Арматурный элемент

 

Изобретение относится к области строительства. Арматурный элемент предназначен для компенсации потерь предварительного напряжения в арматуре строительных конструкций. Технический результат - увеличение несущей способности компенсатора, повышение надежности работы при любых видах нагрузки, расширение области его использования. В арматурном элементе упругие компенсаторы установлены по длине имеющего концевые анкеры арматурного элемента и выполнены в виде пустотелых элементов выпукловогнутого замкнутого контура. Вогнутости каждого элемента расположены симметрично относительно продольной оси. Арматура между соседними компенсаторами переплетена, изогнута по синусоиде относительно продольной оси с возможностью контактирования с вогнутостью каждого компенсатора. В полостях элементов могут быть размещены упругопластические вставки. 1 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к арматурным элементам, предназначенным для применения в предварительно напряженных строительных конструкциях.

Известно конструктивное решение арматурного элемента, используемого для компенсации потерь предварительного напряжения в арматуре строительных конструкций из низкомодульных материалов, содержащего компенсаторы в виде последовательно установленных по концам напрягаемой арматуры дерелаксационных узлов [1] . Однако такое техническое решение не обеспечивает достаточного эффекта предварительного напряжения конструкции от напрягаемой арматуры по причине малых реактивных сил дерелаксационных узлов.

Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является арматурный элемент для сохранения длительного эффекта предварительного напряжения в арматуре, а также в конструкции из низкомодульного материала, содержащий корпус компенсатора потерь предварительного напряжения в арматуре, концы которой огибают последовательно расположенные в корпусе упругие компенсаторы [2].

В известном техническом решении упругие компенсаторы в виде последовательно установленных подпружиненных тел качения, взаимодействующих с напрягаемой арматурой, позволяют длительно сохранить эффект преднапряжения в конструкции благодаря суммированию реактивных сил натяжения продольной арматуры.

Однако использование таких арматурных элементов в конструкциях, загруженных динамической либо пульсирующей нагрузкой, не представляется возможным по причине недостаточной жесткости компенсаторов потерь предварительного напряжения в арматуре, их деформативности при знакопеременных колебаниях, в конструкции образуется некоторая "зыбкость" с течением определенного времени. Использование таких арматурных элементов в предварительно напряженных бимодульных конструкциях, например сталеполимербетонных балках, а также при усилении эксплуатирующихся конструкций вызывает большие технологические и конструктивные сложности крепления корпуса компенсатора на концевых участках конструкции.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение несущей способности компенсатора, обеспечение гарантированной его надежности работы при любых видах нагрузок, а также расширение области его использования.

Технический результат достигается за счет использования упругих свойств пустотелых выпукловогнутых элементов замкнутого контура, обладающих значительной упругостью и нелинейным характером деформирования, а благодаря нелинейному деформированию, схеме размещения чередующихся форм очертания этих элементов по длине напрягаемой арматуры, а также использованию упругопластических вставок в полостях выпукловогнутых элементов создаются высокие демпфирующие свойства, сохраняющиеся длительно во времени как при динамических, так и пульсирующих нагрузках.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в арматурном элементе, содержащем арматуру, взаимодействующую с последовательно расположенными упругими компенсаторами потерь предварительного напряжения в арматуре, и концевой анкер, упругие компенсаторы установлены по длине имеющего дополнительный концевой анкер арматурного элемента и выполнены в виде пустотелых элементов выпукловогнутого замкнутого контура, вогнутости каждого их которых расположены симметрично относительно продольной оси, при этом арматура между соседними компенсаторами переплетена, изогнута по синусоиде относительно продольной оси с возможностью контактирования с вогнутостью каждого компенсатора. При этом в полостях упругих выпукловогнутых элементов могут быть размещены вставки из упругопластического материала.

Выполнение компенсаторов потерь предварительного напряжения в виде пустотелых элементов выпукловогнутого замкнутого контура, вогнутости которого, имеющие возможность контактирования с арматурой, симметрично расположены относительно продольной оси, позволяет получить в сравнении с известным техническим решением новые свойства, заключающиеся в создании достаточно больших реактивных сил, способных сохранять в предварительно напряженной арматуре начально созданные усилия натяжения и тем самым компенсировать потери напряжения, образующиеся по причине ползучести и релаксации как материала основы конструкции, так и самой арматуры; также благодаря нелинейному деформированию и схеме размещения чередующихся контуров форм выпукловогнутых элементов по длине напрягаемой арматуры, а также использованию вставок из упругопластического материала в полостях этих контуров создаются высокие демпфирующие свойства, сохраняющиеся во времени при динамических либо пульсирующих нагрузках.

На фиг. 1 изображен арматурный элемент с компенсаторами потерь предварительного напряжения в арматуре, общий вид; на фиг. 2, 3, 4 - варианты выполнения арматурного элемента с компенсаторами в аксонометрии; на фиг.5, 6, 7 - варианты выполнения компенсаторов, общий вид и в аксонометрии; на фиг.8 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.9 - разрез по Б-Б на фиг.2; на фиг.10 - вариант выполнения арматурного элемента, снабженного упругопластическими вставками, размещенными в полостях компенсаторов; на фиг.11 - разрез по В-В на фиг.10; на фиг.12 - то же, для одного из вариантов арматурного элемента, снабженного упругопластическими вставками, размещенными в полостях компенсаторов.

