Металеві конструкції

КОНСТРУКЦІЇ ЗВИЧАИНИХ ТА ПОПЕРЕДНЬО НАПРУЖЕНИХ СТАЛЕБЕТОННИХ БАЛОК

Сьогодні у будівництві застосовують конструкції зі зовнішнім армуванням — балки, підкранові балки, ригелі каркасних будівель, балки пере­криття і покриття, кроквяні ферми, внаслідок чо­го в попередньо напружених балкових конструк­ціях досягають додаткової економії високоміцної сталі за рахунок зміни поперечного перерізу ар­матури по довжині прольоту відповідно до зміни згинального моменту або розрахункового зусилля.

Як відомо, в розрізних попередньо напруже­них залізобетонних згинаних елементах, армова­них стержнями, струнами, пучками та тросами, поперечний переріз арматури по довжині не змі­нюється, що пояснюється конструктивною склад­ністю обриву та натягу цієї арматури в межах прольоту (див. рис. 10.9,а).

У попередньо напружених сталебетонних бал­кових конструкціях зі зовнішнім армуванням пе­реріз стрічкової арматури по довжині згідно з ха­рактером епюри згинального моменту легко змі­нюється внаслідок зміни ширини або товщини стрічкової сталі.

Ще більшої економічної ефективності досяга­ють завдяки застосуванню стрічкової арматури в поєднанні зі стержневою (рис. 10.9,6). У цьому випадку до внутрішньої поверхні стрічкової ар­матури просторового каркасу в межах місць зміни перерізу поздовжніми швами приварюють кінці арматурних стержнів. Одержаному таким чином арматурному пакету зі стрічкової та стержневої арматури надають попереднього напруження за один раз. Варіюючи стержнями різного діаметра, можна підібрати раціональний переріз пакета й одержати анкерування гладкої стрічкової арма­тури за рахунок того, що один елемент пакета — стержні періодичного профілю — знаходиться в масі бетону.

О

Змінний переріз високоміцної арматури-паке - та по довжині елементу зумовлює змінність на­тягу о0 в перерізі. Наприклад, на приопорних ділянках, де поперечний переріз стрічкової ар­матури можна зменшити до 0,4...0,5 максималь­ного, найбільше напруження приймають рівним Rд. При цьому в зоні максимальних моментів, де поперечний переріз арматури найбільший, натяг буде досягати (0,4 — 0,65)RJ|-

Порівняння конструктивних рішень поперед­ньо напружених сталебетонних і залізобетонних балок, ригелів ферм прольотом > 12,0 м підтвер­джує можливість досягнення економії високоміц­ної сталі до 10...15 % тільки за рахунок зміни пере­різу зовнішньої арматури по довжині елемента.

Дослідна розробка і впровадження попередньо напружених сталебетонних балок прольотом 18 м дали змогу одержати додатково на одному еле­менті 10 % економії високоміцної сталі за рахунок зміни перерізу пакета зовнішнього армування, чого не можна досягнути в попередньо напруже­них залізобетонних конструкціях зі стержневою, пучковою та іншою арматурою.

Попередньо напружені сталебетонні підкра­нові балки. Завдяки раціональному розміщенню робочої арматури у вигляді стрічкової сталі глад­кого або періодичного профілю на найбільш на­пружених гранях перерізу балки набувають по­зитивних властивостей як залізобетонних, так і сталевих підкранових конструкцій (рис. 10.10).

Порівняно зі залізобетонними сталебетонні під­кранові балки для кранів вантажністю 100...200 кН:

Більш технологічні — для їх виготовлення за­стосовують ту ж опалубку, що й для залізобе­тонних; відсутність багаторядного розміщення ар­матури підвищує і спрощує вкладання бетону, а також процес натягу арматури (замість натягу 4—6 стержнів виконують натяг одного елемента);

Економічніші — винесення стрічкової армату­ри на грань перерізу і відсутність багаторядного розміщення стержневої арматури дає змогу еко­номити 12... 15 % робочої арматури;

Надійніші — застосування стрічкової арматури періодичного профілю (авторське свідоцтво № 452654) підвищує тріщиностійкість підкрано­вих балок на 35 %, що збільшує їх витривалість при середніх і важких режимах роботи кранів.

Стрічкове армування стисненої зони та кон­структивне рішення кріплення підкранової рейки дають змогу використовувати сталебетонні балки з подвійним стрічковим армуванням поряд зі ста­левими для кранів важкого режиму роботи.

Звичайні та попередньо напружені сталебе­тонні підкранові балки прольотом 6 і 12 м взаємо­замінні зі сталевими.

Зразки звичайних і попередньо напружених сталебетонних підкранових балок прольотом 6 м для кранів вантажністю 100...200 кН середнього режиму роботи випробувані, впроваджені у ви­робництво і після 25 років експлуатації перебу­вають у доброму стані.

