Способ недопущения зарождения прогрессирующей лавины обвала покрытия, содержащего ребристые железобетонные плиты



Способ недопущения зарождения прогрессирующей лавины обвала покрытия, содержащего ребристые железобетонные плиты
Способ недопущения зарождения прогрессирующей лавины обвала покрытия, содержащего ребристые железобетонные плиты
Способ недопущения зарождения прогрессирующей лавины обвала покрытия, содержащего ребристые железобетонные плиты
Способ недопущения зарождения прогрессирующей лавины обвала покрытия, содержащего ребристые железобетонные плиты
Способ недопущения зарождения прогрессирующей лавины обвала покрытия, содержащего ребристые железобетонные плиты
Способ недопущения зарождения прогрессирующей лавины обвала покрытия, содержащего ребристые железобетонные плиты
Способ недопущения зарождения прогрессирующей лавины обвала покрытия, содержащего ребристые железобетонные плиты

 


Владельцы патента RU 2449092:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет архитектуры и строительства" (RU)

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу недопущения зарождения прогрессирующей лавины обвала покрытия, содержащего ребристые железобетонные плиты. Технический результат заключается в недопущении зарождения прогрессирующего, нарастающего лавиной обвала и повышении надежности системы покрытия. Способ заключается в том, что плиты покрытия выполняют двух- или трехпролетными. Продольные ребра плит выполняют трубчатыми из овальных профилей с относительной высотой сечения h/b=3. Плиты укладывают на стальные ригели в шахматном порядке, смещая их в продольном направлении относительно друг друга на 1/2 или 1/3 длины. Овальные продольные ребра смежных плит неподвижно соединяют друг с другом проходящими сквозь них легированными болтами. Гайки гарантированно затягивают гайковертом, этим предварительно напрягают ребра. Тем самым объединяют плиты покрытия в единое целое, образуют жесткий диск покрытия. Опорные участки ребер плит неподвижно в единое целое соединяют аналогичными болтами с ригелем покрытия. 7 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к строительным конструкциям промышленных и гражданских зданий.

В настоящее время часто применяют покрытия, состоящие из ребристых железобетонных плит, опирающихся на ригели (стальные или железобетонные) [1,

с.37]. Действующие нормативные документы [2] предусматривают сварные соединения стальных закладных деталей ребер плит с ригелями. В практике проектирования и расчета принято считать такое покрытие жестким диском при заполнении щелей между ребер плит прочным, хорошо уплотненным мелкозернистым бетоном.

К сожалению, в возведенных в 60…70-е годы прошлого века сооружениях обычно в швах между плитами находится строительный мусор, а закладные детали плит покрытия часто плохо соединены с ригелями покрытия, а то и вовсе такие соединения отсутствуют.

К тому же присоединение плит к ригелям посредством сварных швов, соединяющих закладные детали, нетехнологично, а швы находятся в зоне, не доступной для контроля после монтажа конструкций! Поэтому дефекты соединений трудно обнаружить при обследовании конструкций. По данным Беляева Б.И. и Корниенко B.C. [3, с.198] чаще всего происходит обвал системы покрытия - 44% случаев обрушений.

Ярким примером технических нарушений, нарушающих целостность системы покрытия, является прогрессирующее обрушение конструкций покрытия цеха литейно-арматурного завода в г.Пензе [4], произошедшее лавиной.

Например, при демонтаже участка покрытия, грозящего обрушиться, обнаружилось, что некоторые из плит вовсе не соединены с ригелем!

Спусковым крючком, запускающим лавину обвала системы покрытия сооружения, чаще всего является падение одной из аварийных плит покрытия. Ввиду некачественного прикрепления плиты к ригелю одна из сторон плиты срывается с ригеля, удерживаясь вторым концом на параллельном ригеле. Разгоняясь по радиусу как маятник, она с силой ударяет по нижней части ригеля, что приводит к срыву с этого ригеля уже нескольких плит покрытия.