Арматурный элемент содержит по меньшей мере два продольных стержня 1, которые взаимодействуют с другими компенсаторами 2 при помощи концевых анкеров 3. Упругие компенсаторы 2 выполнены в виде пустотелых элементов выпукловогнутого контура, причем очертание контуров может быть выполнено, например, в виде четырех выпуклых (вогнутых) граней 4, трех - 5, двух выпуклых (вогнутых) граней 6. Упругие компенсаторы 2 могут быть снабжены упругопластическими вставками 7, размещенными в полостях компенсаторов 2.

Сборку арматурного элемента производят следующим образом. По крайней мере два продольных арматурных стержня 1 объединяют на концевых участках анкерами 3. Затем на определенном участке по длине арматурного элемента между стержнями 1 устанавливают компенсаторы 2 таким образом, чтобы их вогнутости контактировали со стержнями 1, а стержни 1 в свою очередь между соседними компенсаторами 2 должны быть взаимно переплетены, то есть каждый отдельный арматурный стержень 1 изгибается относительно продольной оси арматурного элемента по синусоиде. Причем такой принцип изгиба стержней 1 выполняется для арматурного элемента с любым очертанием упругих компенсаторов 2, независимо от количества стержней 1 и вариантов изготовления арматурных элементов.

Полость упругих компенсаторов 2 может быть заполнена упругопластическим материалом 7 до начала установки между арматурными стержнями 1 либо после сборки арматурного элемента, а также до начала создания предварительного напряжения в арматуре строительной конструкции (не показана) либо после создания предварительного напряжения в арматуре.

Арматурный элемент работает следующим образом. Для создания предварительного обжатия строительной конструкции (не показана) осуществляют натяжение арматурных стержней 1 домкратом, соединенным с концевым анкером 3. При натяжении арматурных стержней 1 компенсаторы 2, установленные с определенным шагом вдоль арматурного элемента, начинают деформироваться, в результате этого арматурные стержни как бы дополнительно удлиняются и приобретают мощное реактивное усилие (потенциальную энергию) на концевых анкерах 3, взаимодействующих с обжимаемой строительной конструкцией (не показана). Мощное реактивное усилие на концевых анкерах 3 образуется путем суммирования реактивных усилий от каждого обжимаемого компенсатора 2.

В процессе натяжения арматурных стержней 1 за концевые анкера 3 компенсаторы 2 начинают деформироваться, так как арматурные стержни 1, изогнутые по синусоиде, обжимают компенсаторы 2 согласно функции: при А=0,028...0,2 (м); Т*=0,5...3,0 (м), где А - амплитуда; Т* - длина полуволны.

От количества установленных компенсаторов 2 зависит суммарное реактивное усилие на концевых анкерах 3, необходимое для обжатия строительной конструкции, а точнее для создания предварительного напряжения, противоположного по знаку напряжениям от внешней нагрузки. Величиной суммарного реактивного усилия можно варьировать также путем размещения в полостях компенсаторов 2 вставок 7 из упругопластического материала.

После натяжения арматурных стержней 1 до требуемой величины предварительного напряжения осуществляют их крепление и фиксирование в строительной конструкции (не показана) известными способами, позволяющими значительно увеличить несущую способность конструкции, снизить ее деформативность и трещинообразование от действия внешних (статических, динамических, пульсирующих) нагрузок.

Уменьшение начально созданных реактивных усилий обжатия строительной конструкции, а точнее укорочение арматурных стержней может происходить по причине ползучести материала строительной конструкции, релаксации напряжений в арматурных стержнях 1 и других технологических и эксплуатационных факторов. Компенсаторы 2, выполненные в виде упругих элементов выпукловогнутого замкнутого контура, мгновенно реагируют на деформативность предварительно напряженных арматурных стержней 1 и будут длительно сохранять заданный эффект предварительного напряжения в строительной конструкции. Благодаря заполнению полостей компенсаторов 2 вставками 7 из упругопластического материала арматурный элемент приобретает дополнительные преимущества в сравнении с известными техническими решениями - повышенные демпфирующие свойства, в результате этого арматурный элемент можно использовать по функциональному назначению как демпфер.

Изобретение позволяет повысить и длительно сохранять эффект обжатия строительных конструкций из низкомодульных материалов, обладающих свойствами длительной ползучести, при этом максимально использовать прочностные свойства напрягаемой арматуры; снижать резонансные явления от действия подвижной, пульсирующей, динамической нагрузок. Может быть использовано в висячих строительных конструкциях, в пролетных строениях мостов, для оборудования, обладающего вибрационными явлениями, и других видов сооружений в качестве демпферов.

Источники информации 1. Авт. св. СССР 1244259, кл. Е 04 С 3/18. Бюл. 26, 1986.

2. Авт. св. СССР 1268691, кл. Е 04 С 5/08. Бюл. 41, 1986.

Формула изобретения

1. Арматурный элемент, содержащий арматуру, взаимодействующую с последовательно расположенными упругими компенсаторами потерь предварительного напряжения в арматуре, и концевой анкер, отличающийся тем, что упругие компенсаторы установлены по длине имеющего дополнительный концевой анкер арматурного элемента и выполнены в виде пустотелых элементов выпукловогнутого замкнутого контура, вогнутости каждого из которых расположены симметрично относительно продольной оси, при этом арматура между соседними компенсаторами переплетена, изогнута по синусоиде относительно продольной оси с возможностью контактирования с вогнутостью каждого компенсатора.

2. Арматурный элемент по п. 1, отличающийся тем, что в полостях упругих выпукловогнутых элементов размещены упругопластические вставки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12