Расчет предварительно напряженной балки покрытия. Балка преднапряженная

Расчет предварительно напряженной балки покрытия

Изм.

Колич

Лист

Подпись

Дата

Лист

№док

ПЗ

3.2 Исходные данные для проектирования

Номинальный пролет – L= 18м;

Шаг колонн и балок покрытия – B= 6м;

Проектируемое здание относится ко IIклассу по степени ответственности. По СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия“ коэффициент надежности по назначению. По таблице 5.2 СНБ 5.03.01-02 принимаем класс ответственности по условиям эксплуатации ХС3.

Балка сборная – заводского изготовления. Принимаем бетон тяжелый по прочности на сжатие подвергнутый тепловой обработке при атмосферном давлении. Принимаем марку смеси по удобоукладываемости – П2.

Натяжение арматуры осуществляется механическим способом на упоры стенда.

Средняя прочность бетона в момент передачи усилия предварительного обжатия на бетон (передаточная прочность) определяется как .

Прочность бетона в момент передачи усилия обжатия на бетон контролируется испытаниями контрольных кубов.

В качестве напрягаемой арматуры принимаем семипроволочные канаты 15 классаS1400 ГОСТ 13840. Ненапрягаемая арматура сварных каркасов и сеток принята классаS400.

Предельно допустимый прогиб среднего по длине балки сечения при действии постоянных и временных длительных нагрузок (с учетом выгиба от усилия предварительного обжатия) по таблице 19 приложения 10 СНиП 2.01.07-85 “Нагрузки и воздействия” составит .

Предельно допустимое значение ширины раскрытия нормальных и наклонных трещин по таблице 5.1 СНБ 5.03.01-02 составит мм.

3.3 Расчетные характеристики материалов

Бетон :

- нормативное сопротивление бетона на осевое сжатие МПа;

- гарантированная прочность бетона на осевое сжатие МПа;

- передаточная прочность МПа;

- МПа;

- МПа

- Мпа

- расчетное сопротивление бетона сжатию для первой группы предельных состояний составит МПа;

- расчетное сопротивление бетона на растяжение для первой группы предельных состояний МПа.

Модуль упругости бетона определяем по таблице 6.2 СНБ 5.03.01-02. В зависимости от марки смеси по удобоукладываемости он составит МПа, но согласно примечанию окончательно модуль упругости бетона составит:

МПа.

Арматура

Для напрягаемой арматуры- канатов класса S1400:

- нормативное сопротивление напрягаемой арматуры fpk=1400 МПа;

- расчетное сопротивление напрягаемой арматуры по пункту 9.1.4 СНБ 5.03.01-02 составит fpd=fpk/γs=1400/1,25=1120 МПа.

Для ненапрягаемой арматуры класса S400:

- нормативное сопротивление арматуры fyk=400 МПа;

- расчетное сопротивление арматуры по составит fyd=fyk/γs=400/1,1=365 МПа;

- расчетное сопротивление поперечной арматуры

fywd=fydγs1γs2=3650,80,9=263 МПа.

3.4 Определение нагрузок

На балку действуют постоянные и переменные нагрузки. Постоянные включают вес кровли, теплоизоляционного ковра, железобетонных плит покрытия и балки. Переменные — вес снегового покрова.

Поскольку проектируемое здание без фонарей расчетные нагрузки на один погонный метр балки определены без учета снеговых мешков (здание без фонарей) при коэффициенте перехода от скатной кровли к горизонтальной поверхности равном 1.

Нагрузку на балку условно считаем равномерно распределенной, так как количество сосредоточенных усилий в местах опирания плит покрытия не менее пяти.

Таблица 3.4.1 Нормативные и расчетные значения нагрузок на 1м.п. стропильной балки (при шаге стропильных балок 6 м)

№	Вид нагрузки	Нормативное значение, кН/м	Yn	Расчетное значение при Y F =1 кН/м	Yf	Расчетное значение при Y F >1 кН/м
	Постоянная нагрузка
1	Двухслойная кровля (т = 15 кг/м ) 0,15x6	0,9	0,95	0,855	1,35	1,15
2	Цементно-песчаная стяжка М100 δ = 30 мм (ρ = 1800 кг/м3) 0,03x18x6	3,24	0,95	3,078	1,35	4,15
3	Утеплитель — пенополистирол δ = 120 мм (ρ = 35 кг/м3) 0,12x0,35x6	0,25	0,95	0,239	1,35	0,32
4	Пароизоляция (т = 7 кг/м ) 0,07x6	0,42	0,95	0,399	1,35	0,53
5	Собственный вес плит покрытия (т = 200 кг/м2) 2,0x6	12	0,95	11,4	1,35	15,39
6	Собственный вес балки	5	0,95	4,75	1,35	6,41
	Итого постоянная нагрузка (д):			20,72		27,97
	Переменная нагрузка
	Снеговая (г. Минск) 1,2x6	7,2	0,95	6,84	1,5	10,26
	Итого переменная нагрузка (q)			6,84		10,26

Расчетные нагрузки на балку определены с учетом коэффициента надежности по назначению g n = 0,95 (уровень ответственности здания II [2]).

При расчете балки по предельным состояниям первой группы составляем следующие сочетания нагрузок:

= 27,97 + 0,710,26 = 35,2 кН/м;

= 0,8527,97 + 10,26 = 34,03 кН/м.

Для дальнейших расчетов балки по предельным состояниям первой группы принимаем наиболее неблагоприятное сочетание р]Б = 39,95 кН/м.

При расчете балки по предельным состояниям второй группы составляем следующие сочетания нагрузок:

= 20,72+ 6,84=27,6кН/м;

= 20,72 + 0,5* 6,48 = 24,14 кН/м;

= 20,72 + 0,3* 6,48 = 22,8 кН/м.

studfiles.net

Предварительно напряженная подкрановая балка - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Предварительно напряженная подкрановая балка

Cтраница 1

Предварительно напряженные подкрановые балки армируют высокопрочной проволокой, стержневой арматурой, канатами. Арматурные каркасы в связи с динамическими воздействиями на балку выполняют не сварными, а вязаными. На опорах балки усиливают ребрами ( с уширениями концов) и дополнительной поперечной йрматурой в виде стержней, хомутов, сеток, обеспечивающих прочность и трещиностоикость торцов при отпуске натяжения. [3]

Железобетонные предварительно напряженные подкрановые балки испытывают динамические воздействия от мостовых кранов и поэтому их применение рационально при кранах среднего режима работы грузоподъемностью до 30 т и кранах легкого режима работы. При кра -: нах тяжелого режима работы и кранах среднего режима работы грузоподъемностью 50 т и более целесообразны стальные подкрановые балки. [4]

Железобетонные предварительно напряженные подкрановые балки испытывают динамические воздействия от мостовых кранов и поэтому их применение рационально при кранах грузоподъемностью до 30 т среднего режима работы и кранах легкого режима работы. При кранах тяжелого режима работы и кранах грузоподъемностью 50 т среднего режима работы и более целесообразны стальные подкрановые балки. [5]

Сборные железобетонные предварительно напряженные подкрановые балки предназначены для опирания рельсов мостовых кранов и обеспечения элементам каркаса здания пространственной жесткости в продольном направлении. [6]

