Способ создания предварительного напряжения в железобетонных конструкциях Советский патент 1993 года по МПК E04G21/12 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для создания предварительного напряжения в сборных и монолитных железобетонных конструкциях;.

Известны способы для создания предварительного напряжения в железобетонных конструкциях, которые осуществляются за счет натяжения арматуры на упоры до бетонирования и натяжения арматуры на бетон после его отвердения. При этом применяются несколько методов натяжения арматуры - механический, электротермический и электромеханический.

Недостатком известных способов для создания предварительного напряжения в

железобетонных конструкциях является практическая невозможность их применения в условиях строительной площадки, осо- бенно при возведении монолитных конструкций, так как традиционные методы создания предварительного напряжения в железобетонных конструкциях хорошо зарекомендовали себя лишь в заводских условиях. Они дорогостоящи, не мобильны, не удобны для использования на строительной площадке для возведения монолитных конструкций.

Кроме того, ни одна из известных способов не позволяетпроводить дополнительное донапряжение бетона, в уже эксплуатируемых железобетонных констXI

ю ел

рукциях, например, когда в их растянутой зоне появились волосяные трещины не меняя конструктивной их схемы.

Цель изобретения - снижение трудоемкости и повышение качества изготовления железобетонных конструкций.

Поставленная цель достигается тем, что обжатие бетона в растянутой зоне конструкции осуществляется за счет ввода в работу специальных обжимных устройств, состоя- щих из рассеченных по образующей труб, каждая из которых по разрезанному краю прикреплена к рабочей арматуре у ее концов. Внутри каждой трубы обжимного устройства симметрично вставлена разрезанная по образующей труба меньшего диаметра. После набора прочности бетоном, пространство между двух труб каждого обжимного устройства заполняют смесью веществ, химическая реакция которых при- водит к возникновению механических напряжений внутри наружных рассеченных труб, которые передаются слою бетона и обжимают его с обоих концов железобетон- ной конструкции. В качестве рабочей смеси может служить, например; невзрывчатое разрушающее средство НРС-1.

НРС-1 - смесь веществ, состоящая из окиси кальция 60-90% от общей массы и отходов целлюлозно-бумажного произвол- ства, При изготовлении рабочей смеси количество воды в ней должно быть от 28 до 30% от массы НРС-1. Напряжение, вызванное расширением смеси НРС-1, достигает 30 МПа..

Напряжения, вызванные расширением смеси, передаются рассеченным трубам каждого обжимного устройства и вызывают предварительное напряжение в железобетонных конструкциях.

Величина усилия, передающая новым обжимным устройством, при этом способе, зависит от внутреннего диаметра большей трубы обжимного устройства и его длины.

Поставленная цель достигается еще и тем, что каждое обжимное устройство состоит из двух телескопических, вставленных друг в друга труб, разрезанных по образую- щей на всю длину. Причем смесь НРС-1 вначале заливают в пространство между двух телескопических труб каждого обжимного устройства, а затем, если это необходимо, производят донапряжение бетона за счет заполнения раствором НРС-1 трубы меньшего диаметра обжимного устройства.

Сопоставленный анализ с прототипом показывает, что заявленный способ создания предварительного напряжения в железобетонных конструкциях отличается тем,

что механическое напряжение в новом способе осуществляется за счет химической реакции гидратации специального расширяющего состава, например НРМ-1, которым заполняют пространство между труб обжимного устройства.

На фиг. 1 представлен общий вид (разрез) предварительно-напряженной по новому способу железобетонной балки; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1.

Железобетонная балка 1 при создании в ней предварительного напряжения изготавливается следующим образом.

К рабочим стержням арматуры 1 по концам балки привариваются обжимные устройства, состоящие из металлической трубы 2, рассеченной по образующей. Внутри трубы 2 симметрично вставляется труба 3 меньшего диаметра, также рассеченна я по образующей. Под трубу 2 большего диаметра обжимного устройства симметрично устанавливают и приваривают сетку 4 (с размерами ячеек не более чем 0,05x0,1 м ГОСТ 8478-81) шириной не менее 0,3 м на всю длину трубы 2. К свободному концу трубы 2 обжимного устройства приваривают равнобокий уголок 5, вертикальная стенка которого равна радиусу трубы 2 и позволяет передавать напряжение на бетон в строго горизонтальном направлении, параллельно стержням рабочей арматуры, а горизонтальная стенка перекрывает щель в трубе 2.

В полость, ограниченную отрезками разрезанных по образующей труб 2 и 3, после отвердения бетона заливают смесь б, расширяющуюся в результате химической реакции гидратации. Соответствующие напряжения передаются бетону и арматуре и создают предварительное напряжение в бе тоне.

