Предварительно напряженная железобетонная мостовая балка и способ ее изготовления

01 1/00, 04 3/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО НАПРЯЖЕННАЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ МОСТОВАЯ БАЛКА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ(73) Патентообладатели Тимохин Павел Николаевич, Подлозный Эдуард Дмитриевич(57) 1. Предварительно напряженная железобетонная мостовая балка, содержащая бетонное тело Т-образной формы, предварительно напряженную непрерывную струнную арматуру, навитую на пару внутренних концевых анкеров, и ненапрягаемую арматуру, отличающаяся тем, что она снабжена комплектами пар внутренних промежуточных анкеров в количестве от одного до пяти комплектов, все анкеры выполнены в виде сплошного тела с закруглением в местах навивки арматуры и снабжены в своей нижней части гнездом, имеющим в поперечном сечении форму усеченного клина, а в продольном - форму параллелограмма, при этом напряженная непрерывная струнная арматура, навитая слоями в виде единого арматурного элемента на комплекты пар анкеров,имеет относительно поперечной оси симметричные и несимметричные, смещенные относительно друг друга,участки армирования, причем количество длин участков армирования равно от двух до двадцати, а каждый анкер на участках симметричного и несимметричного армирования дополнительно обхвачен возвратной петлей напряженной непрерывной струнной арматуры, а начало и конец этой арматуры закреплены на одном из концевых анкеров. 2. Балка по п. 1, отличающаяся тем, что внутренние концевые анкеры снабжены передними выпусками с отверстиями в них, расположенными впереди петель струнной арматуры. 3. Способ изготовления предварительно напряженной железобетонной мостовой балки, включающий установку на фиксаторах в форме пары внутренних концевых анкеров, закрепление концов непрерывной струнной арматуры, навивку ее на анкеры с предварительным натяжением, армирование ненапрягаемой арматурой, формовку, термообработку, снятие нагрузки с фиксаторов и распалубку, отличающийся тем, что одевают на фиксаторы в форме комплекты Фиг. 1 пар внутренних промежуточных анкеров, в количестве от одного до пяти комплектов, при этом все анкеры выполнены в виде сплошного тела с закруглением в местах навивки арматуры и снабжены в своей нижней части гнездом, имеющим в поперечном сечении форму усеченного клина, а в продольном - форму параллелограмма, а фиксаторы выполнены по форме гнезда анкера поворотно-подвижными, закрепляют один конец 3485 1 непрерывной струнной арматуры на внутреннем концевом анкере, затем навивают ее в виде единого арматурного элемента слоями на комплекты пар анкеров, при этом непрерывная струнная арматура имеет относительно поперечной оси симметричные и несимметричные, смещенные относительно друг друга, участки армирования, а количество длин участков армирования равно от двух до двадцати, причем каждый анкер на участках симметричного и несимметричного армирования дополнительно обхватывают возвратной петлей,закрепляют другой конец непрерывной струнной арматуры на внутреннем концевом анкере, причем оба конца арматуры закрепляют на одном анкере, а снятие нагрузки осуществляют путем последовательного изъятия фиксаторов из анкеров симметричными относительно поперечной оси балки парами, от концов к середине балки. Изобретение относится к области строительства, а именно к непрерывно армированным железобетонным конструкциям и способам их изготовления. Известна предварительно напряженная железобетонная мостовая балка таврового сечения с каналами в ребре, с пропущенными через каналы арматурными элементами в виде отдельных напряженных отрезков нитей арматуры и заинъектированными каналами 1. Недостатком данной конструкции балки является отсутствие надежности сцепления арматуры с бетоном и нетехнологичность конструкции, требующая изготовления различных концевых и средних блоков, отсутствия надежности в закреплении натянутых нитей арматуры, неравномерность натяжения нитей арматуры,громоздкость конструкции балки, значительный расход струнной арматуры. Наиболее близкой по технологической сущности является железобетонная мостовая балка, армированная предварительно наряженной непрерывной струнной арматурой, включающая в нижней части три арматурных элемента с симметричными участками длин относительно поперечной оси, проходящей через середину балки, и ненапряженную арматуру. При этом каждый из арматурных элементов, уложенный