Зарождается лавина обрушения. Один из решетчатых ригелей не выдерживает. Происходит потеря устойчивости одного из сжатых стержней, что превращает ригель в механизм, и он обрушается. В Пензе [4, с.27] в прогрессирующее обрушение лавиной вовлеклось два пролета (24+18=42 м). Длина обвала составила 96 м (до температурного шва), площадь обвала - 96×42=4032 м2. Об этом же свидетельствуют книги об авариях зданий и сооружений [3]. Таким образом, существующая система покрытий имеет массу недостатков и актуальность ее усовершенствования высокая!

За аналог примем техническое решение, разработанное Неждановым К.К. [4]. При разработке новой системы покрытия учтем новейшие технические решения, а именно - новые эффективные овальные в сечении профили, предложенные Неждановым К.К. [5], [6] и разработанные вместе с аспирантами.

Относительная высота овальных в сечении профилей h/b=3. При этом отношении и толщине овала to=0,5tст (где tст - толщина стандартного прокатного двутаврового профиля) момент сопротивления овала Wхо оказывается большим по отношению к моменту сопротивления стандартного двутавра [6] на 16…20%. То есть эффективность овальных профилей высокая и их следует широко применять. Моменты же инерции овальных профилей при изгибе Jхо больше по отношению к моментам инерции двутавров Jх, а моменты инерции овальных профилей на кручение Jхо кр. - в сотни раз больше.

В результате таких неоспоримых преимуществ очевидно, что продольные ребра железобетонных плит следует выполнять из овальных в сечении профилей.

Техническая задача изобретения - недопущение зарождения прогрессирующего, нарастающего лавиной обвала, развивающегося в системе покрытия сооружения, выполненного с использованием ребристых железобетонных плит, а также повышение надежности системы покрытия сооружения и, следовательно, снижение его стоимости с учетом срока эксплуатации.

Техническая задача по способу недопущения зарождения прогрессирующего, нарастающего лавиной обрушения в системе покрытия, содержащего ребристые железобетонные плиты, и создания жесткого диска покрытия в его плоскости решена следующим образом.

Недопущение зарождения прогрессирующей лавины обвала покрытия заключается в том, что плиты покрытия выполняют двух- или трехпролетными, причем продольные ребра выполняют из овального трубчатого профиля с относительной высотой сечения h/b=3.

При этом упомянутые плиты укладывают на стальные ригели в шахматном порядке, смещая их в продольном направлении относительно друг друга на 1/2 и 1/3 длины с взаимной перевязкой швов. Овальные продольные ребра смежных плит соединяют друг с другом в единое целое проходящими сквозь ребра легированными болтами. Гайки болтов гарантировано затягивают гайковертом и этим предварительно напрягают ребра и, тем самым, образуют жесткий диск покрытия, работающий слитно как единое целое.

Опорные участки ребер плит неподвижно соединяют аналогичными болтами с ригелем покрытия и, тем самым, исключают возможность возникновения прогрессирующей лавины обрушения в новой системе покрытия.

На фиг.1 показан узел соединения плит покрытия со стальным ригелем; на фиг.2 - узел верхнего пояса железобетонного ригеля с закладной деталью для крепления плит покрытия; на фиг.3 - схема расположения плит покрытия в плане; на фиг.4 - расчетная схема двухпролетной плиты покрытия; на фиг.5 - поперечное сечение продольного ребра плиты покрытия, усиленного на опоре двумя листами сечением 64·5 мм; на фиг.6 - расчетная схема плиты (для определения прогиба); на фиг.7 - расчетная схема поперечных ребер плиты покрытия.