Форма для изготовления предварительно напряженных подкрановых балок длиной 12 м по агрегатно-поточной технологии показана на рис. 54, Поддон и один продольный борт формы выполнены как одно целое. Второй продольный борт съемный. Крепится он с помощью боковых и верхних винтовых стяжек. Торцовые борта съемные, крепятся к продольным винтовыми зажимами. В жестком борту предусмотрены выдвижные упоры для отгибаемой предварительно напряженной арматуры, а также выпрессовщики для облегчения распалубки изделия. [8]

Для эстакад под краны общего назначения грузоподъемностью до 30 т легкого и среднего режима работы допускается применение сборных железобетонных предварительно напряженных подкрановых балок со стержневой арматурой по выпуску 2 серии КЭ-01-50. При этом горизонтальные усилия от поперечного торможения кранов воспринимаются подкрановыми балками, и постановка стальных тормозных ферм не требуется. Вспомогательные фермы служат в этом случае только для опирания настила, предназначенного для прохода вдоль крановых путей в уровне верхнего пояса подкрановой балки. Закладные детали в колоннах для опирания сборных железобетонных подкрановых балок следует принимать по выпуску I серии К. [9]

Страницы: 1

www.ngpedia.ru

Предварительно напряженная балка - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Предварительно напряженная балка

Cтраница 3

При увеличении пролета или увеличении расчетной нагрузки на балку рационально использование стальных предварительно напряженных балок ( рис. 35, д), в которых предварительно напряженный трос располагается в зонах максимального растяжения. [31]

При увеличении нормативной нагрузки с 0 5 до 0 8F предел огнестойкости предварительно напряженной балки со стержневой арматурой уменьшается с 1 ч 20 мин до 1 ч из-за хрупкого разрушения бетона сжатой зоны. [32]

Сделан анализ применения широкого диапазона марок бетона ( т М-200 до М-1000) в предварительно напряженной балке постоянной высоты. Уменьшение объема балки при увеличении прочности бетона принято в зависимости от - изменения площади сечения по принципу сохранения геометрического подобия при постоянном пролете. [33]

Схемы распределения напряжений в железобетоне: а - бетонная балка; б - обычная железобетонная балка; я - предварительно напряженная балка при изготовлении; г - предварительно напряженная Палка при пагруженкп. [34]

Покрытие в зданиях с укрупненной сеткой колонн верхнего этажа решено в типовых конструкциях одноэтажных промышленных зданий и может выполняться из типовых предварительно напряженных двускатных балок или типовых предварительно напряженных балок для зданий с плоской кровлей, а также типовых предварительно напряженных сегментных ферм. [35]

Постепенно возрастающая нагрузка полностью погашает предварительное обжатие растянутой зон ы ( рис. 16.4 2 в), и напряжение в арматуре составит о р - сг о asp2 - С этого момента работа предварительно напряженной балки качественно не отличается от работы изгибаемого элемента с ненапрягаемой арматурой. [36]

Высота балок колеблется в широких пределах и в зависимости от нагрузок и назначения конструкции составляет / в. В предварительно напряженных балках она может быть уменьшена до / 25 пролета. В целях типизации элементов и стандартизации опалубки высоту сечения h назначают кратной 50 мм, если она не более 600 мм, и кратной 100 мм при большей высоте. [37]

Остаточный прогиб после 50-минутного воздействия огня в предварительно напряженных балках, армированных термически упрочненной арматурой класса Ат-V, был равен 6 - 8 мм. А в предварительно напряженных балках, армированных термически упрочненной арматурой класса Ат-VI, остаточный прогиб после 30-минутного воздействия огня составлял 11 - 12 мм. Большой остаточный прогиб в балках с арматурой класса Ат-VI объясняется более интенсивным развитием пластических деформаций при нагреве и разупрочнением при более низких температурах. Прогибы балок в зависимости от нагрузки при кратковременном нагреве больше прогиба при нормальной температуре приблизительно на величину остаточного прогиба балки. [38]

Сечение таких балок - двутавровое. Для повышения транспортабельности предварительно напряженные балки можно изготовлять разделенными на блоки, которые дают возможность осуществить предварительное натяжение основной рабочей арматуры непосредственно на площадке строительства НС и КС. Изготовляют такие балки только на специальных стендах, имеющихся на специализированных заводах железобетонных изделий. [39]

Конструкции бортовых элементов представляли самостоятельные предварительно напряженные балки двутаврового сечения переменной высоты. [41]

Подкрановые балки служат для поддержания рельс, по которым перемещаются мостовые краны. В зданиях с опорными кранами грузоподъемностью до 30 т с шагом основных колонн в 12 м применяют сборные железобетонные предварительно напряженные балки. [42]

Во время работы конструкции эги предварительные напряжения используются в первую очередь, и только после их исчерпания материал начинает воспринимать основные напряжения, вплоть до величины расчетного сопротивления. Таким образом, предварительное напряжение увеличивает протяженность упругой работы основного материала конструкции. Дополнительным источником экономии стоимости предварительно напряженных балок служит то, что применяемые для создания предварительного напряжения высокопрочные материалы, частично заменяющие основной материал конструкции, относительно дешевле обычной конструкционной стали. [43]

Во время работы конструкции эти предварительные напряжения используются в первую очередь, и только после их исчерпания материал начинает воспринимать основные напряжения, вплоть до величины расчетного сопротивления. Таким образом, предварительное напряжение увеличивает протяженность упругой работы основного материала конструкции. Дополнительным источником экономии стоимости предварительно напряженных балок служит то, что применяемые для создания предварительного напряжения высокопрочные материалы, частично заменяющие основной материал конструкции, относительно дешевле обычной конструкционной стали. [44]

Для передачи горизонтальных тормозных усилий в стыке устанавливают ребровые накладки, привариваемые к верхним закладным листам балок и специальному закладному листу колонны. Чтобы смягчить удары и толчки, передаваемые на подкрановую балку при движении мостового крана, и уменьшить износ путей, между подкрановой балкой и рельсом укладывают упругую прокладку из прорезиненной ткани толщиной 8 - 10 мм. При этом принимают во внимание, что предварительно напряженные балки имеют выгиб, а крано - - вый рельс должен получить горизонтальное положение. [45]

Страницы: 1 2 3 4

www.ngpedia.ru

Сталебетонная преднапряженная балка

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве балок перекрытий и покрытий жилых и общественных зданий. Изобретение направлено на повышение общей несущей способности сталебетонной балки за счет рациональной передачи преднапряжения на бетон. Сталебетонная преднапряженная балка включает стальной профиль цельного или составного двутаврового сечения, имеющая анкерные узлы, продольные арматурные преднапряженные стержни, торцевые ребра и бетон замоноличивания. К торцам стального профиля приварены торцевые ребра с отверстиями под съемные натяжители, присоединяемые к анкерным пластинам, расположенным с внутренней стороны торцевых ребер. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в качестве балок перекрытий жилых и общественных зданий.

Известна сталебетонная балка, включающая стальной двутавровый профиль с «П»-образными хомутами, приваренными к стенкам профиля, с продольными стержнями, пропущенными под «П»-образными хомутами (см. Еврокод 4 «Проектирование сталежелезобетонные конструкции», часть 1-1, Минск, 2010, стр. 34, рис. 6.10(3)).