один в другой, на одном и том же расстоянии по высоте, симметрично относительно продольной оси балки, закреплен на внутренних концевых анкерах каждого арматурного элемента, а центр тяжести каждого арматурного элемента располагается по длине, в среднем сечении балки, а по высоте - на уровне половины высоты арматурного элемента 2. Недостатком данной конструкции предварительно наряженной железобетонной мостовой балки является то, что равнодействующая усилий натяжения всех арматурных элементов расположена в средней части длины балки, и для увеличения несущей способности балки необходимо увеличить расход арматуры. Задачей изобретения устройства является повышение несущей способности, жесткости, трещиностойкости и долговечности балки. Решение поставленной задачи достигается тем, что предварительно наряженная железобетонная мостовая балка, содержащая бетонное тело Т-образной формы, предварительно напряженную непрерывную струнную арматуру, навитую на пару внутренних концевых анкеров и ненапряженную арматуру, при этом балка снабжена комплектами пар внутренних промежуточных анкеров в количестве от одного до пяти комплектов, причем все анкеры выполнены в виде сплошного тела с закруглением в местах навивки арматуры и снабжены в своей нижней части гнездом, имеющим в поперечном сечении форму усеченного клина, а в продольном - форму параллелограмма, при этом напряженная непрерывная арматура, навитая слоями в виде единого арматурного элемента на комплекты пар анкеров имеет относительно поперечной оси симметричные и несимметричные, смещенные относительно друг друга, участки армирования, причем количество длин участков армирования равно от двух до двадцати, а каждый анкер на участках армирования дополнительно обхвачен возвратной петлей напряженной непрерывной струнной арматуры, а начало и конец этой арматуры закреплены на одном из концевых анкеров. В одном из вариантов предварительно напряженная железобетонная мостовая балка выполнена с комплектом пар внутренних концевых анкеров, снабженных передними выпусками с отверстиями в них, расположенными впереди петель струнной арматуры. На фиг. 1 показан продольный разрез нижней части предварительно напряженной железобетонной мостовой балки с предварительно напряженной непрерывной струнной арматурой, с комплектом пар внутренних концевых анкеров и двумя комплектами пар внутренних промежуточных анкеров, на фиг. 2 - то же, план по А-А фиг. 1 нижней части ребра предварительно напряженной железобетонной мостовой балки, на фиг. 3 вид балки с торца, на фиг. 4 - узелфиг. 1 - внутренний концевой анкер с передними выпусками и навитой на него струнной арматурой, на фиг. 5 - схема армирования непрерывной струнной арматуры нечетного слоя участков армирования, на фиг. 6 - то же, что и на фиг. 5 - четного слоя участка армирования, на фиг. 7 - то 3485 1 же, что и на фиг. 5, с обхватом анкеров дополнительно возвратной петлей, на фиг. 8 - то же, что и на фиг. 7, с обхватом каждого промежуточного и концевого анкера возвратной петлей. Предварительно напряженная железобетонная мостовая балка состоит из бетонного тела 1 фиг. 1 Тобразной формы, предварительно напряженной непрерывной струнной арматуры 2 фиг. 1, выполненной в виде единого арматурного элемента, при этом каждый анкер на участках симметричного и несимметричного армирования дополнительно обхвачен возвратной петлей 9 фиг. 7, 8 напряженной непрерывной струнной арматуры 2, навитой на пару внутренних концевых анкеров 3, 4 фиг. 1, 2, 5-8, и ненапрягаемую арматуру (на чертеже не показана), где кроме внутренних концевых анкеров 3, 4 она снабжена комплектом пар внутренних промежуточных анкеров 5-8 фиг. 1, 2, 5-8 в количестве от одного до пяти комплектов, при этом все анкеры 3-8 фиг. 1, 2, 5-8 выполнены в виде сплошного тела с закруглением в местах навивки арматуры 2 фиг. 1 и снабжены в своей нижней части гнездом (на чертеже не показано), имеющим в поперечном сечении форму усеченного клина, а в продольном - форму параллелограмма. Напряженная непрерывная струнная арматура 2, навитая на комплекты пар анкеров слоями фиг. 5, 6 в виде единого арматурного элемента, имеет относительно поперечной оси симметричные и несимметричные, смещенные относительно друг друга, участки армирования фиг. 5, 6, причем количество участков армирования равно от двух до двадцати. Начало и конец этой арматуры 2 фиг. 1 закреплены на одном из внутренних концевых анкеров 3 или 4 фиг. 2. В одном из вариантов