Композитный несущий элемент строительных конструкций

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПОЗИТНЫЙ НЕСУЩИЙ ЭЛЕМЕНТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ(71) Заявители Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет Республиканское унитарное предприятие Мостострой(72) Авторы Фридкин Владимир МордуховичНосарев Анатолий ВладимировичМаксименко Леонид БорисовичМарков Станислав НиколаевичКузменко Игорь Михайлович Башаримова Валентина НиколаевнаМедведев Владимир Николаевич(73) Патентообладатели Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет Республиканское унитарное предприятие Мостострой(57) 1. Композитный несущий элемент строительных конструкций, включающий фрагмент металлической оболочки, подкрепленной упрочняющими элементами, имеющими полости и расположенными с одной или с обеих наружных поверхностей металлической оболочки,арматуру, расположенную в полостях упрочняющих элементов и вдоль них, заполнитель,например бетон, расположенный в пространстве между и над упрочняющими элементами,отличающийся тем, что арматурные стержни, направленные вдоль упрочняющих элементов, расположены сбоку вплотную к свободным краям упрочняющих элементов и жестко прикреплены к ним. 2. Композитный несущий элемент строительных конструкций по п. 1, отличающийся тем, что упрочняющие элементы изогнуты и/или закручены из плоскости своего первоначального изготовления. 3. Композитный несущий элемент строительных конструкций по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными упрочняющими элементами, расположенными с одной или обеих сторон и направленными под углом к упрочняющим элементам. 43522008.04.30 4. Композитный несущий элемент строительных конструкций по п. 1 или п. 2, или п. 3, отличающийся тем, что в упрочняющих элементах и/или дополнительных упрочняющих элементах на участках наибольшего удаления от металлической оболочки выполнено, по крайней мере, одно отверстие. 5. Композитный несущий элемент строительных конструкций по п. 3, отличающийся тем, что упрочняющие элементы и дополнительные упрочняющие элементы расположены под прямым углом. 6. Композитный несущий элемент строительных конструкций по п. 3 или п. 5, отличающийся тем, что дополнительные упрочняющие элементы, в крайнем случае все, выполнены в виде гнутого арматурного стержня. 7. Композитный несущий элемент строительных конструкций по п. 3, отличающийся тем, что дополнительные упрочняющие элементы снабжены арматурой. 8. Композитный несущий элемент строительных конструкций по п. 1 или 2, отличающийся тем, что снабжен дополнительными арматурными стержнями, направленными вдоль упрочняющих элементов. 9. Композитный несущий элемент строительных конструкций по п. 4 или 7, отличающийся тем, что арматурные стержни, направленные поперек упрочняющих элементов и/или дополнительных упрочняющих элементов, пропущены через отверстия в упрочняющих элементах и/или дополнительных упрочняющих элементах. 10. Композитный несущий элемент строительных конструкций по п. 1 или п. 2, или п. 3, или п. 5, или п. 6, отличающийся тем, что на металлическую оболочку, упрочняющие элементы и дополнительные упрочняющие элементы нанесены изоляция и/или покрытие. 11. Композитный несущий элемент строительных конструкций по п. 1, отличающийся тем, что заполнитель состоит из бетона и/или фибробетона.(56) 1. Проектирование и строительство железных дорог. Экспресс-информация // Реферативное издание. - М. ВИНИТИ, 1993. -21. - С. 14-15, рис. 6. 2. Патент РФ 2181406, МПК Е 01 12/00, Е 04 С 2/24, 2002. Полезная модель относится к строительству, преимущественно к таким областям, как мостостроение, строительство резервуаров, возведение высотных и большепролетных зданий, башен, дымовых труб, градирен, подземных и подводных объектов и т.д. Для сооружений указанных областей недостаточно создания конструкций из классической композиции бетона и стержневой стальной арматуры вследствие фундаментального недостатка бетона - неспособности воспринимать растяжение сколько-нибудь значительной величины, приводящее к нарушению сплошности композита и недопустимое при создании герметичных оболочек и конструкций, воспринимающих многократные динамические воздействия или контактирующих с агрессивной для стали средой. С другой стороны, желательно подкрепление тонкостенных, чувствительных к несовершенствам, стальных оболочечных конструкций железобетонными рубашками, не отделяющимися от стальной части конструкции в сложнейших условиях двух- и трехосного напряженных состояний. Известна конструкция, в которой к стальному листу привариваются соединительные элементы из полос с выштампованными или