Недопущение зарождения лавины обвала покрытия заключается в том, что каждую плиту покрытия выполняют двух- или трехпролетной (трехпролетные плиты экономичней двухпролетных, но более громоздки). Продольные ребра 1 выполняют трубчатыми, из овальных профилей с относительной высотой сечения h/b=3 [6]. Поперечные ребра 2 выполняют также из овальных трубчатых профилей. То есть плита снабжена стальным каркасом. Верхняя поверхность плиты 3 выполнена железобетонной, армированной стальной сеткой. Овальные продольные ребра 1 над средней опорой усилены опорными пластинами 4 из листов. Опорные пластины 4 снабжены отверстиями для анкерных болтов 5. Анкерные болты 5 затягивают гайковертами и неподвижно соединяют плиты покрытия с ригелями 6 в единое целое.

При этом упомянутые плиты укладывают на стальные или железобетонные ригели 6 в шахматном порядке, смещают их в продольном направлении по отношению друг к другу на 1/2 или 1/3 длины, то есть стыки плит выполняют не в одном сечении. Овальные продольные ребра смежных плит соединяют друг с другом проходящими сквозь них легированными шпильками 7 (сталь «40X Селект») [7, с.40]. Эти шпильки 7 предварительно напрягают ребра при гарантированной затяжке гаек гайковертом и, тем самым, образуют жесткий диск покрытия, объединяющий плоские рамы каркаса сооружения в единое целое.

Пример конкретной реализации. Расчет двухпролетной плиты покрытия, фиг.4. Расчетная нагрузка на плиту 2l=2·6=12 м (при ширине b=1,5 м)

q+s=560·1,5=840 кг/м=84 гН/м.

Расчетный изгибающий момент в пролете (длина одного пролета l=6 м)

Требуемый момент сопротивления двух продольных ребер в каждом из пролетов (сталь малоуглеродистая С255, Вст3сп5 ГОСТ 27772-88, расчетное сопротивление Ry=240 МПа, коэффициент условий работы γ=1)

.

Расчетный опорный изгибающий момент над средней опорой в два раза больше, чем момент в пролете (см. фиг.4)

Требуемый момент сопротивления двух продольных ребер над средней опорой

Принимаем два ребра из овальных в сечении труб. Овальное трубчатое сечение профиля получено из цилиндрической трубы ⌀127×3 мм. Характеристики сечения трубы: площадь сечения - А=11,7 см2, толщина стенки to=0,3 см; масса - m=9,17 кг/м.

Расстояние от центра овала до середины толщины его стенки (см. фиг.5)

Вертикальный габарит овала между верхней и нижней кромками сечения

hо=2a+to=2·9,31+0,3=18,92 см.

Главный момент инерции одного овального профиля относительно оси X

Момент сопротивления одного ребра из овального профиля

Проверка прочности двух ребер при изгибе в пролете:

- прочность в пролете обеспечена.

На средней опоре продольные ребра из овальных профилей усиляем сверху и снизу листами сечением 6,4·0,5=3,2 см2 (см. фиг.5).

Суммарная площадь усиленного сечения овального профиля и двух полок

ΣA=Ao+2Aполки=11,7+2·3,2=18,1 см2.

Высота усиленного сечения

h=ho+2tполки=189,2+2·0,5=199,2 см.

Момент инерции усиленного над опорой сечения относительно оси X.

Собственные моменты инерции элементов усиленного сечения: овального профиля и двух полок

Главный момент инерции JX усиленного сечения

JX=Jxсоб+2Aполки·(0,5ho+tполки)2=380,59+2·3,2·(0,5·18,92+0,5)2=1015,48 см4.

Момент сопротивления усиленного сечения одного продольного ребра

.

Проверка прочности усиленного сечения двух продольных ребер над опорой:

- прочность обеспечена.

Определяем относительный прогиб плиты, фиг.6.

Прогиб от нормативной равномерно распределенной нагрузки в середине пролета

Относительный прогиб от равномерно распределенной нагрузки [9, с.374, табл.8.1.3]

Относительный выгиб вверх от опорного момента Mon [9, с.381, табл.8.1.3]

Суммарный относительный прогиб

- прогиб отсутствует.

Определяем массу овальных продольных ребер плиты длиной 11980 мм.