внутренние концевые анкеры 3, 4 снабжены передними выпусками 10 с отверстиями в них, расположенными впереди петель 9 струнной арматуры 2 фиг. 4. Конструкция внутренних промежуточных анкеров и их фиксаторов выполнены по патенту РФ 1052638. Конструкция внутренних концевых анкеров выполнена по патенту РФ 2070263. Придание каждому участку армирования самостоятельности в работе, при увеличении анкеровки арматуры, при обхвате каждого анкера дополнительно возвратной петлей арматуры, выполнено по патенту РФ 1649068. Предлагаемая конструкция предварительно напряженной железобетонной мостовой балки с навитой на внутренние анкера, остающиеся в бетоне, непрерывной напряженной струнной арматуры, в виде единого арматурного элемента, предотвращает ползучесть струнной арматуры в бетоне, а обхват концевых и промежуточных анкеров дополнительно возвратной петлей превращает каждый участок между анкерами в самостоятельный, имеющий равнодействующую, расположенную в точках по длине балки в середине каждого участка. Применение в армировании симметричных и несимметричных участков арматуры создает возможность сократить расход высокопрочной проволоки не менее чем на 30 . Применение внутренних анкеров в виде цельного сплошного тела, с гнездом в нижней части, позволяет сохранить замкнутую петлю на анкере, что изменяет характер работы арматуры в бетоне и позволяет использовать конструкцию данного анкера не только как для внутреннего концевого, но и для внутреннего промежуточного анкера. Применение комплекта одной пары внутренних промежуточных анкеров создает по длине балки три участка армирования. При длине железобетонных балок в пределах 33-42 метров и более создается возможность использовать комплекты до пяти пар внутренних промежуточных анкеров, создавая рациональное деление арматуры на участки с необходимым количеством участков, в соответствии с эпюрой изгибающих моментов. Применение больше, чем двух комплектов пар внутренних промежуточных анкеров создает возможность образовать до двадцати участков армирования. При этом прочность конструкции зависит не только от сцепления бетона с арматурой, но и, главным образом, от прочности на разрыв самой арматуры, а разделение всей арматуры на участки за счет промежуточных анкеров способствует повышению усилия натяжения арматуры при навивке, что позволяет регулировать напряжения в наиболее нагруженных участках балки по эпюре изгибающих моментов, избегая переармирования в менее нагруженных участках. Полное использование арматурной проволоки с учетом ее работы на разрыв создает возможность дополнительно сократить расход арматуры не менее чем на 30 по сравнению с прототипом, с учетом работы сжатой зоны бетона. Известен способ изготовления предварительно напряженной железобетонной мостовой балки таврового сечения, собираемой из отдельных блоков, выполненных с каналами в ребре, с последующим пропусканием пучков арматуры, с натяжением ее на затвердевший бетон, закрепление концов отдельных нитей арматуры конусом-клином во втулке и инъектированием каналов 1. Недостатком данного способа является отсутствие надежности сцепления арматуры с бетоном и нетехнологичность конструкции, требующая изготовления различных концевых и средних блоков, отсутствие контроля надежности закрепления натянутых нитей арматуры, а также - усилия натяжения каждой нити арматуры, значительный расход арматуры в виду необходимости напрягать ее на всю длину балки и наличие концевых отходов, трудоемкость при сборке балки из блоков. 3 3485 1 Наиболее близким по технологической сущности способом изготовления железобетонной мостовой балки является способ, где армирование балки осуществляют предварительно напрягаемой непрерывной струнной арматурой, с навиванием ее на внутренние анкеры в виде трех арматурных элементов различной длины,с расположением их в нижней части балки, с симметричными участками относительно поперечной оси, проходящей через середину балки, и устанавливают ненапрягаемую арматуру. При этом каждый из арматурных элементов укладывают на фиксаторы один в другой, на одном и том же расстоянии по высоте, симметрично относительно продольной оси балки, и они закрепляются на комплектах пар внутренних концевых анкеров, а равнодействующие усилий предварительного натяжения каждого арматурного элемента располагаются в среднем сечении длины балки, а по высоте - на уровне половины высоты арматурного элемента 2. Недостатком данного способа изготовления железобетонной