1.1. сталебетонные балки с использованием бетонов с разным коэффициентом линейного расширения.
Сталебетонные конструкции в целом и сталебетонные балки в частности получают все большее распространение в строительстве. Эти конструкции, по сравнению с традиционными железобетонными, являются более экономичными. Таким образом, задача их оптимизации является актуальной.
сталебетонная балка, содержащая бетон замоноличивания и составной двутавр из двух гнутых швеллеров, соединенных на винтах-само резах, имеющих анкерные составляющие.
1. Сталебетонная балка, включающая оцинкованные стальные тонкостенные профили, бетон заполнения, отличающаяся тем, что тонкостенные профили образуют двутавровое сечение с дополнительной полкой, в котором вы штампованы рифы в стенках и полках минимум в два ряда с переменным шагом, уменьшающимся к опорам.
2. Сталебетонная балка, у которой верхняя полость двутаврового сечения заполнена напрягающим бетоном с повышенной деформацией расширения, а нижняя полость - бетоном с обычной деформацией.
3. Сталебетонная балка, относится к области строительства и может быть использована в качестве балок перекрытий жилых и общественных зданий.
Известна сталебетонная балка, включающая стальной двутавровый профиль с приваренными к стенкам профиля стад-болтами и бетоном замоноличивания.
4. Недостатками сталебетонной балки являются: большая материалоемкость из-за прокатного профиля и трудоемкость изготовления сталебетонной балки. Сначала надо приварить стад-болты к стенкам, затем производить бетонирование боковых поверхностей.
Известна сталебетонная балка, содержащая бетон замоноличивания и составной двутавр из двух гнутых швеллеров, соединенных на винтах-само резах, имеющая анкерные элементы.
5. Сталебетонная балка включает оцинкованные тонкостенные стальные профили 1 и 2, бетоны замоноличивания 3 и 4. Для обеспечения совместной работы стальных тонкостенных профилей 1, 2 и сцепления с бетоном в полках и в стенках вы штампованы рифы 5 с шагом а1, а2, а3и тд. с уменьшением к опорам балки. Верхняя полость профиля заполнена расширяющимся бетоном 3, нижняя полость - усадочным бетоном 4. (рис 1)
Для защиты от интенсивной коррозии из-за применения расширяющегося бетона, стальные профили 1 и 2 покрыты оцинковкой или полимерным лакокрасочным покрытием.
6. Изготовление сталебетонной балки выполняют в следующей последовательности.
В заводских условиях сначала изготавливают двутавровую балку из двух швеллеров 1, двух гнутых швеллеров 2 с рифами 5.
После подготовительных процедур производят замоноличивание бетоном 3 и 4 боковых полостей с одной стороны двутавра. После приобретения прочности бетона 3 и 4 на одной стороне, переворачивают профиль на другую боковую сторону и замоноличивают бетоном 3 и 4 эту сторону.
7. Сталебетонная балка направлена на улучшение технологичности и снижение трудоемкости изготовления, увеличение жесткости и общей несущей способности составной сталебетонной балки.
Результат достигается тем, что в стенках профиля вовнутрь сечения вы штампованы рифы с переменным шагом, уменьшающимся к опорам.
Результат достигается также тем, что верхняя полость двутаврового сечения заполнена расширяющимся бетоном, а нижняя - усадочным бетоном (тяжелым или легким).
- Численные расчеты показали: для балки пролетом 6 м с сечением, заполненным в нижней части обычным бетоном (усадка 1 мм/м), в верхней части - расширяющимся бетоном (деформация расширения 2 мм/м) высотой расширяющегося и обычного бетона по 10 см., соответственно, прогиб от собственного веса балки составил 1 мм, а выгиб от действия внутренних напряжений расширения и усадки бетона -7,5 мм.
8. Изготовленная в такой последовательности сталебетонная балка увеличивает прочность стального профиля, обеспечивает хорошее сцепление составного двутавра по всей контактной поверхности с бетоном и уменьшается материалоемкость, повышается общая жесткость и несущая способность балки за счет применения бетонов с разными деформативными свойствами.
Рис(1) фиг.1
Рис(1) фиг.2
фиг. 1 изображена сталебетонная балка, состоящая из тонкостенных профилей с рифами.
фиг. 2 изображена составная балка в разрезе А-А, состоящая из двух тонкостенных швеллеров, образующих двутавровое сечение и из двух других профилей, образующих средние полки, с полостями заполненными бетонами с разными физико-механическими характеристиками.