Площадь сечения одного овального продольного ребра Ao=11,7 см2; масса 9,17 кг/м.

Площадь сечения усиленного над опорой одного овального продольного ребра

ΣA=Ao+2Aполки=11,7+2·3,2=18,1 см2.

Масса ребра длиной 1 м

m=7,85·100·11,7/1000=9,18 кг/м.

Площадь сечения двух усиляющих полок длиной по 1,5 м

2Aполки=2·3,2=6,4 см2.

Масса одного овального ребра при длине l=11,98 м - m=9,18·11,98=110 кг; двух овальных ребер (l=11,98 м) - 2·110=220 кг; четырех усиляющих полок (l=1,5 м) - m=10 кг.

Поперечные ребра (используем ребра из стального листа t=0,4 см) устанавливаются с шагом 1,5 м.

Расчетный изгибающий момент (см. фиг.7)

Требуемый момент сопротивления поперечного ребра

Высота ребер

Масса девяти поперечных ребер длиной 150-2·7=136 см

m=5,21·9=46,9 кг.

Масса стали в двухпролетной плите m=220+10,04+46,9=276,9 кг.

Железобетонную плиту принимаем толщиной t=3,0 см.

Масса плиты m=(12·1,5·0,03)·2500=1350 кг.

Суммарная масса двухпролетной плиты (сталь+железобетон) l=11,98 м

m=276,9+1350=1626,9 кг.

бетон сталь итого:
Масса плиты было 2·1500 + 2·67,5= 3135 (100%)
(два пролета), кг стало 1350 + 276,9= 1686,9 (54%)

Уменьшение массы составило 3135-1686,9=1448,1 кг.

Площадь плиты 2·1,5·6=18 м2 (два пролета), следовательно, временная нагрузка может быть увеличена на 1448,1/18=80,45 кг/м2. Т.е. новая плита предназначена для нагрузки 560+80,45=640,45 кг/м2 и примерно эквивалентна серийной плите

с расчетной нагрузкой 640 кг/м2 (расход бетона марки 300-1500 кг, стали - 67,5 кг).

Плиту бетонируют на ровной площадке в перевернутом виде. Опалубочной формы не требуется.

Длина половины накладки 0,5lн=l/8=6/8=0,75 м в каждую сторону от средней опоры. Вся накладка lн=1,5 м. Сечение одной 6,4·0,5 см (A=3,2 см2).

Масса четырех накладок 2,512·4=10,04 кг.

Масса двух овалов 2·9,17·6=110,04 кг.

Спецификация. Сталь ВС3сп5 (ГОСТ 27772-88)
Марка дет. Сечение, мм Длина, мм Количество Масса, кг Примеч.
т н одной всех марки
Плита 1 овал 189·0,3 11980 2 219,7 439,4 из трубы ⌀127·3
2 64·5 1500 4 2,51 10,04 475,9 накладки
3 122·4 1380 5 5,29 26,43 поперечные ребра
Примечание. Плита двухпролетная.

Сопоставление с прототипом показывает следующие технические преимущества, а именно:

1. Исключена возможность возникновения лавины прогрессирующего обвала покрытия.

2. Снижена материалоемкость и масса покрытия.

3. Повышена надежность всего сооружения.

4. Снижена трудоемкость монтажа конструкций.

Литература

1. Кудзис А.П. Железобетонные и каменные конструкции: Учебник для строительных специальностей вузов. В 2-х частях. Ч.2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. - М. Высш. Шк., 1989-264 с.

2. СНиП 2.03.01-84*. Бетонные и железобетонные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой России - М.: ГУЛ ЦПП, 2000.

3. Беляев Б.И., Корниенко B.C. Причины аварий зданий и сооружений и способы их устранения. «Стройиздат». М., 1968 - 208 с.

4. Нежданов К.К., Кузин Н.Я. О снижение опасности лавинообразных обрушений покрытия промышленного здания в аварийной ситуации.// Промышленное строительство - 1991, №7 - с.27…29.