Недостатками сталебетонной балки являются: трудоемкость изготовления сталебетонной балки с арматурным каркасом. Сначала надо изготовить каркас, состоящий из хомутов и продольных стержней, потом приварить хомуты к стенкам. Продольные стержни, расположенные в верхней и нижней зонах поперечного сечения балки, используются неэффективно, их площадь принимается постоянного сечения по всей длине по максимальному моменту при нулевых моментах на концах балки. Кроме того, продольные стержни неэффективно используются ввиду отсутствия преднапряжения, балка обладает повышенной деформативностью.

Известна сталебетонная преднапряженная балка, включающая стальные двутавровые профили, бетон заполнения, поперечные и продольные стержни, где анкерные устройства преднапряженных продольных стержней приварены в верхней зоне торца балки, а натяжители размещены на поперечных стержнях (см. патент на полезную модель №155488, E04G 23/02, опубл. в бюл. №28 10.10.2015 г.).

Недостатком сталебетонной преднапряженной балки является незначительная передача усилий преднапряжения на бетон и поэтому не столь эффективная работа преднапряженной балки, так как сначала создается преднапряжение стальной балки через жестко закрепленные анкерные устройства, затем балка заполняется бетоном.

Наиболее близкой является сталебетонная преднапряженная балка, включающая стальные двутавровые профили, бетон заполнения, анкерные стержни, преднапряженную гибкую арматуру с обоих сторон профиля с анкерными устройствами и натяжителями, расположенными в верхней зоне торца балки, натяжители которых позволяют регулировать преднапряжение продольных стержней и после замоноличивания бетоном (см. патент на полезную модель №155802, Е04С 3/294, 2015).

Недостатком сталебетонной преднапряженной балки является невозможность эффективной передачи усилий преднапряжения непосредственно на бетон и его обжатие. Это приводит к неэффективной работе бетона в сечении и балки в целом и снижает как общую несущую способность балки, так и надежную работу системы преднапряжения.

Изобретение направлено на повышение общей несущей способности сталебетонной балки за счет передачи усилий преднапряжения непосредственно на бетон.

Результат достигается тем, что в сталебетонной балке, включающей стальной профиль цельного или составного двутаврового сечения с торцевым ребром, имеющей анкерные узлы и натяжители, продольные арматурные стержни и бетон замоноличивания, согласно изобретению анкерные узлы расположены с внутренней стороны, а натяжители - с наружной стороны торцевого ребра с возможностью снятия натяжителей после передачи усилий преднапряжения на бетон. Для предотвращения образования продольных трещин в бетоне после приобретения им гостированной прочности на концах преднапряженной гибкой арматуры размещена сеточная арматура в форме сквозного цилиндра.

На фиг. 1 изображена сталебетонная преднапряженная балка, состоящая из двутаврового профиля цельного или составного сечения с анкерным узлом и натяжителями, продольной арматурой и бетоном замоноличивания; на фиг. 2 - вид «А» с торца балки; на фиг. 3 - узел крепления «В» с натяжителями и анкерной пластиной преднапряженных стержней, на фиг. 4 - узел после снятия натяжителей и передачи усилий преднапряжения на бетон, фиг. 5 - узел «С» с цилиндрической сеточной обоймой торца преднапряженной арматуры.

Сталебетонная преднапряженная балка включает стальной профиль 1 и бетон замоноличивания 2. В концевой части балки размещен узел с натяжителями 5 и анкерной пластиной 4, в которой закреплены концы продольных арматурных стержней 3. В анкерной пластине 4 и торцевом ребре 6 просверлены отверстия и нарезана резьба для натяжителей 5. В зоне анкерного узла «В» концы преднапряженной арматуры 3 снабжены сеточной цилиндрической арматурой 7.

В заводских условиях сначала просверливают отверстия и нарезают резьбу в торцевых ребрах 6 и анкерных пластинах 4, нарезают резьбу на концах гибких стержней 3. Концы стержней 3 вставляют в отверстия пластин 4, надевают гайку 8, вставляют в отверстия ребер 6 болты-натяжители 5 и создают преднапряжение арматурных стержней 3 (фиг. 3), контроль за усилием преднапряжения осуществляют динамометрическим ключом. Замоноличивают балку 1, предварительно разместив на концах преднапряженной арматуры 3 сеточную цилиндрическую арматуру 7. После приобретения бетоном 2 гостированной прочности, снимают натяжители 5 (фиг. 4).

Такое выполнение преднапряжения продольной гибкой арматуры позволяет эффективно передать усилия преднапряжения на бетон, рационально используя силы обжатия, повышает жесткость и общую несущую способность сталебетонной балки и надежность работы системы преднапряжения.

Собранная сталебетонная преднапряженная балка увеличивает жесткость, трещиностойкость, общую несущую способность и надежность, а также уменьшает материалоемкость составной балки.

1. Сталебетонная преднапряженная балка, включающая стальной профиль цельного или составного двутаврового сечения, имеющая анкерные узлы, продольные арматурные преднапряженные стержни, торцевые ребра и бетон замоноличивания, отличающаяся тем, что к торцам стального профиля приварены торцевые ребра с отверстиями под съемные натяжители, присоединяемые к анкерным пластинам, расположенным с внутренней стороны торцевых ребер.

2. Сталебетонная преднапряженная балка по п.1, отличающаяся тем, что для предотвращения образования продольных трещин в бетоне после приобретения им гостированной прочности концы преднапряженной гибкой арматуры в зоне анкерного узла снабжены сеточной арматурой цилиндрической формы.

www.findpatent.ru

Способ изготовления предварительно напряженной железобетонной балки

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для изготовления нового типа неразрезных многопролетных железобетонных балок со знакопеременным преднапряжением вдоль арматурных стержней из высокопрочной стали. Технический результат - создание способа изготовления железобетонных балок, при котором имеется возможность вдоль высокопрочных арматурных стержней менять знак преднапряжения в соответствии со знакопеременной эпюрой изгибающих моментов от внешней нагрузки. Способ изготовления предварительно напряженной железобетонной балки включает установку в форму арматурного каркаса, закрепление его в форме, преднапряжение продольной арматуры, заполнение формы бетонной смесью и отпуск напряжения арматуры после набора бетоном прочности, дополнительно при бетонировании балки участки арматурных стержней, которые следует подвергнуть предварительному растяжению или сжатию, оставляются обнаженными и после набора бетоном достаточной прочности с помощью навинченных на арматурные стержни муфт осуществляется предварительное сжатие арматуры на сжимаемых от внешней нагрузки участках арматуры и предварительное растяжение - на растянутых, при этом в зоне действия предварительно сжимающего напряжения в арматуре, имеющей сцепление с бетоном, последний не подвергается предварительному растяжению. 9 ил.

