Железобетонная балка Советский патент 1981 года по МПК E04C3/20 

(54) ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ БАЛКА

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве несуших элемевтов из обычного железобетона, работающих преимущественно при периодически меняющихся или динамическнх нагрузках. Известны железобетонные балки, содержащие рабочие стержни, хомуты и мон тажные стержни из гладкой арматуры ij Наиболее близкой по технической сущности к предложегаюй является железобетонная балка, содержащая рабочую, мон тажную арматуру и хомуты из стержней п риодического профвпя 2 . Однако для этой балки характерна недостаточная несущая способность и долговечность при длительных эксплуатационных нагрузках, особенно при их повторности. Цель изобретения - повышение несу щей способности и долговечности балки при ее длительной эксплуатации, особен- ,ио при повторных или динамических нагрузках. Указанная цель достигается тем, что в известной железобетонной балке, содержащей рабочую, монтажную арматуру и хомуты из стержней периодического профиля, рабочая арматура выполнена в виде волнообразно изогнутых стержней, соединенных попарно, причем стержни в каждой паре смешены оцин относительно другого на половину длины волны. Кроме того, радиус кривизны изогнутых стержней уменьшается от опор балки к ее середине. На фиг. 1 показана балка, разрез А-А на ф1Г. 2; на фиг. 2 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение В-В на фиг.1; Ва фиг. 4 - изометрия нижней части бал- ки. Железобетонная балка содержит рабочую арматуру 1 периодического профиля первой пары волнообразно изогнутых стержней, смещенных один относительно другого на половину длины волны, рабочую арматуру 2 второй пары волнообраз-1 но изогнутых стержней, также смещенных один относительно другого на половину длины волны, хомуты 3 и монтажную арматуру 4. Рабочая арматура 1,2 также имеет некоторую кривсшинейнобть по вертикали, проходя над или под стержнем своей пары. Эффект повышения несущей способност и долговечности балки обеспечивается за счет того, что при длительной эксплуатации, когда связь между бетоном и арматурой все в большем числе сечений нарушается, в балке вместо резкого уменьшения жесткости и увеличения деформаций, происходит значительное возрастание величины трения между волнообразно изогнутыми стержнями и бетоном, приводящее к увеличению сцепления арматуры с бетоном. Дело в том, что, после нарушения сил сцепления арматуры с бетоном, стерж ни испытывая. повышенные эксплуатационные напряжения, стремятся к выпрямлению, охватывая по дуге участки бетона, равные половине длины волны, при этом на криволинейной поверхности соприкосновения бетона с арматурой возникают силы кинематического трения скольжения и силы нормального давления. Сила трения направлена по касательной к криволинейной поверхности соприкосновения в сторону вершины волны и препятствует перемещению стержня. Сила нормального давления, прижимающая стержень к бетону на криволинейной поверхности соприкосновения, направлена перпендикулярно к силе трения в сторону продольной оси балки. Отсюда следует что с увеличением эксплуатационных напряжений в арматуре увеличивается сила-нормального давления, прижимающая стержень к бетону, а это приводит к повышению силы трения скольжения, обеспечивающей-увеличение сцепления арматуры с бетоном при приближении балки к предельному Состоянию. В балке рабочие стержни изогнуты по очертанию цилиндрической волны, что исключает в стержнях прямые участки, способствующие увеличению деформации Стержня, так как на этих участках не вознивает сил нормального давления, прижимаюшнх. стержень к бетону, и поэтому силы трения на прямых участках неаначитель- вы. Таким образом, в балке, вплоть до ее предельногч) состояния, часть растягл- вающе го усилия передается с арматуры на бетон за счет увеличивающейся силы тренм. между арматурой и батоном, поэтому при сравнении с известной балкой, в которой при определенной нагрузке на 364 пряжения в арматуре достигают предела текучести, предлагаемая балка при этой же нагрузке продолжает работать во 2-й стадии напряженно-деформированного состояния, так как напряжение в ее арматуре меньше предела текучести. Следователь- но, имеет место повышение величины разрушающего усилия, т. е. увеличение несущей способности предлагаемой железобетонной балки. Повьш1ение несущей способности по сравнению с известной балкой достигается при одинаковом расходе металла. Рабочие стержни изогнуты с некоторым уменьшением радиуса кривизны от опор балки к ее середине. Уменьшение радиуса кривизны изогнутых стержней повышает силы нормального давления, прижимающие стержни к бетону. Это приводит к увеличению сил сцепления арматуры с бетоном на наиболее ответственном участке - середине балки. Таким образом, если по краям балки стержни изогнуты по форме пологой цилиндрической волны, что обес- печивает повышение заанкеривания рабочих стержней по сравнению с известной балкой вплоть до достижения арматурой расчетного сопротивления, то к середине балки рабочим стержням постепенно придают форму цилиндрической волны меньшего радиуса кривизны, обеспечивая увеличением сцепления арматуры с . бетоном, повышение несущей способности и долговечности балки. Балка начинает эффективно работать только в конце второй стадии напряженно-деформированного состояния, т. е. тогда, когда при длительной эксплуатации, . особенно при периодически повторяющихся или динамических нагрузках, а также при приближении к предельному состоянию, связь между бетоном и арматурой нарушается и бетон выключается из работы. Силы нормального давления, возникающие на криволинейной поверхности соприкосновения арматуры с бетоном, действуют по направлению к продольной оси балки и своими составляющими сжимают бетон (заключенный,- например, между рабочей арматурой 1 первой пары изогнутых стержней на участке, равном половине длины волны) поперек балки, способствуя образованию трещин, и вдоль балки, препятствуя образованию трещин, т. е. H-. место сжатие в двух направлениях, которое создает в бетоне, заключенном между стержнями, плоское напряженное