Предварительно-напряженный строительный элемент и способ его изготовления Советский патент 1993 года по МПК E04G21/12 

Изобретение относится к строительству, а именно к элементам железобетонных зданий и сооружений, имеющим сложную форму и воспринимающим большие динамические нагрузки.

Известна конструкция из предваритель- но-н пряженного железобетона, которая содержит пластины с отверстиями, в которых размещена предварительно-напряженная арматура. При этом предусмотрено смещение отверстий таким образом, чтобы арматура приобрела синусоидальное очертание продольной оси.

Эта конструкция имеет тот недостаток, что еф изготовление не может быть выполнено Качественно вследствие того, что арма- турнЫе стержни продеть через смещенные отверстия представляется весьма затруднительным. Кроме того, при напряжении арматуры силы трения арматуры о стенки отверстий в бетоне не позволяют придать равномерное преднапряжение, одинаковое по всей длине конструкции (колонны).

По способу изготовления предварительно-напряженной конструкции наиболее близким является способ изготовления предварительно-напряженного строительного элемента. Конструкция подвергается прессованию путем сдвижки противопб- ложных граней опалубки с удалением воды и последующим Твердением бетонной массы. Однако в данном случае не достигается всестороннее обжатие бетона.

Цель изобретения - снижение расхода материалов и повышение долговечности конструкции при динамических нагрузках за счет всестороннего обжатия.

В предварительно-напряженной конструкции, содержащей бетон и растянутые арматурные стержни с извилистым Синусоидальном очертанием их продольной оси, у которых бугры и впадины соседних арматурных стержней направлены в противоположные стороны, каждый арматурный стержень выполнен из пучка извилистых стальных проволок с пересечением их в точХ|

Ю

ел

Sел

ках перегиба с амплитудой от 5 до 10 диаметров стальной проволоки, а каждая пара арматурных стержней имеет извилистое очертание с отклонением каждого стержня пары в противоположныв Стороны от траектории главных растягивающих напряжений на величину от 2 до 3 диаметров крупных фракций бетонной смеси.

-.f И1 -- -

В способе йзготрвления предварительно-напряженной конструкции, основанный на растяжении арматуры и сжатии бетона, предусматривает всестороннее нестационарное во времени сжатие по образному закону путем сдвижки противоположных граней стальной опалубки, которая содержит систему малых отверстий для выхода воды и влаги с последующим твердением бетона в напряженном состоянии. Кроме того, линии действия предварительного сжатия направлены по траектории главных растягивающих напряжений и реализуется путем расположения линии действий сил предварительного сжатия бетона под разными углами.

На фиг. 1 показано поперечное сечение предварительно-напряженной конструкции и отражен способ ее изготовления; на фиг.2 - график зависимости силы давления на бетон от времени нарастания его прочности в днях....-.

Предварительно-напряженная конструкция включает монолитный бетон 1, внутри которого располагаются извилистые арматурные стержни 2 и 3. Арматурные стержни содержат от 2 до 5 извилистых стальных проволок 4. Стенки стальной опалубки 5 содержат систему малых отверстий 6 для выпуска воды и для испарения влаги. Подвижные стенки (поршни) 7 создают сжатие бетонной смеси 1.

Работа предварительно-напряженной конструкции состоит в следующем.

Предварительно-напряженная конструкция образуется в результате твердения и набора полной прочности монолитного бетона 1 совместно с арматурными стержнями 2 и 3. Для снятия внешнего давления и удаления ста льной опалубки 5 бетон 1, набравший полную прочность, находится в состоянии всестороннего сжатия, а арматурные 2, 3 находятся в сцеплении с бетоном 1 и в ненагруженном состоянии.