Известны железобетонные неразрезные многопролетные балки, армированные каркасами из невысокопрочной стали класса A-III или ниже (см. Байков В.Н. и Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. Общий курс. - М.: Стройиздат, 1991. - С. 292-312) и способы их изготовления. В таких балках, изготавливаемых общепринятыми методами, из-за отсутствия преднапряжения возможно использование арматуры класса не выше A-III, что приводит к перерасходу арматурной стали и к образованию и развитию трещин значительной ширины. Известны также железобетонные балки с предварительно растянутой арматурой при отсутствии предварительно сжатой и способы их изготовления (см. Строительные конструкции. Учебник под ред. Овечкина А.М. и Маиляна Р.Л. - М. : Стройиздат, 1974. - С. 119 - 125). Однако известные способы их изготовления не позволяют ограничить участок арматуры, где преднапряжение целесообразно. Приходится заводить предварительно растянутую арматуру в неразрезных многопролетных балках в сжатую зону, что ухудшает условия работы последней. Наиболее близким является способ изготовления железобетонных балок, при котором предварительно растянутая арматура располагается у грани, растянутой от внешней нагрузки, а предварительно сжатая - у противоположной грани (см. патент РФ N 2120527, 1998, E 04 G 21/12). Этот способ рассчитан на изготовление однопролетных балок, где вся нижняя грань от внешней нагрузки растягивается, а верхняя сжимается. Однако он не может создавать знакопеременное напряжение, что важно при изготовлении многопролетных неразрезных балок, в которых как вдоль нижней грани, так и вдоль верхней знаки напряжений чередуются. Отметим, что предварительное сжатие высокопрочной арматуры сжатой зоны балок позволяет увеличить предельные напряжения в сжатой арматуре на величину предварительного сжатия

SPC, т.е. довести их до значений Rsc+

SPC , что ведет к существенному снижению расхода стали. Предварительное растяжение арматуры растянутой зоны, как известно, осуществляется для значительного повышения трещиностойкости балок. Целью изобретения являлось создание такого способа изготовления железобетонных балок, при котором была бы возможность вдоль высокопрочных арматурных стержней менять знак преднапряжения в соответствии со знакопеременной эпюрой изгибающих моментов от внешней нагрузки. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления предварительно напряженной железобетонной балки, включающий установку в форму арматурного каркаса, закрепление его в форме, преднапряжение продольной арматуры, заполнение формы бетонной смесью и отпуск напряжения арматуры после набора бетоном прочности, дополнительно при бетонировании балки участки арматурных стержней, которые следует подвергнуть предварительному растяжению или сжатию, оставляются обнаженными и после набора бетоном достаточной прочности с помощью навинченных на арматурные стержни муфт осуществляется предварительное сжатие арматуры на сжимаемых от внешней нагрузки участках арматуры и предварительное растяжение - на растянутых, при этом в зоне действия предварительно сжимающего напряжения в арматуре, имеющей сцепление с бетоном, последний не подвергается предварительному растяжению. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - изображена схема армирования балки, расположения оголенных участков арматуры и натяжных муфт; фиг. 2 - поперечный разрез А-А на фиг. 1; фиг. 3 - поперечный разрез Б-Б на фиг. 1; фиг. 4 - вид В-В (поперечная арматура условно не показана) на фиг. 1; фиг. 5 - вид Г-Г (поперечная арматура условно не показана) на фиг. 1; фиг. 6 - узел Д на фиг. 1; фиг. 7 - объемлющая эпюра изгибающих моментов балки, загруженной постоянной (g) и временной (v) равномерно распределенной нагрузкой. фиг. 8 - эпюра преднапряжений в нижней арматуре; фиг. 9 - эпюра преднапряжений в верхней арматуре. Предложенный способ изготовления железобетонной неразрезной многопролетной балки с знакопеременным преднапряжением вдоль арматурных стержней поясним на примере двухпролетной балки, загруженной равномерно распределенной постоянной (g) и временной (v) нагрузкой. Арматурный каркас состоит из продольных высокопрочных стержней 1 и 3 (фиг. 1), подвергаемых знакопеременному преднапряжению, а также укороченных ненапрягаемых стержней 2 и 4, устанавливаемых дополнительно на наиболее напряженных участках балки в пролетах и над промежуточными опорами. Продольные арматурные стержни объединяются в пространственный каркас с помощью замкнутых хомутов 5 (фиг. 2 и 3). Продольные стержни 1 и 3, подвергаемые преднапряжению, снабжаются натяжными муфтами 6 (фиг. 6), вращение которых при создании преднапряжений осуществляется вручную поворотом съемного рычага 7, вставляемого в отверстие 8 муфты. После установки арматурного каркаса в форму балка бетонируется, при этом на участках 9 (фиг. 1-5) арматура с натяжными муфтами остается обнаженной. По достижении бетоном достаточной прочности муфты 6 закручиваются, создавая предварительное сжатие на одних участках арматуры и предварительное растяжение на других. При этом контроль усилий преднапряжения может осуществляться по числу оборотов муфты и с помощью деформометров, устанавливаемых на арматурных стержнях. Отметим, что при предварительном сжатии арматурных стержней 1 и 3 их устойчивость обеспечивается привязкой вязальной проволокой к замкнутым хомутам 5 в местах перегиба. После создания требуемого преднапряжения арматуры участки 9 бетонируются, оставляя открытыми лишь окна 10 около муфт на предварительно растянутых арматурных стержнях (фиг. 4 и 5). По достижении набетонкой необходимой прочности путем обратного вращения муфт 6 производится передача преднапряжений с предварительно растянутой арматуры на бетон, что ведет к обжатию бетона и повышению трещиностойкости балки. Затем окна 10 заполняются бетоном. В отличие от этого участки 9 с предварительно сжатой арматурой после создания предварительного сжатия арматурных стержней бетонируются сразу полностью. Таким образом, до приложения внешней нагрузки к балке на этих участках в арматуре действуют предварительные сжимающие напряжения

а в бетоне растягивающие напряжения и трещины не возникают, что является одним из существенных достоинств предложенного способа изготовления балок. Во всех известных способах изготовления железобетонных элементов с предварительно сжатой арматурой без нарушения сцепления арматуры с бетоном при передаче преднапряжений с арматуры на бетон в нем возникают растягивающие напряжения и образуются начальные технологические трещины, ухудшающие технические характеристики конструкций (см. авт. св. СССР NN 853047, 962545, 964087, 1231181, 1617119). В результате выполнения указанных операций вдоль верхней и нижней продольной арматуры неразрезной многопролетной железобетонной балки устанавливаются знакопеременные преднапряжения в соответствии с объемлющей эпюрой изгибающих моментов от внешней нагрузки. На фиг 7 показаны: объемлющая эпюра изгибающих моментов 11; участки l1 и l2 с полным преднапряжением арматуры

На фиг. 8 и 9 представлены знакопеременные эпюры преднапряжений соответственно вдоль нижней и верхней арматуры, состоящие из участков с полным преднапряжением и переменным на длинах зон передачи преднапряжений с арматуры на бетон, равных

Способ осуществляется следующим образом Арматурный каркас, состоящий из продольных высокопрочных стержней 1, 3, укороченных ненапрягаемых стержней 2, 4 и поперечных замкнутых хомутов 5, устанавливается в форму-опалубку, после чего последняя заполняется бетоном. При этом участки арматуры 9, подвергаемые преднапряжению, снабжаются натяжными муфтами 6 и остаются обнаженными. При достижении бетоном достаточной прочности с помощью муфт 6 создается предварительное сжатие арматуры на одних участках и предварительное растяжение на других. После этого обнаженные участки арматуры 9 бетонируются. При этом оставляются открытыми окна 10 около натяжных муфт на предварительно растянутых арматурных стержнях. По достижении набетонкой необходимой прочности путем обратного вращения муфт 6 производится передача преднапряжений с предварительно растянутой арматуры на бетон, что ведет к его обжатию. Предложенный способ изготовления преднапряженных многопролетных неразрезных железобетонных балок позволяет создавать вдоль высокопрочной арматуры знакопеременные преднапряжения в соответствии с эпюрой изгибающих моментов от внешней нагрузки. Это обеспечивает использование высокопрочной арматуры с максимальным эффектом, экономию стали и повышение технико-экономических показателей.

