Трубобетонный преднапряженный элемент с веерным армированием

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении строительных конструкций, работающих на внецентренное сжатие. Технический результат - повышение устойчивости трубобетонной конструкции, работающей на внецентренное сжатие при одновременном повышении несущей способности и снижении металлоемкости. В состав предлагаемого преднапряженного элемента входит наружная оболочка в виде металлической трубы; бетонное ядро, выполненное из напрягающего бетона и размещенного в нем сердечника, представляющего собой высокопрочные арматурные стержни периодического профиля, обеспечивающие хорошее сцепление с бетоном, расходящиеся веером от середины к концам оболочки и жестко закрепленные в ее отверстиях с помощью дуговой сварки. По торцам наружной оболочки закреплены опорные плиты, служащие для создания замкнутого пространства, обеспечивающего преднапряжение в трубобетонном элементе, а также для соединения с балками перекрытий и покрытий и прочими конструкциями. В связи с наличием внутри оболочки ядра из напрягающего бетона в арматурных стержнях сразу после бетонирования элемента возникнут растягивающие напряжения, которые благодаря веерному их расположению приведут к выгибу элемента. При приложении нагрузки к трубобетонному элементу с эксцентриситетом сначала происходит обратный выгиб и только затем может появиться прогиб, величина которого будет меньше расчетного на величину обратного выгиба, то есть жесткость предлагаемого трубобетонного элемента будет значительна. 2 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении конструкций, работающих на внецентренное сжатие.

Известна конструкция, работающая на сжатие, представляющая собой металлическую трубу, заполненную бетоном (см. А.И. Кикин, Р.С. Санжаровский, В. А. Труль Конструкции из стальных труб, заполненных бетоном.- М.: Стройиздат, 1974, с. 64).

Недостатки этой конструкции - большая собственная масса, значительный расход металла, пониженная жесткость.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа высокопрочный железобетонный элемент, работающий на сжатие и содержащий наружную металлическую оболочку, бетонное ядро и размещенный в нем сердечник; по торцам наружной оболочки закреплены опорные плиты, сердечник выполнен в виде продольных высокопрочных стержней, сгруппированных в пучки или канаты, а в опорных плитах выполнены пазы, в которые заведены концы продольных стержней (авт. св. СССР N 580292, E 04 C 3/30, 1977).

Недостатком этой конструкции является, во-первых, то, что бетонное ядро элемента предназначено главным образом не для восприятия сжимающих нагрузок, а для предотвращения потери устойчивости высокопрочных стержней, расположенных параллельно продольной оси элемента. Во-вторых, принятое в прототипе армирование не обеспечивает устойчивость самого железобетонного элемента при действии значительных сжимающих нагрузок, приложенных с большим эксцентриситетом.

Технический результат - повышение устойчивости трубобетонной конструкции, работающей на внецентренное сжатие, при одновременном повышении несущей способности и снижении металлоемкости.

Указанный технический результат достигается тем, что в трубобетонном элементе содержится наружная оболочка в виде металлической трубы, бетонное ядро и размещенный в нем сердечник. Особенностью является то, что сердечник выполнен в виде арматурных стержней, расходящихся веером от середины к концам оболочки - трубы и жестко закрепленных в ее теле.

Кроме того, ядро выполнено из напрягающего бетона, а по торцам наружной оболочки закреплены опорные плиты, служащие для создания замкнутого пространства, обеспечивающего преднапряжение в трубобетонном элементе, а также соединения элемента с балками перекрытий, покрытий и прочими конструкциями.

В связи с наличием внутри оболочки ядра из напрягающего бетона в арматурных стержнях сердечника сразу после бетонирования элемента возникают растягивающие напряжения, которые благодаря веерному расположению стержней приводят к выгибу элемента по всей длине.

При приложении нагрузки к трубобетонному элементу с эксцентриситетом сначала выбирается обратный выгиб и только затем может появиться прогиб элемента, величина которого в предлагаемой конструкции будет меньше расчетного на величину обратного выгиба, то есть жесткость трубобетонного элемента будет увеличена без увеличения поперечного сечения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Определение прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков в заявленном решении.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: - дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений; - замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; - исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.); - увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов; - выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала; - создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертежах приведены продольный (фиг. 1) и поперечный (фиг. 2) разрезы предлагаемого элемента.

Трубобетонный преднапряженный элемент с веерным армированием состоит из наружной оболочки в виде металлической трубы 1, бетонного ядра 2, выполненного из напрягающего бетона, и размещенного в нем сердечника, представляющего собой высокопрочные арматурные стержни 3 периодического профиля, расходящиеся веером от середины к концам оболочки 1 и жестко закрепленные в ее отверстиях 4 с помощью дуговой сварки. По торцам наружной оболочки закреплены опорные плиты 5.

Количество арматуры, ее класс и степень напряжения (марка напрягающего бетона) должны устанавливаться расчетом по СниП 2.03.01-84 "Бетонные и железобетонные конструкции" в зависимости от конкретной расчетной схемы.

Изготовление элемента и его последующая работа осуществляются следующим образом.

Берется металлическая труба 1 определенного диаметра и необходимой длины. На поверхности трубы высверливаются отверстия 4 требуемого диаметра с раззенковкой, в которые затем вставляются арматурные стержни 3 периодического профиля и завариваются дуговой сваркой заподлицо с наружной поверхностью трубы 1. Затем труба заглушается с одного конца опорной плитой 5 путем заваривания дуговой сваркой по всему периметру.

Подготовленная труба заполняется пластичной бетонной смесью на напрягающем цементе с уплотнением на вибростоле или глубинным вибратором. После окончания бетонирования труба заглушается со второго конца второй опорной плитой, имеющей небольшое отверстие для окончательного заполнения внутреннего пространства трубы.

Твердение заформованной конструкции может осуществляться в нормальных условиях или подвергаться тепловлажной обработке с целью ускорения твердения бетона.

После достижения бетоном проектной прочности в арматурных стержнях сердечника возникают растягивающие напряжения, которые благодаря их веерному расположению приводят к выгибу элемента по всей его длине. После этого трубобетонный преднапряженный элемент может быть подвергнут нагружению эксплуатационной нагрузкой.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий: - средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в строительстве, а именно в качестве колонны каркасов многоэтажных зданий, стоек, свай, тяжелонагруженных рам машин, пролетных строений мостов и т.п.; - для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов; - средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Трубобетонный преднапряженный элемент с веерным армированием, работающий на внецентренное сжатие, содержащий наружную оболочку в виде металлической трубы, бетонное ядро и размещенный в нем сердечник, отличающийся тем, что сердечник выполнен в виде арматурных стержней, расходящихся веером от середины к концам оболочки и жестко закрепленных в ней, причем ядро выполнено из напрягающего бетона и по торцам наружной оболочки закреплены опорные плиты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2