высверленными отверстиями. Эти полосы привариваются вертикально к поясным листам стальных балок тонкими угловыми швами,возможно, с использованием автоматов. Контакт стали и бетона такого типа обеспечивает надежное сцепление и выносливость как бетона, так и стальной части конструкции. На 2 43522008.04.30 разрушающее усилие не оказывают влияния расположение поперечной арматуры над полосовыми упорами либо пропуск ее через отверстия 1. Такая арматура исключает отслоение бетона от стальных полос. Благодаря проникновению бетона в отверстия стальной полосы образуются бетонные шпонки с двумя поверхностями среза. Однако такая арматура имеет повышенную материалоемкость, сложность выполнения отверстий штамповкой при увеличении толщины ребер, а переход к сверлению или фрезерованию отверстий дает резкий скачок трудоемкости. Наиболее близким к предлагаемой конструкции является композитный несущий элемент строительных конструкций, включающий фрагмент металлической оболочки, подкрепленной упрочняющими элементами, имеющими полости и расположенными с одной или с обеих наружных поверхностей металлической оболочки, арматуру, заполнитель из бетона, расположенный в пространстве между и над упрочняющими элементами. Полости в упрочняющих элементах образованы ломаным очертанием их свободных краев с гладкими участками, находящимися на различных расстояниях от наружной поверхности оболочки. Арматура расположена в полостях упрочняющих элементов поперек их направления и жестко прикреплена к дополнительным, направленным вдоль упрочняющих элементов арматурным стержням, в крайнем случае всем, расположенным над свободными краями упрочняющих элементов, а те дополнительные арматурные стержни, которые вплотную примыкают к упрочняющим элементам, жестко прикреплены к ним на гладких участках наибольшего удаления упрочняющих элементов от оболочки. Упрочняющие элементы могут быть выполнены в виде гнутого арматурного стержня. Заполнитель может иметь пустоты, в крайнем случае все, выполнены в виде каналов 2. Однако в определенных условиях требуется повышение степени долговременной антикоррозионной защиты и обеспечение повышенного гарантированного сцепления металлической конструкции с монолитным заполнителем, совместной их работу как в продольном, так и в поперечном направлениях. Задачей полезной модели является повышение долговременной антикоррозионной защиты и обеспечение максимальной адгезии и механического сцепления монолитного заполнителя с металлической конструкцией за счет изменения металлической конструкции. Решение задачи достигается тем, что композитный несущий элемент строительных конструкций (КНЭСК), включающий фрагмент металлической оболочки, подкрепленной упрочняющими элементами, имеющими полости и расположенными с одной или с обеих наружных поверхностей металлической оболочки, арматуру, расположенную в полостях упрочняющих элементов и вдоль них, заполнитель, например бетон, расположенный в пространстве между и над упрочняющими элементами, согласно полезной модели, арматурные стержни, направленные вдоль упрочняющих элементов, расположены сбоку вплотную к свободным краям упрочняющих элементов и жестко прикреплены к ним. Допустимо, чтобы в КНЭСК, согласно полезной модели, что упрочняющие элементы изогнуты и/или закручены из плоскости своего первоначального изготовления. Допустимо также, чтобы КНЭСК, согласно полезной модели, был бы снабжен дополнительными упрочняющими элементами, расположенными с одной или обеих сторон оболочки и направленными под углом к упрочняющим элементам. Допустимо также, чтобы в КНЭСК, согласно полезной модели, в упрочняющих элементах и/или дополнительных упрочняющих элементах на участках наибольшего удаления от металлической оболочки было бы выполнено, по крайней мере, одно отверстие. Допустимо также, чтобы в КНЭСК, согласно полезной модели, упрочняющие элементы и дополнительные упрочняющие элементы были расположены под прямым углом. Желательно, чтобы в КНЭСК, согласно полезной модели, дополнительные упрочняющие элементы, в крайнем случае все, были бы выполнены в виде гнутого арматурного стержня. 