Формула изобретения

Способ изготовления предварительно напряженной железобетонной балки, включающий установку в форму арматурного каркаса, закрепление его в форме, преднапряжение продольной арматуры, заполнение формы бетонной смесью и отпуск напряжения арматуры после набора бетоном прочности, отличающийся тем, что при бетонировании балки участки арматурных стержней, которые следует подвергнуть предварительному растяжению или сжатию, оставляются обнаженными и после набора бетоном достаточной прочности с помощью навинченных на арматурные стержни муфт осуществляется предварительное сжатие арматуры на сжимаемых от внешней нагрузки участках арматуры и предварительное растяжение - на растянутых, при этом в зоне действия предварительного сжимающего напряжения в арматуре, имеющей сцепление с бетоном, последний не подвергается предварительному растяжению.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9

www.findpatent.ru

Стальная предварительно напряженная балка

Изобретение относится к области строительства, в частности к предварительно напряженным металлическим балкам. Техническим результатом изобретения является снижение усилия в затяжке. В стальной предварительно напряженной балке с верхним и нижним поясами, торцовыми и равномерно расположенными промежуточными ребрами жесткости и затяжкой с концевыми анкерными креплениями, установленными в анкерных упорах, расположенной в направляющих, закрепленных на ребрах жесткости, затяжка расположена по верхнему поясу балки. Анкерные упоры закреплены на крайних торцевых ребрах жесткости, снабженных распорными пластинами, расположенными под анкерными упорами, при этом верхний торец распорной пластины закреплен под торцом анкерного упора. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к строительным конструкциям и может быть использовано в качестве балок покрытия и подкрановых балок при строительстве сооружений.

Известна стальная предварительно напряженная «Шпренгельная конструкция» (см. А.С. СССР №1622552), состоящая из балки с затяжкой и раздвижной стойки шпренгеля, упертой через прокладки в верхний пояс балки и через прокладки - в затяжку. В опорных частях балки имеются поперечные распорные элементы, состоящие из верхнего и нижнего стержней, объединенных шарнирным узлом, обеспечивающим поворот стержней и при натяжении затяжки и закрепления ее концов гайками. Концы стержней упираются в упоры.

Рассмотренная конструкция имеет два основных недостатка:

величина натяжения затяжки на стадии предварительного напряжения ограничивается несущей способностью на сжатие нижнего пояса;

балка испытывает суммарное сжатие от предварительного натяжения затяжки и усилия ее самонатяжения.

Известна стальная предварительно напряженная балка из описания изобретения «Шпренгельная конструкция» (см. А.С. СССР №1117385), которая содержит балку, затяжку шпренгеля, распорную стойку шпренгеля и жесткое распорное устройство, которое может быть выполнено в виде прочного свода из толстой пластины, передающей распорные усилия растяжения на верхнюю полку, или в виде двух стержней, соединенных под углом. Распорная стойка присоединена к вершине распорного устройства.

Данная конструкция имеет два шпренгеля, один обычного типа, состоящий из стойки и гибкой затяжки, прикрепленной к нижнему поясу балки и передающей усилие обжатия на него, и второй - из той же стойки и распорного устройства, передающего усилия растяжения на верхний пояс балки.

Однако и эта конструкция имеет недостатки:

на стадии предварительного напряжения максимальному сжатию подвергается нижний пояс балки, работающий на растяжение при действии внешней нагрузки; усилие натяжения в предварительно напряженной затяжке увеличивается после приложения внешней нагрузки.

Наиболее близка предлагаемому решению конструкция стальной предварительно напряженной балки с затяжкой по нижнему поясу внешнего изгибающего момента (см. Веденников Г.С. «Металлические конструкции». М., 1998, стр.246).

В стальной предварительно напряженной балке с верхним и нижним поясами, торцовыми и равномерно расположенными промежуточными ребрами жесткости и затяжкой с концевыми анкерными креплениями, установленными в анкерных упорах, расположенной в направляющих, закрепленных на ребрах жесткости, затяжка размещена по нижнему поясу, а длина затяжки меньше длины балки и расположена только под теми участками, где само сечение балки без предварительного напряжения не может воспринять действующий в этом месте расчетный момент от внешней нагрузки.

В месте анкерного закрепления затяжки на балку передаются большие сосредоточенные силы, вызывающие значительные местные напряжения в стенке и поясе балки.

К недостаткам прототипа относится то, что на стадии предварительного напряжения максимальному сжатию подвержен нижний пояс балки, работающий на растяжение при действии внешней нагрузки; усилие натяжения в предварительно напряженной затяжке увеличивается после приложения внешней нагрузки, что требует увеличения сечения затяжки, вследствие этого увеличивается металлоемкость конструкции.

Задачей настоящего изобретения является создание стальной предварительно напряженной балки, сжатой по верхнему поясу и имеющей растяжение по нижнему поясу, чтобы нижний пояс предлагаемой балки на стадии предварительного напряжения испытывал сжатие от натяжения затяжки и растяжение от изгибающего момента, создаваемого этим натяжением. При этом при действии внешней поперечной нагрузки на балку нижний пояс дополнительно будет испытывать растяжение от самоослабления затяжки и сжатие от изгибающего момента, создаваемого этим самоослаблением, что обеспечит снижение расчетного усилия в затяжке и, как следствие, снижение сечения затяжки. Снижение сечения затяжки снижает металлоемкость конструкции в целом.

Целью изобретения является снижение металлоемкости конструкции балки.

Поставленная цель достигается тем, что в стальной предварительно напряженной балке с верхним и нижним поясами, торцовыми и равномерно расположенными промежуточными ребрами жесткости и затяжкой с концевыми анкерными креплениями, установленными в анкерных упорах, расположенной в направляющих, закрепленных на ребрах жесткости равномерно по длине балки, затяжка расположена по верхнему поясу балки, анкерные упоры закреплены на крайних торцевых ребрах жесткости, снабженных распорными пластинами, расположенными под анкерными упорами, при этом верхний торец распорной пластины закреплен под торцом анкерного упора.

Сущность изобретения поясняется следующим.

Предлагаемая конструкция обеспечивает сжатие верхнего пояса и растяжение нижнего пояса. При действии внешней нагрузки происходит самоослабление затяжки. Эффект самоослабления затяжки эквивалентен приложению к балке дополнительного растягивающего усилия и разгружающего изгибающего момента, создаваемого этим самоослаблением.