После снятия стальной опалубки 5 напряжения сжатия в бетоне уменьшаются, а арматурные стержни 2 3 растягиваются, ограничивая деформации растяжения бетона 1. Арматурные стержни 2 и 3 сохраняют предварительное .сжатие бетона. При восприятии внешней нагрузки предварительнонапряженная конструкция работает как ж.б. конструкция с напрягаемой арматурой до бетонирования. Однако при создании предварительного напряжения с помощью арматуры, напрягаемой до бетонирования, она должна быть прямолинейной, что ограничивает возможности создания конструкций сложной формы и требует повышенного расхода бетона. В конструкции диаметр арматурных проволок должен быть достаточно малым, чтобы каждая проволока воспринимала от 1/50 до 1/200 усилия растяжения (табл.1).

При изготовлении предварительно-напряженной ж.б. конструкции по данному способу монолитная бетонная смесь 1 укладывается в стальную опалубку 5, где располагаются арматурные стержни 2 и 3.

Поршни 7 создают давление на монолитную бетонную смесь. В первый период формовки бетона 1 вода выдавливается, а затем испаряется влага через малые отверстия 6. Во.второй период твердения бетонной с меси 1 осуществляется резкое нарастание внешнего давления, осуществляемой с помощью перемещения (поршня 7). В третий

период твердения бетона нагрузка поршня 7 сохраняется стабильной до того момента,

когда бетон получит полную прочность. При естественном твердении полная прочность бетона наступает после 28 дней со дня его укладки в стальную опалубку. График показывает зависимость силы давления на бетон

от времени нарастания его прочности в днях. При достижении бетона полной прочности производится снятие стальной опалубки и тем самым внешнее давление становится равным нулю. После этого бетон

удлиняется за счет отсутствия внешнего давления, а арматурная проволока растягивается. В конечном счете бетон оказывается предварительно сжатым, а арматурная проволока - предварительно растянутой. Ввиду

того, что модуль упругости бетона в несколько раз меньше модуля упругости стали, а площадь поперечного сечения бетона значительно выше, то потеря напряжения сжатия бетона после распалубки оказываются

незначительными. Это создает благоприятные условия для работы предварительно- напряженной конструкции под действием внешней нагрузки.

Экономический эффект от внедрения предварительно напряженной конструкции состоит из экономии материала, снижения массы, а также за счет возможности использования таких конструкций для динамических нагрузок. Экономические показатели

новой конструкции и способа ее изготовления приведены в табл,2.

Формулаизобретени я 1. Предварительно-напряженный стро- ителйый элемент, включающий бетонное тело с расположенной в нем арматурой синусоидального очертания пб продольной оси, р т ли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения расхода материала и повышения долговечности при динамических нагрузках за сч JT всестороннего обжатия .бетона каждый г рматурный стержень выполнен из пучка из зилистой проволоки с пересечением их в то1 ках перегиба, с амплитудой, равной 5-10 диаметрам стальной проволоки, а кЈжг дая фматурнэя пара стержней имеет извилистее очертание с отклонение ка кдЬго стержня пары в противоположные стороны от траектории главных растягиваюа4йх,на-

Таким образом стоимость конструкции в деле уменьшается на 20-30%.

пряжений на величину, равную 2-3 диаметрам крупных фракций бетона,

2. Способ изготовления предварительно-напряженного строительного элемента, включающий установку в опалубку арматуры, заполнение формы бетоном, сжатие бетона путем сдвижки противоположных граней опалубки с удалением воды и последующеетвердение бетонной массы, о т л и- чающийся тем, что, с целью снижения расхода материала и повышения долговечности при динамических нафузках за счет всестороннего обжатия, сжатие бетона осуществляют по направлению траектории главных растягивающих напряжений путем располЬженйя линии действия сил предварительного сжатия бетона под разными углами.

Использование: в строительстве для возведения зданий и сооружений из сборного железобетона, где возникают большие динамические нагрузки. В предварительно- напряженной конструкции, содержащей бетон и растянутые арматурные стержни с извилистым очертанием их продольной оси, арматурные стержни имеют отклонение от траектории главных растягивающих напряжений на величину от 2 до 3 диаметров крупных фракций бетонной смеси. Способ изготовления конструкции предусматривав ет твержение бетона в напряженном состоянии. 2 с.п, ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Та бл и ца 1

Та б л и ц а 2

Фиг/

Продолжение табл.2.