- Расширяющийся бетон: состав материала
Бетон расширяющийся (ГОСТ 32803-2014) — это материал, содержащий в своем составе напрягающий цемент или специальные расширяющие добавки для формирования предварительного напряжения конструкций в период твердения смесей.
В результате таких условий схватывания раствора, удается получить расширяющийся бетон, обладающий повышенной плотностью, водонепроницаемостью и долговечностью (см. видео в этой статье).
Объемные деформации конструкций
При производстве железобетона, во время гидратации цемента образуются коллоидные и кристаллические образования, которые по-разному могут влиять на процессы деформации, происходящие в цементном камне. Процесс образования трещин
Коллоидные образования в период твердения смесей уплотняются и способствуют появлению усадочных раковин.
А образуемые кристаллы, при определенных температурных условиях в момент гидратации цементного камня, могут увеличиваться в объеме, провоцируя тем самым тепловое расширение бетона, приводящее к появлению трещин на поверхности конструкций.
Усадочные деформации
Усадка по механизму возникновения делится на два вида усадочное напряжение (расширение) усадочная деформация. Интенсивность протекания таких деформаций зависит от показателей влажности и температуры окружающей среды. Изменения, происходящие в результате усадочной деформации, в сочетании с таким явлением, как линейное расширение бетона, значительно снижаюттрещиностойкость и долговечность сооружений.
Первооснова усадки — это протекающий в течение некоторого времени процесс снижения линейных размеров смеси, вызванный физико-химическими реакциями, происходящими на тот момент в структуре изделия.
График изменения величины усадки во времени
Усадочные процессы можно распределить на несколько этапов: пластическая деформация, происходящая в момент схватывания смеси; усадка, вызванная последующим твердением смесей (до 28 дней); деформации, происходящие в зрелом возрасте (более 28 дней). Коэффициент усадки представляет собой условное процентное отношение изменения начального объема материала в сравнении с его конечным значением, и обычно не превышает 1,5%. Линейная температурная деформация .Линейное расширение — это объемные трансформации, происходящие в структуре материала под воздействием внутренних или внешних температурных факторов.Коэффициент линейного расширения железобетона (?). Это относительное увеличение линейных размеров конструкций при повышении температуры на 1 K в стандартных условиях.
Коэффициент теплового расширения бетона. Его величина, зависит от температуры и сравнительной влажности окружающей среды. Данный параметр неразрывно связан с показателем теплопроводности материала.
На заметку: Последнее значение представляет собой способность изделия аккумулировать, или проводить тепло через свою структуру. Чем выше плотность — тем выше этот параметр. Коэффициент линейного расширения бетона. Равен 0,00001 (°С)-1 — то есть, при повышении температуры до +50°С, линейное расширение будет иметь значение 0,5 мм/м. Коэффициент расширения бетона. Также зависит от марки цемента и состава заполнителей. Заполнитель и цементный камень владеют разными коэффициентами теплового расширения. Поэтому, при изменении температурных условий эти компоненты ведут себя неодинаково, в результате чего возникают объемные напряжения в структуре изделия, способствующие образованию трещин как на поверхности, так и внутри материала. Для предотвращения трещинообразования, температурного расширения и усадочных деформаций в современном строительстве предусмотрен целый комплекс мероприятий:
• расширительные швы в бетоне (деформационные или температурные);
• повышение частоты армирования конструкций;
• разделение монолитных поверхностей на отдельные автономные блоки и др.
Однако все эти методы значительно повышают себестоимость строительства и не всегда действуют результативно в отношении повышения эксплуатационных характеристик. Наиболее эффективным способом устранения вышеописанных недостатков является использование расширяющихся и напрягающих вяжущих.
Коэффициент расширения бетона
Меняющийся размер бетона, из-за влияния температуры, обозначается коэффициентом расширения бетона. Размер этого коэффициента расширения бетона равен 0.00001 (?С)-1, а это означает, что если температура изменится на 80 ?С, то расширение будет около 0.8 мм/м. Получается, что для любой бетонной постройки требуются температурные швы.
Коэффициент линейного расширения бетона связан с характеристиками теплопроводности и теплоемкости. Он определяет изменение линейного размера материала при воздействии на него высокой или низкой температуры. При строительстве домов с применением бетонирования производят расчеты с учетом удельной теплоемкости.