3 43522008.04.30 Желательно также, чтобы в КНЭСК, согласно полезной модели, дополнительные упрочняющие элементы были бы снабжены арматурой. Желательно также, чтобы КНЭСК, согласно полезной модели, был бы снабжен дополнительными арматурными стержнями, направленными вдоль упрочняющих элементов. Целесообразно, чтобы в КНЭСК, согласно полезной модели, арматурные стержни, направленные поперек упрочняющих элементов и/или дополнительных упрочняющих элементов,были бы пропущены через отверстия в упрочняющих элементах и/или дополнительных упрочняющих элементах. Целесообразно также, чтобы в КНЭСК, согласно полезной модели, на металлическую оболочку, упрочняющие элементы и дополнительные упрочняющие элементы были нанесены изоляция и/или покрытие. Целесообразно также, чтобы в КНЭСК, согласно полезной модели, заполнитель состоял бы из бетона и/или фибробетона. Расположение жестко прикрепленных арматурных стержней сбоку вплотную к свободным краям упрочняющих элементов обеспечивает повышение сцепления заполнителя с металлоконструкцией и улучшает технологичность КНЭСКа. Изгиб или закручивание упрочняющих элементов, а также использование дополнительных упрочняющих элементов позволяет обеспечить гарантированное сцепление заполнителя с металлоконструкцией и повышение антикоррозионной защиты, а также учесть влияние всех возможных нагрузок на КНЭСК. Большой выбор геометрических полостей, форм упрочняющих элементов, арматурных стержней, а также пропуск их через отверстия в упрочняющих элементах обеспечивает благоприятные конструктивные условия для создания КНЭСКов, максимально учитывающих конкретные условия, а использование покрытий, например, по системе Стилпэйн и различных наполнителей еще больше расширяет эти возможности. Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид КНЭСКа согласно п. 1 формулы полезной модели, на фиг. 2 - общий вид КНЭСКа с дополнительными арматурными стержнями, направленными вдоль упрочняющих элементов, и арматурными стержнями, направленными поперек упрочняющих элементов и пропущенными через отверстия в упрочняющих элементах, на фиг. 3 - общий вид КНЭСКа с дополнительными упрочняющими элементами и с дополнительными арматурными стержнями,на фиг. 4 - общий вид КНЭСКа с упрочняющими элементами, расположенными с обеих наружных поверхностей металлической оболочки. Композитный несущий элемент строительных конструкций состоит из металлической оболочки 1, заполнителя 6, упрочняющих элементов 2, образующих полости ломаным очертанием их свободных краев с гладкими участками, арматуры 3, расположенной в полостях упрочняющих элементов 2 и вдоль них. Арматурные стержни 3, направленные вдоль упрочняющих элементов 2 и находящиеся к ним вплотную, расположены сбоку и жестко к ним прикреплены на гладких участках наибольшего удаления упрочняющего элемента 2 от оболочки 1. Дополнительные арматурные стержни 4 направлены вдоль упрочняющих элементов 2. КНЭСК может быть снабжен дополнительными упрочняющими элементами 5, расположенными с одной или обеих сторон оболочки 1 и направленными под углом, в крайнем случае прямым, к упрочняющим элементам 2. Дополнительные упрочняющие элементы 5 могут выполняться из гнутого арматурного стержня, а также снабжаться арматурой. В упрочняющих элементах 2 и дополнительных упрочняющих элементах 5 могут быть выполнены отверстия 7, через которые могут быть пропущены арматурные стержни 8, направленные поперек упрочняющих элементов 2 и (или) дополнительных упрочняющих элементов 5. Для улучшения сцепления металла и заполнителя 6 на металлоконструкцию может наноситься покрытие и/или изоляция (покрытие), особенно это целесообразно, когда конструкция будет работать в агрессивной среде, а также в качестве заполнителя можно использовать бетон и (или) фибробетон. 4 43522008.04.30 Возможны три случая образования конструкции с помощью КНЭСК. В первом случае блоки КНЭСК изготавливаются до полной готовности в заводских условиях со свободными от заполнителя краями для обеспечения стыковки на монтаже металлической части композита и омоноличивания швов заполнителем. Причем материал заполнителя швов может отличаться по своим физико-механическим свойствам от основной части заполнителя 6 в монтажных блоках. Во втором случае в заводских условиях изготавливается монтажный блок с односторонним заполнителем 6, и после стыковки металлической части конструкции заполнитель 6 полностью укладывается со стороны другой поверхности оболочки 1, в том числе и в зоне омоноличивания с другой стороны оболочки 1. В третьем случае в процессе сборки или после полной сборки металлической части КНЭСК конструкция полностью омоноличивается на объекте. КНЭСК работает следующим образом. На стадии монтажа металлический каркас полностью воспринимает внешнее воздействие, собственный вес и давление еще не упрочнившегося заполнителя 6 и, возможно, вес монтажного оборудования. На стадии эксплуатации конструкции внутренняя потенциальная энергия деформации накапливается и распределяется между металлической частью и заполнителем 6 в соответствии с закономерностями механики деформирования твердого тела в рамках пространственной задачи. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5