На стадии предварительного напряжения верхний пояс предлагаемой балки испытывает сжатие от натяжения затяжки и изгибающего момента, создаваемого этим натяжением. При действии внешней поперечной нагрузки на балку к ее верхнему поясу прикладывается растягивающее усилие от самоослабления натяжения затяжки и от момента, создаваемого этим самоослаблением.

Нижний пояс предлагаемой балки на стадии предварительного напряжения испытывает сжатие от натяжения затяжки и растяжение от изгибающего момента, создаваемого этим натяжением. При действии внешней поперечной нагрузки на балку нижний пояс дополнительно испытывает растяжение от самоосбления затяжки и сжатие от изгибающего момента, создаваемого этим самоослаблением.

Подбор компоновочных параметров затяжки по верхнему поясу позволяет создать величину самоослабления затяжки от внешней нагрузки равной или меньше величины ее предварительного натяжения. В этом случае, предварительно напряженная балка испытывает после приложения внешней нагрузки действие балочного изгибающего момента и разгружающего изгибающего момента, создаваемого самоослаблением затяжки. В результате, натяжение затяжки исключено, сечение балки испытывает действие только балочного момента без влияния натяжения затяжки.

На фиг.1, 2, 3 изображена заявляемая конструкция стальной предварительно напряженной балки.

Стальная предварительно напряженная балка содержит верхний пояс 1, нижний пояс 2, стенку 3, снабженную торцевыми 4 ребрами жесткости и равномерно установленными промежуточными 5 ребрами жесткости. На верхнем поясе 1 расположена затяжка 6 с концевыми анкерными креплениями 7. Затяжка 7 в виде троса расчетного диаметра свободно пропущена через направляющие 8, закрепленные на торцах ребер жесткости 5, а концевые анкерные крепления 7 закреплены в анкерных упорах 9. Для усиления жесткости анкерные упоры 9 расположены на торцевых ребрах жесткости 4 и усилены распорными пластинами 10, при этом верхний торец распорной пластины закреплен под торцом анкерного упора. При этом длина затяжки соответствует длине верхнего пояса.

Для подтверждения достижения поставленной цели - снижения металлоемкости предлагаемой конструкции были рассчитаны два варианта конструктивного решения стальной предварительно напряженной балки с верхним и нижним поясами.

По предлагаемому техническому решению:

- однопролетная, с шарнирными опорами, с равномерно распределенной нагрузкой, предварительно напряженная затяжкой по верхнему поясу балки;

по прототипу:

- однопролетная, с шарнирными опорами, с равномерно распределенной нагрузкой, предварительно напряженная затяжкой по нижнему поясу балки.

Пример 1. Подобрать сечение однопролетной шарнирно опертой балки с затяжкой по верхнему поясу, с равномерно распределенной погонной расчетной нагрузкой qp=10,35 кН/м, с равномерно распределенной погонной нагрузкой для определения прогибов qн=5,55 кН/м и пролетом ℓ=12 м. Шаг балок - 3 м. Затяжку принимаем из - 200×8 мм; Аз=16,0 см2; Ез=2,06·104 кН/см2. Расстояние от оси затяжки до оси балки d=25 см (постоянное по всей длине балки). Усилие предварительного напряжения принимаем Nпр=213 кН. Сечение балки примем I35Б1; А=49,53 см2; Wх=581 см3; Jх=10060 см4; mб=38,9 кг/м; iх=14,25 см. Масса затяжки - mз=12,56 кг/м2. Сталь С - 375, Rу=36,5 кН/см2. Усилие самоослабления определим методом сил:

Выражение для прогиба балки с учетом разгружающего момента, создаваемого самоослаблением затяжки Х1, имеет следующий вид:

Величину предварительного натяжения затяжки примем:

Величина относительной разгружающей нагрузки - х1, возникающей при самоослаблении затяжки, зависит только от соотношения жесткостей балки и затяжки:

Прогиб балки от нормативной нагрузки, с учетом х1, имеет значение:

Условие жесткости выполняется.

Условие прочности балки после приложения внешней нагрузки имеет вид:

На стадии предварительного напряжения верхний пояс балки испытывает сжатие от натяжения затяжки и изгибающего момента, создаваемого самоослаблением затяжки. На стадии предварительного напряжения предельное состояние балки определяется условием устойчивости:

- условная гибкость сжатого стержня

- относительный эксцентриситет

- коэффициент формы сечения

- приведенный относительный эксцентриситет

- значение коэффициента продольного изгиба при внецентренном сжатии φe=0,23;

Условие устойчивости в плоскости изгибающего момента (в вертикальной плоскости) выполняется. Устойчивость сжатого верхнего пояса балки в горизонтальной плоскости обеспечивают прогоны и слой профилированного настила, расположенного по верхним поясам балок.

Нижний пояс балки на стадии предварительного напряжения испытывает также растяжение:

Расход стали составляет - 17,15 кг/м2.

Пример 2. Расчет однопролетной шарнирно опертой балки с затяжкой по нижнему поясу, имеющей пролет и нагрузку аналогично примеру 2. Сечение балки и затяжки принимаем также аналогично примеру 2. Величину предварительного напряжения примем также как в предыдущем примере - Nпр=200 кН ≈ Х1. При одинаковых компоновочных параметрах балок величина самонатяжения будет равна также - 213 кН. Условие устойчивости балки на стадии предварительного натяжения при сжатом нижнем поясе будет аналогично условию устойчивости балки в предыдущем примере при сжатом верхнем поясе. После приложения внешней нагрузки сжатие балки увеличится на величину самонатяжения:

Nb=Nпр+X1=200+213=413 кН.

В опорной части балки изгибающий момент создается только усилием затяжки. Поэтому параметры, определяющие условие устойчивости, будут иметь те же значения, что и в предыдущем примере:

- условная гибкость сжатого стержня

- относительный эксцентриситет

- коэффициент формы сечения

- приведенный относительный эксцентриситет

- значение коэффициента продольного изгиба при внецентренном сжатии по [4] φе=0,23.

Условие устойчивости имеет вид:

Условие устойчивости выполняется.

Прогибы от нормативной нагрузки будут равны прогибам балки из предыдущего примера.

Кроме этого, в рассматриваемом примере требуются дополнительные конструктивные элементы, раскрепляющие нижний пояс в горизонтальной плоскости.

Изгибающий момент в середине пролета равен:

- Относительный эксцентриситет

- коэффициент формы сечения

- приведенный относительный эксцентриситет

- значение коэффициента продольного изгиба при внецентренном сжатии φe=0,27.

Условие устойчивости имеет вид:

Условие устойчивости выполняется.

Анализ напряженного состояния балки с затяжкой по нижнему поясу на стадиях предварительного напряжения и при действии внешней нагрузки показывает ее перегрузку в сравнении с балкой, напрягаемой затяжкой по верхнему поясу. Для выравнивания характеристик напряженного состояния сравниваемых типов предварительно напряженных балок в примере 2 заменим сечение балки на I35Б2, имеющее характеристики сечения: А=55,17 см2; m=43,3 кг/м; Jx=11550 см4; Wx=662,2 см3; ix=14,47 см.