Коэффициент расширениябетонаравен 0,00001*градусы по Цельсию в минус первой степени. Если температура изменяется в пределах от -40?С до +40?С, то расширение бетона может достигать 0,8 мм/м. Для снижения риска растрескивания поверхность разделяют температурно-усадочными швами.
Под теплоемкостью бетона понимают количество тепла, которое необходимо передать материалу для изменения его температуры на одну единицу. Размер бетона, изменяющийся под воздействием температуры, называют коэффициентом температурного расширения. Под теплоемкостью бетона понимают количество тепла, которое необходимо передать материалу для изменения его температуры на одну единицу. Размер бетона, изменяющийся под воздействием температуры, называют коэффициентом температурного расширения. бетоны с высоким коэффициентом теплового расширения менее устойчивы к температурным изменениям, чем смеси с меньшим значением. При этом данный коэффициент не является характеристикой долговечности материала, который подвергается быстрым и частым изменениям температуры.
Быстрое изменение температурного режима может стать причиной разрушения.
-Численные расчеты показали: для балки пролетом 6 м с сечением, заполненным в нижней части обычным бетоном (усадка 1 мм/м), в верхней части - расширяющимся бетоном (деформация расширения 2 мм/м) высотой расширяющегося и обычного бетона по 10 см., соответственно, прогиб от собственного веса балки составил 1 мм, а выгиб от действия внутренних напряжений расширения и усадки бетона -7,5 мм.
8. Изготовленная в такой последовательности сталебетонная балка увеличивает прочность стального профиля, обеспечивает хорошее сцепление составного двутавра по всей контактной поверхности с бетоном и уменьшается материалоемкость, повышается общая жесткость и несущая способность балки за счет применения бетонов с разными деформативными свойствами.
Изобретение направлено на повышение общей несущей способности и жесткости балки, устойчивости ее стенки, на понижение материалоемкости и упрощение изготовления. Результат достигается тем, что сталежелезобетонная балка выполнена в виде заполненной армированным бетоном металлической формы из пары фигурных тонкостенных оболочек, образующих верхний, нижний пояса и вертикальную плоскую стенку, согласно изобретению для обеспечения постоянного размера поперечного сечения верхнего пояса, в вертикальном Лист № документа участке тонкостенной оболочки вы штампованы шпильки с загибами и зацеплены за сеточную арматуру. Результат достигается также тем, что для улучшения совместной работы нижнего пояса и стенки загнутые продольные кромки нижнего пояса с продольными краями стенки соединены посредством сварки.
Сталежелезобетонная балка включает пару фигурных тонкостенных оболочек
1. Каждая из оболочек имеет верхний участок 2, образующий верхний пояс балки, вертикальный плоский участок 3, образующий стенку, горизонтальный участок 4, образующий нижний пояс.
Для обеспечения постоянного размера верхнего пояса загнутые концы двухветвевых шпилек 5 верхнего участка 2 соединены с сеточной арматурой 6, сварная сеточная арматура 6 на определенном уровне зафиксирована полукруглым фиксатором 11. Полость оболочек 1 между верхними участками 2 заполнена бетоном 7. Верхние участки 2 оболочек для обеспечения сцепления с бетоном 7 снабжены рифами 8. Вертикальные плоские участки 3, образующие стенку балки, соединены между собой загибами шпилек 9.
На плоских участках 3 оболочки 1 для обеспечения устойчивости стенки выштампованы ребравыступы 10 полукольцевого сечения, с переменным шагом –
Сталежелезобетонная балка
Рис( 2)
1.2 Сталебетонные плиты перекрытия с использованием бетонов с разной деформацией линейного расширения
Численные исследования сталежелезобетонных перекрытий наглядно показывают последовательность развития напряжений и прогибов в железобетонной плите и в стальных ребрах-балках: - деформации (напряжения) в плите развиваются от более напряженной зоны к менее напряженной, от середины балки к ее концам; - в анкерных стержнях напряжения увеличивается по мере отдаления от середины балки, а по высоте анкера — по мере приближения к контактной поверхности слоев, на поверхности верхнего пояса стального профиля отчетливо видны зоны напряжений по которым можно судить о величине зон смятия бетона.
Численные исследования вариантов конструкций сталежелезобетонного перекрытий по огнестойкости показали, что степень огнестойкости у первого и второго вариантов конструкций находится в пределах REI45 и может быть рекомендовано для малоэтажных зданий (3-5 эт.) без разработки дополнительных мер безопасности, а у сталежелезобетонного перекрытия со вкладышами степень огнестойкости приближается к ребристым железобетонным перекрытиям и может быть рекомендовано для многоэтажных гражданских зданий (>5 эт.
