение стальных тросов в концевой части балки, согласно фиг.3А;
фиг. 4В - разрез, показывающий расположение стальных тросов в концевой части балки, согласно фиг.3В;
фиг. 5 - открытая вырезанная часть, расположенная в средней части балки, и расположение стальных тросов в балке;
фиг. 6 - пример выполнения стального троса, закрепленного в концевой части балки, на виде сбоку; и
фиг.7 - пример выполнения стальных тросов в открытой вырезанной части, в изометрической проекции.

Предпочтительный вариант выполнения изобретения
Как показано на фиг. 3А, балка 40 включает верхний фланец 28, нижний фланец 24 и корпусную часть 22. Один или более натянутых стальных тросов 26 и не натянутых стальных тросов 27 встроены в поперечное сечение нижней части корпусной части 22 и нижнего фланца 24 балки 40 в продольном направлении балки 40.

Не натянутые стальные тросы 27 предпочтительно встроены в нижний фланец 24 горизонтально, параллельно друг другу, как показано на фиг.3А. Верхний фланец 28 предусмотрен над корпусной частью 22 в продольном направлении балки 40, и на верхний фланец 28 устанавливается верхний настил моста. Нижний фланец 24 предусмотрен ниже корпусной части 22 в продольном направлении балки 40, и его нижняя поверхность поддерживается опорой (не изображена).

На фиг. 3В показан стальной трос, согласно другому предпочтительному варианту выполнения данного изобретения. Как показано на фиг.3В, предусмотрено несколько не натянутых стальных тросов 27а в продольном направлении балки 40 снаружи нижней части корпусной части 22. Не натянутые стальные тросы 27а имеют ту же функцию, что и не натянутые стальные тросы 27, предусмотренные в нижнем фланце 24, как показано на фиг.3А. То есть, после строительства моста прогиб балки 40 компенсируется посредством натяжения не натянутых стальных тросов 27а. Не натянутые стальные тросы 27 также намного проще устанавливать по сравнению с установкой внутри нижнего фланца 24.

На фиг.4А показано расположение стальных тросов, встроенных в балку, согласно фиг.3А. Как показано на фиг. 4А, натянутые стальные тросы 26 и не натянутые стальные тросы 27, сконцентрированные в нижней части балки 40, распределены по всему поперечному сечению балки 40. То есть, стальные тросы равномерно распределены симметрично в верхней и нижней, левой и правой сторонах балки 40, так что сила натяжения, создаваемая натянутыми стальными тросами 26 и не натянутыми стальными тросами 27, может быть равномерно распределена по всей части балки 40.

На фиг.4В показано расположение стальных тросов в концевой части балки, показанной на фиг. 3В. Как показано на фиг.4В, натянутые стальные тросы 26 или не натянутые стальные тросы 27 и 27а, сконцентрированные в нижней части балки, как показано на фиг.3В, равномерно распределены симметрично в верхней и нижней, левой и правой сторонах, так что сила натяжения, создаваемая натянутыми или не натянутыми стальными тросами 26, 27 или 27а, равномерно распределена по всей части балки 40.

На фиг.5 показано расположение стальных тросов в продольном направлении в балке, согласно фиг.3А, и открытая вырезанная часть, расположенная в середине балки. Натянутые стальные тросы 26 и не натянутые стальные тросы 27, предусмотренные внутри балки 40, сконцентрированы в нижней части средней части балки 40 и равномерно распределены по всему поперечному сечению балки 40 в обеих концевых частях балки 40. Натянутые и не натянутые стальные тросы 26 и 27 закреплены на обоих концах балки 40 с помощью фиксирующего средства 32, которое является якорным устройством. Фиксирующее средство 32 закрывают бетоном (не изображен) после сооружения балки 40.

В данном случае, когда балки установлены с интервалом между ними, или когда часть конца балки отрезана, как показано на чертеже, между смежными балками образуется пространство. Таким образом, работу по натяжению можно выполнять в пространстве, когда в последующем необходимо снова натянуть натянутые и не натянутые стальные тросы 26 и 27. Однако, в этом случае концевая часть балки 40 не должна быть покрыта бетоном. В этом случае один конец стальных тросов 26 и 27 выходит наружу в любой из концевых частей балки 40 для приложения силы натяжения.

В предпочтительном варианте выполнения балка также снабжена открытой вырезанной частью 36 для регулирования силы натяжения не натянутых стальных тросов 27 в средней части балки или в другом подходящем положении. Открытая вырезанная часть 36 используется как пространство для размещения соединительного элемента не натянутых стальных тросов 27. То есть, открытое вырезанное пространство используется в последующем в качестве рабочего пространства для регулирования силы натяжения не натянутых стальных тросов 27.

Когда в балке 40, согласно данному изобретению, образуются трещины 34 или чрезмерный прогиб 35, обозначенный пунктирными линиями, как показано на фиг. 5, один или более не натянутых стальных тросов 27 и 27а, установленных внутри или снаружи балки 40, дополнительно натягивают для усиления. В данном случае дополнительную работу по натяжению не натянутых стальных тросов 27 и 27а выполняют с использованием гидравлического домкрата. Силы натяжения не натянутых стальных тросов 27 и 27а также регулируют во время или после отливки плиты и после строительства, а также регулируют силу натяжения во время эксплуатации моста. То есть, в случае многопролетного моста неразрезной системы повторное натяжение может быть выполнено перед отливкой плиты. Однако, согласно данному изобретению, повторное натяжение выполняется через короткое время после отливки плиты, пока не затвердел бетон плиты, для предотвращения приложения силы натяжения к плите.