Определим величину самонатяжения балки:

Проверим условие устойчивости балки с новым сечением:

- условная гибкость сжатого стержня

- относительный эксцентриситет

- коэффициент формы сечения

- приведенный относительный эксцентриситет

- значение коэффициента продольного изгиба при внецентренном сжатии φe=0,23;

Определим прогиб балки от нормативной нагрузки по:

Условие жесткости выполняется.

Расчетные напряжения в сравниваемых вариантах предварительно напряженных балок по своим значениям сблизились:

- в балке с затяжкой по верхнему поясу после приложения внешней нагрузки напряжения в поясах - σmax=±32,06 кН/см2;

- в балке с затяжкой по нижнему поясу после приложения внешней нагрузки напряжение в верхнем поясе - σmax=-31,44 кН/см2.

Расход стали по 2 варианту составляет - 18,62 кг/м2.

Сравнение результатов расчета в рассмотренных вариантах приведем в таблице 1, в относительных величинах. Материалоемкость первого варианта - 17,15 кг/м2 примем за 100%.

Таблица 1
Балка предварительно напряженная затяжкой по верхнему поясу	Балка предварительно напряженная затяжкой по нижнему поясу
100%	108%

Результаты исследования предлагаемой конструкции показывают преимущества балок с затяжками по верхнему поясу:

1) уменьшение материалоемкости;

2) уменьшение действующих усилий в затяжке;

3) характер напряженного состояния поясов балки не меняется до и после приложения внешней нагрузки;

4) уменьшение амплитуды напряжений от временной нагрузки;

5) исключение сжатия нижнего пояса балки на стадии предварительного напряжения.

Стальная предварительно напряженная балка с верхним и нижним поясами, торцевыми и равномерно расположенными промежуточными ребрами жесткости и затяжкой с концевыми анкерными креплениями, установленными в анкерных упорах, и расположенной в направляющих, закрепленных на ребрах жесткости, отличающаяся тем, что затяжка расположена по верхнему поясу балки, анкерные упоры закреплены на крайних торцевых ребрах жесткости, снабженных распорными пластинами, расположенными под анкерными упорами, при этом верхний торец распорной пластины закреплен под торцом анкерного упора.

www.findpatent.ru

Предварительно напряженная подкрановая балка | Банк патентов

Предлагаемое изобретение относится к подкрановым конструкциям со средним режимом работы кранов (5К...6К).

Известна однопролетная преднапряженная стальная балка [1, с. 173]. Балка выполнена из стали С255 ГОСТ 27772-88 (ВСт3 сп5-1 ТУ 14-1-3023-80) несимметричного двутаврового сечения, затяжка - пучок высокопрочных проволок диаметром 5 мм по ГОСТ 7348-55. Расстояние от опор до анкерных узлов затяжки 120 см, от низа балки до оси затяжки 14 см. Балка рассчитана на подвижную нагрузку от двух кранов грузоподъемностью 50 т. Примем эту балку за аналог. Преднапряжение позволяет достичь экономии стали порядка 18%, но, однако, при действии подвижных силовых импульсов Р, Т, Мкр, передаваемых от колес крана на подкрановые конструкции, возможно появление трещин в зоне анкерных узлов для затяжек ввиду сильной концентрации напряжений, достигающей 4-х единиц [2, с.141, табл.1.5.1, п.25].

Поэтому преднапряженные подкрановые балки остерегаются применять при интенсивной динамической нагрузке от кранов.

За аналог примем преднапряженную балку в книге профессора Белени Е.И. [1, c. 173].

Технический результат изобретения - повышение выносливости преднапряженной подкрановой балки и механизация процесса предварительного напряжения ее.

Технический результат достигнут тем, что предварительно напряженная подкрановая балка содержит основную балку и затяжку из стали в 2...3 раза более прочную, чем сталь основной балки. Основная балка выполнена прокатной с парой напрягающих двутавровых прокатных рычагов по ее концам. Каждый из пары напрягающих рычагов имеет выступающий к середине пролета балки хвостовик, являющийся упругим шарниром, соединенный с нижней полкой основной балки полыми заклепками с замыкающими сердечниками [5].

Затяжка выполнена из листовой стали и соединена по концам с нижними поясами пары напрягающих рычагов также полыми заклепками. А свободный конец каждого напрягающего рычага взаимодействует с колонной цеха снизу, зафиксирован на колонне посредством зубьев фиксаторов, соединен с ней анкерными болтами и напрягает всю систему при взаимодействии мостового крана с подкрановой балкой.

Сопоставление разработанной предварительно напряженной подкрановой балки с аналогом показывает следующие ее существенные отличия:

1. Подкрановая балка снабжена элементом, напрягающим всю конструкцию, при взаимодействии мостового крана с подкрановой балкой выступающий хвостовик напрягающего рычага является упругим шарниром;

2. Эффективные коэффициенты концентрации напряжений сведены к своему минимуму, и этим значительно в 2...3 раза повышена надежность всей конструкции;

3. Подкрановая балка самонапрягается при действии массы двух мостовых кранов, с максимальным грузом на крюке каждого;

4. Конструкция крепления затяжки и пары напрягающих рычагов с балкой исключает уменьшение усилий в затяжке;

5. Снижена трудоемкость изготовления, так как основная двутавровая балка, напрягающие рычаги и листовая затяжка прокатные;

6. Расширена возможность применения прокатных профилей для кранов грузоподъемностью 50...100 т, так как листовая затяжка обеспечила увеличение момента сопротивления Wx в 1.23 раза.

На фиг.1 показана балка перед наездом на нее крана; на фиг.2 - предварительно напряженная балка с краном; на фиг.3 - узел соединения основной балки с напрягающими рычагами; на фиг.4 - узел соединения затяжки из листа с основной балкой в середине пролета; на фиг.5 - вид А-А; на фиг.6 - схема крановых нагрузок; на фиг.7 - полая заклепка с замыкающим сердечником; на фиг.8 - поперечное сечение предварительно напряженной подкрановой балки.

Предварительно напряженная подкрановая балка содержит основную балку 1, выполненную из прокатного двутавра. Основная балка 1 снабжена опорными ребрами 2, соединенными со стенкой основной балки 1 посредством полых заклепок 3, с замыкающими сердечниками 4.

Основная балка 1 имеет пару напрягающих рычагов 5 с выступающим к середине пролета балки хвостовикам 6 и являющимися упругими шарнирами и затяжку 7 из листовой стали в 2...3 раза более прочную, чем сталь основной балки 1 и регулируемый столик 8.

Каждый напрягающий рычаг 6 соединен с балкой 1 с одного конца по средствам фрикционных болтов 9, а с другого конца полыми заклепками 3 с замыкающими сердечниками 4 в каждой.

По концам пары напрягающих рычагов 5 расположены ребра 10, соединенные с их стенками упомянутыми заклепками.

Предварительно напряженная подкрановая балка 1 оперта на колонны 11 напрягающими рычагами 5.

Последние зафиксированы на колонне 11 посредством зубьев фиксаторов 12, входящих в отверстие в нижнем поясе каждого напрягающего рычага 5, а также анкерных болтов 13.