Величина усилия N, передающегося на арматуру и бетон, ориентировочно определяется по формуле

70 -2jr(R -r0) h К -п 2Е I -h

2

п

R3

где 00 - напряжение, возникающее в обжимном устройстве пространства между стенок труб, разрезанных по образующей, кН/м2;

R - больший внутренний радиус трубы обжимного устройства, м;

г0 - наружный внешний радиус меньшей трубы обжимного устройства;

h - длина трубы большего диаметра обжимного устройства, м;

I - момент инерции поперечного сече; ния наружной трубы обжимного устройства, м ;

Е - модуль упругости материала трубы, кН/м2.

.К - коэффициент перехода напряжения, возникающего при расширении рабочей смеси, в усилие (по данным экспериментов К «0,67);

п - количество обжимных устройств, передающих усилия рабочей арматуре или бетону.

Напряжение о, возникающее в рабочей арматуре или бетойе при этом определяется по формуле

а

SF,

где 5) FI - суммарная площадь арматурных стержней при определении напряжения в арматуре, или площадь FI вертикальной стенки уголка, передающего нагрузку на бетон.

Дополнительное обжатие бетона осуществляется за счет заполнения смесью НРС-1 труб меньшего диаметра каждого обжимного устройства. Усилия N в этом случае определяют по той же расчетной зависимости с учетом внутреннего диаметра меньшей трубы обжимного устройства. Причем суммарное напряжение, возникающее в бетоне при его обжатии, должно быть меньше допускаемого напряжения в бетоне.

Проверка данного технического решения была осуществлена на устройстве фиг. 1 - 3. В качестве рабочей смеси использовалась смесь веществ НРС-1.

При затворении рабочей смеси количество воды в ней составляло от 28% до 30% от массы НРС-1. Смесь соответствовала ТУ- 21-53-22-86. .

После набора прочности бетоном рабочая смесь через воронку и одетую на нее резиновую трубку заливалась в пространство между двумя трубами каждого обжимного устройства, при этом торцы труб каждого обжимного устройства герметично закрывались.

.В результате реакции гидратации рабо- „чая смесь НРС-1 расширялась и напряжение передавалось на арматурные стержни и на слой бетона, расположенный в растянутой зоне конструкции.

Сетка 4 предотвращает местное разрушение бетона под обжимным устройством.

В случае необходимости, внутреннее пространство труб меньшего диаметра каждого обжимного устройства тоже заливают раствором НРС-1 и этим достигается дополнительное обжатие бетона.

Причем заполнение полости осуществлялось последовательно с интервалом не менее суток, так как основная реакция гидратации раствора НРС-1 происходит втечение суток при температуре окружающей среды более +5°С.

Проведенные эксперименты по созда нию предварительного напряжения в шахтных железобетонных элементах при

помощи предложенного способа показали более высокую надежность таких конструкций и более низкую их стоимость. Формула изобретения 1. Способ создания предварительного

напряжения в железобетонных конструкциях, включающий установку в опалубку арматурных каркасов, создание напряжения в них, заполнение опалубки бетонной смесью, выдзрживание бетонной смеси до

набора прочности, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости и повышения качества изготовления, создание напряжения в арматурном каркасе осуществляют путем использования вставленных

друг в друга с зазором рассеченных по образующей отрезков труб, при этом трубу большего диаметра соединяют с напрягаемой арматурой посредством равнобокого углового профиля, закрепленного по образующей данной трубы, а после набора прочности бетоном зазор между трубами заполняют расширяющейся смесью, причем усилие N, передающееся на арматурные стержни и бетон, определяют по формуле:

оь 2 л (R - г0) h К п 2 Е I h

N

2

тс

R3

5

где OQ - напряжение, возникающее в обжимном устройстве пространства между стенок труб, кН/м2;

R - большой внутренний радиус трубы, м;

го - наружный внешний радиус меньшей трубы, м;

h - длина трубы большего диаметра, м;

К - коэффициент перехода напряжения, возникающего при расширении смеси (по данным экспериментов К 0,67);

п - количество обжимных труб;

I - момент инерции поперечного сечения наружной трубы, м4;

Е - модуль упругости материала трубы, кН/м2.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения предварительного напряжения конструкции, внутренний3. Способ поп, 1, отличающийся тем, объем трубы меньшего диаметра заполняют что в качестве расширяющейся смеси исполь- расширяющёйся смесью, зуют невзрывчатую разрушающую смесь

НРС-1.

Использование: в сборных и монолитных предварительно напряженных железобетонных конструкциях. Сущность изобретения: создание напряжения в арматурном каркасе осуществляют путем использования вставленных друг в друга рассеченных по образующей отрезков труб, при этом трубу большого диаметра соединяют с напрягаемой арматурой посредством разнобокого углового профиля, закрепленного по образующей данной трубы, а после набора прочности бетоном зазор между трубами заполняют расширяющийся смесью. При необходимости создания дополнительного напряжения смесью заполняют также внутренний объем трубы меньшего диаметра. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

.2

Фиг.З