5. Нежданов К.К., Нежданов А.К., Туманов В.А., Карев М.А. Рельсобалочная конструкция. Патент России №2192381. М., Кл. В66С 6/00, 7/08. Бюл. №31. Зарег. 10.11.2002.

6. Нежданов К.К., Туманов В.А., Рубликов С.Г., Нежданов А.К. Способ повышения несущей способности цилиндрической трубы на изгиб. Патент России №2304479. Бюл. №23. Опубликовано 20.08.2007.

7. СНиП П-23-81*. Стальные конструкции. / Госстрой СССР. - М. ЦИТП Госстроя СССР, 1990-96 с.

8. Сахновский М.М. Справочник конструктора строительных сварных конструкций. - Днепропетровск: Промiнь, 1975 - 273 с.

9. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. /Под ред. А.А.Уманского. - М.: Стройиздат, 1960 - 1040 с.

10. Металлические конструкции: учебник для студ. высш. учебн. заведений. / [Е.И.Беленя, B.C.Игнатьева и др.]; под ред. Ю.И.Кудишина. - М.: Издательский центр «Академия», 2007 - 688 с.

Способ недопущения зарождения прогрессирующего обвала ребристых железобетонных плит покрытия лавиной и создания жесткого диска покрытия в его плоскости, заключающийся в том, что плиты покрытия выполняют двух- или трехпролетными, причем продольные ребра выполняют трубчатыми из овальных профилей с относительной высотой сечения h/b=3, при этом упомянутые плиты укладывают на стальные ригели в шахматном порядке, смещая их в продольном направлении друг относительно друга на 1/2 или 1/3 длины, овальные продольные ребра смежных плит неподвижно соединяют друг с другом проходящими сквозь них легированными болтами (сталь «40Х Селект»), гарантированно затягивают гайки гайковертом, этим предварительно напрягают ребра и тем самым объединяют упомянутые плиты покрытия в единое целое, образуют жесткий диск покрытия, опорные участки ребер плит неподвижно в единое целое соединяют аналогичными болтами с ригелем покрытия и тем самым исключают возможность обрушения новой системы покрытия лавиной.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при строительстве гражданских, промышленных и сельскохозяйственных зданий и сооружений в качестве несущих и ограждающих конструкций стен, перекрытий, перегородок.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для оценки акустики объемных помещений. .

Изобретение относится к технологии производства акустических нетканых материалов для металлических потолков. .

Изобретение относится к технологии производства акустических нетканых материалов для металлических потолков. .

Изобретение относится к технологии производства акустических нетканых материалов для металлических потолков. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к композитным панелям, преимущественно для конструкций полов. .
Изобретение относится к легким прокладочным материалам для термо- и звукоизоляции стен, крыш, пустотелых панелей, труб, приборов, транспортных средств и для упаковки.

Изобретение относится к области строительства, в частности к быстровозводимому самомонтируемому малоэтажному складываемому зданию с мансардой. .

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному шумоглушению. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к каркасу быстровозводимого сооружения и способу его монтажа

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при монтаже заполняющих элементов алюминиевых стоечно-ригельных фасадов, осуществляемом изнутри здания, преимущественно для тех участков фасадов, где какой-либо из элементов конструкции, например межэтажное перекрытие, балка, перила, элементы каркаса здания, близко подходит к плоскости фасада и является препятствием такому монтажу

Изобретение относится к транспортному машиностроению

Изобретение относится к транспортному машиностроению

Изобретение относится к области строительства, в частности к сборно-монолитному каркасу здания

Изобретение относится к области строительства, в частности к трансформируемому дому

Изобретение относится к области строительства, в частности к набору конструкционных деталей, содержащему множество панельных элементов

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству холодногнутых профилей проката при производстве строительных конструкций

Изобретение относится к способу объединения двух модульных элементов, относящихся к базовому элементу дома, друг с другом для образования непрерывного базового элемента здания или дома
Наверх