Сталебетонні нерозрізні ригелі. В будинках різного призначення поперечний переріз ригелів часто приймають мінімальним. Однак при їх кон­струюванні традиційним способом неможливо розмістити стержневу арматуру в межах такого перерізу.

Зовнішнє армування дає змогу застосувати для різних сіток колон єдину висоту балок і ри­гелів, створивши уніфіковану каркасну систему, яка забезпечує поєднання укрупнених і типових сіток колон при мінімальній кількості типо­розмірів конструкцій.

Спочатку досліджували моделі нерозрізних трипролітних сталебетонних балок зі зовнішнім армуванням перерізом 80x200 мм, прольотом
2,0 м. При виготовленні балок використовували стрічкову сталь — гладкого і періодичного профі­лю при різних класах бетону від М400 до М800.

Під час випробувань встановлено, що нерозріз - ні сталебетонні балки, які мають високі коефі­цієнти армування при напруженнях в арматурі близьких до 0,7 от, працювали із незначними пластичними деформаціями. Характер роботи не - розрізних сталебетонних балок дуже близький до сталевих, приріст деформацій і прогинів по всіх характерних перерізах балок пропорційний при­росту навантаження аж до напруження в арма­турі (0,8—0,9) от.

Для будівництва експериментальної будівлі розроблений рамний каркас зі сіткою колон 12x12 м, основними елементами якого є панелі перекриття 2Т, ригелі зі зовнішнім стрічковим ар­муванням прольотом 12 м і колони перерізом 40x60 см (рис. 10.11).

Арматурний пакет у конструкції ригеля за­проектований із гладкої стрічкової сталі 12x340 мм марки 12Г2СМФ із розрахунковим опором 515 МПа і чотирьох стержнів періодичного профілю 020 A-IV з розрахунковим опором 520 МПа.

Пролітні моменти ригеля визначені з розра­хунку навантаження ригеля рівномірно розподі­леним навантаженням, що дорівнює 180 кН/м.

Розміри опалубки ригеля і з'єднання його з колоною відповідають серії 1.420-6.

Монолітність сталебетонного перерізу забезпе­чується здебільшого анкерами — поперечними стержнями і жорсткими упорами в торці стрічко­вого арматурного каркаса.

Таке конструктивне рішення попередньо на­пруженого сталебетонного ригеля з двома консо­лями було випробуване на стенді заводу залізо­бетонних виробів і запропоноване для застосуван­ня в будівництві.

Відомо, що економічність конструкції не виз­начається тільки вдалим рішенням перерізу. Не менш важливим є технологічність виготовлення

Конструкції, зручність монтажу та низькі експлу­атаційні витрати. Сталебетонні конструкції по­рівняно зі залізобетонними простіші у виготов­ленні. Застосування зовнішнього армування вик­лючає багаторядне розміщення поздовжніх стержнів, полегшує натяг стрічкової арматури і бетонування. Наявність на гранях конструкції стрічкової арматури дає змогу відмовитися від спеціальних закладних деталей для кріплення елементів каркаса, огороджувальних конструкцій, а також технологічних комунікацій.

Економічну ефективність попередньо напру­жених нерозрізних ригелів визначали методом порівняння з існуючими останніми типовими рішеннями. В даному випадку порівняння вико­нували з попередньо напруженим ригелем Б 324 серії 1.420-6 прольотом 12 м і сталебетонним зі зовнішнім армуванням під однакове навантаження.

З аналізу порівняння собівартості, трудоміст­кості та техніко-економічних витрат випливає на­ступне. Попередньо напружені сталебетонні ри­гелі дешевші від залізобетонних на 9,9 %, при економії сталі 15 % і зниженні трудомісткості ви­готовлення на 22,3 %.

Попередньо напружена сталебетонна балка покрівлі. За основу проектування сталебетонної балки покриття прольотом 18,0 м прийнята типова попередньо напружена балка покрівлі БНС-18-4.

Для конструкції сталебетонних балок БНД-18-4 поперечна арматура і арматура стисненої зони, як і розміри перерізів, прийняті без змін. Винят­ком є армування розтягненої зони, яке викону­вали у вигляді пакета з поздовжньої стрічкової арматури перерізом 12x200 мм (сталь класу С70/60) з нормативним опором Rsn-600 МПа і трьома стержнями діаметром 22 мм класу A-IV. Конструктивні розміри та армування балок зоб­ражені на рис. 10.12.

Розрахункова несуча здатність сталебетонної балки Мр = 2230кН • м. Згинальний момент, що відповідає найбільшому значенню навантаження під час випробовування — Мд = 2763 кН • м. При обстеженні дослідної балки не було виявлено жодних ознак руйнування стисненої зони або те­кучості сталі арматури.

Прогин сталебетонної балки при найбільшому навантаженні становив 47,7 мм, що в 1,6 раза менше розрахункового прогину, рівного 77,2 мм.

Максимальна ширина розкриття тріщин до­рівнювала 0,25 мм, а після розвантаження змен­шилася до 0,01 мм, і вони стали непомітні.