В настоящее время широкое распространение получили сталебетонные плиты покрытий и перекрытий промышленных и гражданских зданий. Этому способствуют возможность использования внешней арматуры в качестве опалубки при монолитном способе возведения сооружений; совмещение функций рабочейарматуры с защитным ограждением; монтажа стыков элементов без дополнительных закладных деталей и выступающих частей; упрощения крепления различных коммуникаций и оборудования; понижения высоты элементов за счетотсутствия защитного слоя и компактного расположения арматуры. Отмеченные конструкции имеют преимущество по сравнению с традиционными железобетонными.
Технический результат изобретения заключается в повышении несущей способности по нормальному и наклонному сечениям сталебетонной плиты. Способ изготовления перекрытия включает укладку поперечной арматуры пильчатой формы с переменным шагом, уменьшающимся к опорам. Далее на нее в гофры стального настила укладывают продольную арматуру, затем монолитный бетон
Способ изготовления монолитного сталебетонного перекрытия, включающий укладку на профнастил поперечной и продольной арматуры и последующее заполнение плиты монолитным бетоном, отличающийся тем, что сначала на профнастил укладывают с переменным шагом, уменьшающимся к опорам, поперечную арматуру пильчатой формы, а затем на нее в желоба профнастила укладывают продольную арматуру и замоноличивают плиту бетоном. Известны способы изготовления монолитных перекрытий, содержащие гофрированные листы, включающие укладку арматуры на настилы и их последующее бетонирование [см. Рекомендации по проектированию монолитных железобетонных перекрытий со стальным профилированным настилом, М., Стройиздат. 1987, стр. 6-7]. Такие способы не армируют растянутую зону изгибаемых элементов и отсутствует поперечная арматура, что является недостатком.
Прототипом изобретения является способ изготовления монолитного перекрытия, включающий укладку продольной арматуры на профнастил с ее фиксацией поперечной арматурой вдоль гофр настила. Такой способ требует изготовления специальных сеток, а потом их укладки и бетонирования, что ведет к трудоемкости изготовления.
Изобретение направлено на уменьшение трудоемкости изготовления монолитных перекрытий, содержащих продольную и поперечную арматуру.
Цель достигается тем, что сначала на стальной профнастил укладывают поперечную арматуру пильчатой формы с переменным шагом, уменьшающимся к опорам, а на нее укладывают продольную арматуру (которая «проваливается» в гофры стального настила и автофиксирует вертикальное положение поперечной арматуры), затем бетонируют плиту.
Способ поясняется чертежом, где на фиг. 1 в аксонометрии показан фрагмент монолитной плиты.
Монолитная плита (фиг. 1) состоит из профнастила 1, поперечной арматуры пильчатой формы 2, рабочей арматуры 3 и заполнения 4 (например, бетона).
Способ выполняется в следующей последовательности. Стальной профнастил 1 сначала устанавливают на опоры 5, затем поперечную арматуру 2 пильчатой формы (фиг. 1), а на нее в желоба профнастила укладывают продольную арматуру 3, которая под своим весом «проваливается» в желоба плиты 1 и фиксирует положение всей арматуры 2 и 3 в проектное положение, после чего плиту монолитят, например, бетоном 4.
Шаг укладки поперечной арматуры а1, а2, а3... в плите определяется расчетом как поперечной арматуры в железобетонных элементах.
Способ позволяет упростить изготовление плиты, так как положение фиксации продольной и поперечной арматуры в плите фиксируется автоматически и в местах пересечения арматур до бетонирования должно фиксироваться, например, вязальной проволокой.
Способ по сравнению с известными решениями обеспечивает упрощенные изготовления, уменьшение материалоемкости, обеспечивает повышенную несущую способность по нормальному и наклонному сечениям сталебетонной плиты. Наиболее эффективен для изготовления монолитных перекрытий пролетами от 3 до 8 м.
Рис(3)
1.3 Исследования самонапряжённых сталебетонных балок и плит
Преднапряжение в железобетонных и металлических конструкциях нашло достойное применение, а в сталежелезобетонных конструкциях пока не нашло такого распространения, хотя из литературы известны эпизодичные использования преднапряжения. Применение предварительного напряжения в металлических конструкциях позволяет уменьшить деформативность и расход металла, в железобетонных конструкциях, улучшает трещиностойкость, повышает эффективность использования высокопрочной арматуры.