мостовой балки является то, что равнодействующая усилия предварительного напряжения всех арматурных элементов располагается в среднем сечении длины балки и используется нерационально при работе на изгиб, а для увеличения несущей способности балки требуется увеличить расход арматуры. Кроме того, наличие гибких анкеров в виде пластин вызывает падение напряжения в арматурных элементах после изъятия фиксаторов из формы. Кроме того, способ изготовления балки обладает значительной трудоемкостью, так как первоначально необходимо изготовить арматурные элементы в кассетах, а затем установить их в форму, а при распалубке затрудняется процесс освобождения кассеты от напряженной арматуры и изъятие фиксаторов анкеров из бетона балки. Задачей изобретения способа изготовления предварительно напряженной железобетонной мостовой балки является повышение технологичности процесса изготовления ее при сокращении расхода напрягаемой арматуры и снижении трудозатрат. Выполнение указанной задачи достигается тем, что способ изготовления предварительно напряженной железобетонной мостовой балки, включающий установку на фиксаторах в форме пары внутренних концевых анкеров, закреплении концов непрерывной струнной арматуры, навивку ее на анкеры с предварительным натяжением, армирование ненапрягаемой арматурой, формовку, термообработку, снятие нагрузки с фиксаторов и распалубку, при этом одевают на фиксаторы в форме комплекты пар внутренних промежуточных анкеров, в количестве от одного до пяти комплектов, при этом все анкера выполнены в виде сплошного тела с закруглением в местах навивки арматуры и снабжены в своей нижней части гнездом, имеющим в поперечном сечении форму усеченного клина, в продольном - форму параллелограмма, а фиксаторы выполнены по форме гнезда анкера, поворотно-подвижными, причем закрепляют один конец непрерывной струнной арматуры на внутреннем концевом анкере, затем навивают ее в виде единого арматурного элемента слоями на комплекты пар анкеров, при этом напряженная непрерывная струнная арматура имеет относительно поперечной оси симметричные и несимметричные, смещенные относительно друг друга, участки армирования, а количество участков армирования равно от двух до двадцати, причем каждый анкер на участках симметричного и несимметричного армирования дополнительно обхватывают возвратной петлей, закрепляют другой конец непрерывной струнной арматуры на внутреннем концевом анкере, причем, оба конца струнной арматуры закрепляют на одном анкере, а снятие нагрузки осуществляют путем последовательного изъятия фиксаторов из анкеров симметричными относительно поперечной оси балки парами, от концов к середине балки. На фиг. 1 показана предварительно напряженная железобетонная мостовая балка с продольным разрезом нижней части с предварительно напряженной непрерывной струнной арматурой, с комплектами пар внутренних концевых анкеров и двух комплектов пар промежуточных анкеров, на фиг. 2 - то же, план нижней части ребра балки, на фиг. 3 - вид балки с торца, на фиг. 4 - узелфиг. 1 - внутренний концевой анкер с передними выпусками и навитой на него струнной арматурой, на фиг. 5 показана принципиальная схема способа навивания непрерывной струнной арматуры нечетного слоя участков симметричного и несимметричного армирования с обхватыванием анкеров на 180, на фиг. 6 - то же, что и на фиг. 5, но четного слоя армирования, на фиг. 7 - то же, что и на фиг. 5, но с обхватыванием анкеров дополнительной возвратной петлей, на фиг. 8 - то же, что и на фиг. 5, но с обхватыванием каждого промежуточного и концевого анкера возвратной петлей. Способ изготовления предварительно напряженной железобетонной мостовой балки, включающий установку на фиксаторах в форме (на чертеже не показаны) пары внутренних концевых анкеров 3, 4 и промежуточных анкеров 5, 6, 7, 8, с закреплением начала струнной арматуры на внутреннем концевом анкере 3, с последующим навиванием участка струнной арматуры 11 на внутренние промежуточные анкеры 5, 6, 7, 8, с обхватом их дополнительными петлями 9 фиг. 8, с образованием при этом участков от третьего до пятого анкера - 11, от пятого до шестого анкера - 11, от шестого до седьмого - 11 с, от седьмого до восьмого анкера - 11, аналогично навивают участок струнной арматуры 12 от анкера 8 к анкеру 3 на промежуточные анкеры 7, 6, 5 с обхватом их дополнительными петлями 9 фиг. 7, 8, с образованием при этом участков - от анкера 8 к анкеру 7 - 12 а, от анкера 7 