На фиг.6 показан предпочтительный вариант выполнения закрепления стального троса в концевой части балки. Стальной трос 26 закреплен с использованием опорного элемента 50 в качестве анкерного устройства. Например, стальной трос 26 вставлен в отверстие, образованное в центре опорного элемента 50 на одном конце балки 40. Между стальным тросом 26 и опорным элементом 50 вставлено множество клиньев 52. В данном случае стальной трос 26 натянут с помощью гидравлического домкрата и натянутый стальной трос 26 закреплен клиньями 52.

На фиг.7 показаны стальные тросы, соединенные соединительным элементом в качестве предпочтительного варианта выполнения соединения стальных тросов в открытой вырезанной части. Как показано на чертеже, открытая вырезанная часть 36 образована в середине нижней поверхности балки 40 в продольном направлении. Стальные тросы 26, закрепленные на обоих концах балки 40, соединены с соединительным элементом 62, так что прикладываются силы в различных направлениях. В данном случае, натянутый стальной трос 26, подлежащий соединению с соединительным элементом 62, соединен с использованием опорного элемента 50 и клиньев 52.

Таким образом, не натянутые стальные тросы 27, соединенные друг с другом с помощью соединительного элемента 62, натягиваются и закрепляются с помощью клиньев 52, так что можно сохранять силу натяжения, создаваемую натянутым стальным тросом 26. Посредством приложения силы натяжения к не натянутым стальным тросам 27 и 27а, предусмотренным на левой и правой сторонах балки 40, можно компенсировать изгиб балки 40 влево или вправо.

В соответствии с расположением стальных тросов и соединительного устройства, согласно данному изобретению, при строительстве моста или на первоначальной стадии строительства, стальные тросы 26 и 27 соединяют с соединительным элементом 62 с возможностью небольшого перемещения, в то время как стальные тросы, установленные снаружи балки 40, совсем не натянуты или натянуты с небольшой силой натяжения для увеличения силы натяжения стальных тросов в последующем.

Хотя в качестве примера описан мост в предпочтительном варианте выполнения, регулируемую силу натяжения для предварительного напряжения, согласно данному изобретению, можно применять для других бетонных конструкций, таких как здание, в качестве другого предпочтительного варианта выполнения.

Следует отметить, что данное изобретение не ограничено описанным выше предпочтительным вариантом выполнения и что возможны очевидные для специалистов в данной области техники вариации и модификации внутри идеи и объема данного изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения.

Промышленная применимость
Как указывалось выше, согласно данному изобретению, можно исправлять трещины и прогиб моста, создаваемые вследствие продолжительного разрушения, ползучести или перегрузки, с помощью дополнительного натяжения стальных тросов, установленных внутри или снаружи балки моста. Таким образом, упрощается ремонт и усиление моста, за счет чего можно простым образом увеличить силу сопротивления нагрузке моста. При постепенном регулировании силы натяжения можно экономически выгодно изготавливать балку или можно уменьшить высоту балки.

Изобретение относится к области строительства, в частности к предварительно напряженным железобетонным балкам для зданий или мостов. Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности конструкции и эксплуатационной надежности. Предварительно напряженная железобетонная балка с регулируемой силой натяжения для регулирования силы сопротивления нагрузке состоит из верхнего фланца, поддерживающего верхний настил моста или здания, смонтированный на нем, корпусной части и нижнего фланца, которая включает стальные тросы, предусмотренные в продольном направлении балки и натягиваемые для уравновешивания указанной силы сопротивления нагрузке, и по меньшей мере один или более не натянутых стальных тросов, предусмотренных в продольном направлении балки, так что сила сопротивления нагрузке моста или здания может быть увеличена путем натяжения не натянутых стальных тросов. 5 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Предварительно напряженная железобетонная балка с регулируемой силой натяжения для регулирования силы сопротивления нагрузке, состоящая из верхнего фланца, поддерживающего плиту верхнего настила моста или здания, смонтированную на нем, корпусной части и нижнего фланца, при этом указанная предварительно напряженная железобетонная балка содержит натянутые стальные тросы, предусмотренные в продольном направлении указанной балки и натягиваемые для компенсации силы сопротивления нагрузке, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, один или более не натянутых стальных тросов, выполненных с возможностью натяжения для увеличения силы сопротивления нагрузке указанного моста или здания. 2. Балка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит открытую вырезанную часть в заданной части в продольном направлении указанной балки и соединительный элемент, установленный в указанной открытой вырезанной части для закрепления одних концов указанных стальных тросов, другие концы которых закреплены в концевой части указанной балки. 3. Балка по п. 2, отличающаяся тем, что указанный соединительный элемент содержит опорный элемент, имеющий отверстия, образованные в нем, через которые проходят одни концы указанных стальных тросов, другие концы которых закреплены в концевой части указанной балки, и клинья, вставленные между указанным стальным тросом и указанным опорным элементом. 4. Балка по п. 1, отличающаяся тем, что один конец указанного не натянутого стального троса выходит наружу в одной из концевых частей указанной балки для приложения силы натяжения. 5. Балка по п. 1, отличающаяся тем, что сила сопротивления нагрузке указанного моста или здания может быть увеличена посредством натяжения указанных не натянутых стальных тросов во время сооружения указанной балки и/или после ее сооружения. 6. Балка по п. 5, отличающаяся тем, что во время сооружения регулируется сила натяжения указанных не натянутых стальных тросов во время или после отливки плиты и после сооружения сила натяжения указанных не натянутых стальных тросов регулируется во время эксплуатации указанных моста или здания.