Выявление напряженно-деформированногосостояниясталежелезобетонной балкисусадкитакже применениеегос цельюсамонапряжениясчитается важной проблемой.Во заметке повергнуты технология,модификации расплатысталежелезобетонной балки,заключающегося с металлическихребер-жилье также бетонированноговерхнегозоны,предоставляются умозаключительные формулировки с целью расплатысталежелезобетонной балкиизображенного разреза.
В сталежелезобетонной балке, благодаря наличию жесткой стальной арматуры (двутавра), как основного составляющего сечения при усадке бетона возникает внутреннее напряженное состояние, а при подведении временных опор в пролетной зоне при твердении бетона фиксируется внутреннее напряженно-деформированное состояние, создавая самонапряженную конструкцию.
Для исследования особенностей НДС, а также пространственной работы сталежелезобетонных плит изготовлена и испытана крупномасштабная модель перекрытия в масштабе 1 : 2, которая имела следующие геометрические параметры и составляющие: железобетонная плита шириной 6000 мм, длиной 6000 мм и высотой 60 мм, подкрепленная четырьмя стальными балками длиной 6000 мм, расположенные на расстоянии 1500 и 1200 мм по концам друг от друга , обычный бетон составная балка нежный часть балка коэффициент линейного украшения от усадки бетона составляет 30kg/cm^2 и верхний часть составная балка коэффициент линейного украшения от усадки бетона с расширяющимся цементом составляет 0 .
Совместность работы стальных ребер и железобетонной плиты достигалась за счет двух рядов вертикальных анкерных стержней высотой 60 мм, приваренных по всей длине к верхнему поясу стальных двутавров с шагом 150 мм по концам на четверти пролета и 200 мм — в середине на половине пролета.
Армирование бетонной плиты модели перекрытия производилось арматурными сетками из проволоки o4 В500 с шагом 200 мм по классической схеме для ребристых неразрезных железобетонных плит.
В последние годы наметилась тенденция расширения применения сталежелезобетонных конструкций в отечественной строительной практике, что
актуализирует дальнейшие их напряженно-деформированного состояния (НДС). Для выявления НДС сталежелезобетонных конструкций применяют различные методы: от аналитических до экспериментальных. Экспериментальные исследования дают наиболее обширные и глубокие знания для выявления особенностей поведения сталежелезобетонных натурных конструкций . Многие исследователи для наиболее быстрого выявления НДС сталежелезобетонных конструкций используют мало затратные численные эксперименты, используя пакет программ, однако натурные эксперименты, несмотря на материальные и трудовые затраты,
дают наиболее правдивые показатели поведения конструкций в реальных условиях
эксплуатации. Сталежелезобетонные мостовые конструкции экспериментально достаточно широко исследованы Экспериментальные исследования сталежелезобетонных перекрытий гражданских зданий, обладающих
значительной гибкостью по сравнению с мостовыми пролетами, позволяют
выявить новые качественные данные их НДС.
Исследования преднапряженных
сталежелезобетонных балок, позволили выявить некоторые закономерности
их поведения, а приводимые аналитические зависимости позволяют оценить
их несущую способность. Наряду с самостоятельным их применением как
несущий элемент, балки очень часто являются основным несущим
элементом перекрытий, состоящих из плиты и ребер-балок. В перекрытиях
наряду с применением преднапряженных балок, можно пред напрячь саму
плиту. Преднапряжение плиты позволяет уменьшить деформативность ее,
увеличивает прочность и шаг подкрепляющих ребер-балок, тем самым
уменьшает количество балок.
1.3 Выводы и постановка задач исследований.
Сталежелезобетонные изгибаемые конструкции достаточно широко применяется странах Евросоюза, из-за возможности и наличия применения передовых технологий монтажа, методов возведений зданий, существующей объемной нормативной базы по расчету и применению таких конструкций как в жилищном, промышленном, так и в дорожном строительстве.
Существенную роль во внедрении сталежелезобетонные конструкций в странах ЕС играет так же тот факт, что основной политикой государств, входящих в союз является удешевление и облегчение объектов капитального строительства.
В свою очередь, применение сталежелезобетонные конструкций на территории Российской Федерации сдерживается отсутствием государственных норм по расчету таких конструкций (существуют лишь стандарты организаций по применению монолитных перекрытий с несъемной опалубкой из профилированного листа), отсутствие индустриальных методов изготовления СЖБ конструкций, отсутствие производственной базы (технической оснащенности) и опыта подрядных организаций.