к анкеру 6 - 12 в, от анкера 6 к анкеру 5 - 12 с, от анкера 5 к анкеру 3 - 12. Аналогично участку 11 навивают участки 13 а, 13 в, 13 с, 13, далее от анкера 8 к анкеру 6 участки 14 а и 14 в, и в дальнейшем участок 15 от анкера 6 к анкеру 7, и далее от анкера 7 к анкеру 6 участок 16, затем участок 17 4 3485 1 от анкера 6 к анкеру 7 и снова от анкера 7 к анкеру 5 участки 18 а, 18 в, и далее от анкера 5 к анкеру 4 участки 19 а, 19 в, 19 с, 19, затем от анкера 4 к анкеру 5 участки 20 а, 20 в, 20 с, 20 и снова от анкера 5 к анкеру 4 участки 21 а, 21 в, 21 с, 21 и далее от анкера 4 к анкеру 3 участки 22 а, 22 в, 22 с, 22, 22 е, обхватывая дополнительными петлями 4, 8, 7, 6, 5, 3. На этом навивание первого (нечетного) слоя заканчивается фиг. 5, 7, 8. Аналогично навивке первого (нечетного) слоя навивают последующие (нечетные) слои 3, 5, 7 и т. д. После навивки первого (нечетного) слоя, продолжают навивать струнную арматуру второго (четного) слоя, начиная от анкера 3 к анкеру 4 участками 23 а, 23 в, 23 с, 23, 23 е фиг. 6, далее - от анкера 4 к анкеру 5 участками 24 а, 24 в, 24 с и 24 , затем - от анкера 5 к анкеру 4 фиг. 6, 7 участками 25 а, 25 в, 25 с, 25, далее от анкера 4 к анкеру 5 участками 26 а, 26 в, 26 с, 26, затем от анкера 5 к анкеру 7 участками 27 а, 27 в, далее от анкера 7 к анкеру 6 участком 28 фиг. 6, затем - от анкера 6 к анкеру 7 участком 29, далее снова от анкера 7 к анкеру 6 участком 30, затем от анкера 6 к анкеру 3 участками 31 а, 31 в, далее - от анкера 8 к анкеру 3 участками 32 а, 32 в, 32 с, 32, затем от анкера 3 к анкеру 8 участками 33 а, 33 в, 33 с, 33, далее от анкера 8 к анкеру 3 участками 34 а, 34 в, 34 с, 34. На этом навивку второго (четного) слоя заканчивают, фигура не приведена. Образование вышеуказанных участков сопровождается обхватом комплектом пар указанных концевых и промежуточных анкеров возвратными петлями 9 фиг. 8 аналогично первому (нечетному) слою. Таким образом, второй (четный) слой является симметричным, повернутым в плоскости на 180, относительно продольной оси балки. Последующие четные - 4, 6, 8 и т. д. слои навивают по схеме навивки второго четного слоя. Технико-экономический анализ разработанной конструкции предварительно напряженной железобетонной мостовой балки и способа ее изготовления показывает, что для мостовых балок длиной 15-33 м вследствие анкеровки каждого участка последовательного армирования и полного использования несущей способности струнной арматуры, с разделением ее на симметричные и несимметричные участки армирования, при учете дополнительных комплектов пар внутренних промежуточных анкеров, позволит получить экономию напряженной струнной арматуры не менее 30 по сравнению с прототипом. Обхват дополнительными возвратными петлями каждого внутреннего анкера позволит увеличить несущую способность предварительно напряженной железобетонной мостовой балки и дополнительно снизить расход напрягаемой струнной арматуры еще на 30 . Устройство в комплекте пар внутренних концевых анкеров передних выпусков с отверстиями в них позволит соединять между собой мостовые балки с предварительным натяжением и тем самым обеспечит работу балки как неразрезной, позволит сэкономить не только струнную арматуру, но и уменьшить поперечное сечение балки в местах стыков за счет создания непрерывного предварительного натяжения в балке, в сочетании с армированием ее по эпюре изгибающих моментов. Способ изготовления предварительно напряженной железобетонной мостовой балки путем навивки струнной арматуры слоями в виде единого арматурного элемента на комплекты пар внутренних концевых и промежуточных анкеров на участках последовательного армирования, симметричными и несимметричными участками армирования, смещенными относительно друг друга в четных и нечетных слоях, позволит экономно использовать непрерывную струнную арматуру, навивая ее механизированным способом и тем самым повышая производительность труда на арматурных работах в 5-8 раз по сравнению с прототипом. Процесс снятия нагрузки при распалубке, сопровождающийся механизированным изъятием подвижноповоротных фиксаторов из анкеров, позволит сохранить напряжения в петлях непрерывной струнной арматуры и значительно снизит усадочные напряжения в бетоне балки, избегая возникновения значительных деформаций растяжения в верхнем слое бетона балки при снятии нагрузки с фиксаторов и передачи напряжения на бетон балки. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.