Затяжка 7 выполнена из стали в 2...3 раза более прочной, чем сталь основной прокатной балки, и соединена по концам с парой напрягающих рычагов 5 посредством полых заклепок 3 с замыкающими сердечниками 4.

Для упрочнения зоны соединения хвостовика 6 с напрягающим элементом 5 предусмотрен лист 14, усиляющий упругий шарнир.

В середине пролета затяжка к балке крепится с помощью регулируемого столика 8, выполненного из двух втулок 15 с фланцами 16 одного диаметра с внутренней резьбой и кольца 17 меньшего диаметра с внешней резьбой.

Регулируемый столик 8 соединяют болтами 9 с нижним поясом балки 1 и затяжкой 7. Он предназначен для компенсации дефектов изготовления конструкции.

Последовательность монтажа и способ напряжения подкрановой балки массой двух кранов с максимальным грузом на крюке у каждого.

После окончания монтажа подкрановых балок и рельсовых путей преднапряжение их производят следующим образом.

1. Загружают два крана максимальным грузом и своим ходом перегоняют краны размещая их над одной из колонн. Первое колесо крана 18 для полного закрытия зазора необходимо разместить на расстояние 137,34 см от левой опоры (см. пример конкретной реализации).

2. Тележку каждого из кранов приближают к напрягаемой подкрановой балке на минимальное расстояние, постепенно, с остановками одновременно затягивая пневмогайковертом фрикционные болты 9. Напрягающие рычаги 5, взаимодействуя с колонной 11, хвостовики 6, являющиеся упругими шарнирами, поворачиваются и упруго растягивают листовую затяжку 7, преднапрягая подкрановую балку. Зазор Δ между нижним поясом основной балки 1 и верхним поясом напрягающего рычага 5 закрывается. Величину зазора Δ контролируют, например, посредством индикатора часового типа [4, с 54].

3. Циклы преднапряжения подкрановых балок выполняются над каждой из колонн цеха аналогично описанному процессу.

4. Регулируемый столик 8 компенсирует неточности изготовления напрягающих рычагов 5 и листовых затяжек 7.

Работа преднапряженной подкрановой балки с максимальной расчетной нагрузкой от двух кранов.

При одновременной работе двух сближенных кранов затяжка дополнительно упруго напрягается и прочность высокопрочной стали затяжки используется полностью.

При перегрузке же балки сверх расчетной нагрузки включается концевой выключатель 5 и подается звуковой и световой сигнал "перегрузка".

Пример конкретной реализации.

Балка рассчитывается в упругой стадии работы.

1. Исходные данные для расчета

Пролет балки l=12 м.

Материалы: балка выполнена из двутавра 100 Б3 - сталь С255 ГОСТ 27772-88 (ВСт3 сп5-1 ТУ 14-1-3023-80), R=230 МПа, Е=206000 МПа; затяжка листовая сталь - С590 ГОСТ 27772-88 (12Г2СМФ), R=515 МПа, Е=206000 МПа.

Коэффициенты перегрузки (недогрузки) для расчета усилия в напрягающем рычаге: n1=1.1; n2=0.9.

Допустимый прогиб

Кран грузоподъемностью 50 т, крановая нагрузка - согласно схеме фиг.6, а.

Расчетная сила, передающаяся на балку от колеса крана, определена в табл.1.

таблица 1.
Ориентация и значение силы	Нормативная, гН	Коэффициенты надежности, динамичности, сочетаний	Расчетная, гН
Вертикальная Р	5500	1,1	1,2	0,85	6171

2. Определение максимального изгибающего момента М.

Для упрощения вычислений применим следующие размерности системы СИ:

гН - для сосредоточенной силы Р;

гН·см - для изгибающего момента М;

1 гН=100 Н=0,1 кН.

Максимальный изгибающий момент от вертикальной нагрузки определяем по правилу Винклера.

RB=8294,83 гН;

М=RА·(6+0,6235)-Р·5,25=35283,8 гН·м.

С учетом собственного веса и нагрузки от тормозной балки расчетный изгибающий момент

М0=α·М=1,05·39434,9=37050,09 гН·м,

где α коэффициент учитывающий собственный вес подкрановой балки и временной нагрузки на тормозной площадке.

3. Назначение сечения балки.

Геометрические характеристики двутавра 100 Б3 [6, с. 261].

IВ=595560 см4; WВ=11820 см3; АВ=358 см2.

Момент инерции и радиус инерции нижнего пояса

где АН.П. - площадь сечения нижнего пояса.

Принимаем длину затяжки равной 8,6 метра. Несущая способность балки в месте крепления затяжки

прочность балки в месте крепления затяжки достаточна.

Затяжку к балке крепим в трех местах по краям и в середине, расстояние между точками крепления будет 430 см.

ϕ=0,871 [6, табл.78].

Усилие самонапряжения в напрягающем рычаге по [1, III. 114]

где lз - длина затяжки;

х1 , х2, xз - см. фиг.6;

с - расстояние от центра тяжести затяжки до центра тяжести сечения балки;

Величина усилия предварительного напряжения, исходя из устойчивости предварительно сжимаемого пояса балки

Проверяем прочность затяжки

Прочность затяжки обеспечена.

4. Проверка напряжений в подкрановой балке

а) В стадии создания предварительного напряжения:

нормальные напряжения в верхнем поясе ее

нормальные напряжения в нижнем поясе ее

б) В стадии загружения подкрановой балки:

нормальные напряжения сжатия в верхнем поясе ее

нормальные напряжения растяжения в нижнем поясе

Проверка напряжений в месте крепления затяжки

Изгибающий момент М на расстоянии 1,7 метра от опоры М=15353,363 гН·см.

Нормальные напряжения:

5. Проверка прогиба балки.

Здесь

При предварительном напряжении имеем выгиб вверх

6. Расчет болтового соединения напрягающего элемента с основной балкой.

Соединение осуществляем фрикционными болтами d=16 мм из стали 40Х «селект», имеющей по [3, табл.6.2]

; обработка поверхности газопламенная. Несущая способность болта, имеющего одну поверхность трения, по формуле:

где

;

γ Б=0,85, так как разница в номинальных диаметрах отверстия и болта больше 1 мм; μ=0,42 и γ н=1,02 [3, табл.6.4], k=1 одна плоскость трения.

Усилие в затяжке

X1+Х=13825,02+19509,7=33334,72 гН.

Определяем количество болтов

Принимаем 52 болта и размещаем их в четыре ряда в шахматном порядке согласно фиг.3.

7. Определение зазора Δ

Зазор определяем по формуле Гука

Следовательно, отверстия под заклепки в затяжке со стороны подвижного напрягаемого элемента необходимо выполнить на 1,12 см ближе к оси симметрии. Экономический эффект достигнут за счет:

1. Снижения эффективных концентраторов напряжений до своего минимума и повышения надежности всей конструкции в 2...3 раза;

2. Снижения трудоемкости изготовления, так как применены прокатные двутавровые профили;

3. Расширения применения прокатных профилей для кранов грузоподъемности 50...100 т, так как листовая затяжка повысила момент сопротивления всей конструкции в 1.23 раз.

4. Механизации предварительного напряжения балки.

Литература

1. Беленя Е.И. Предварительно напряженные металлические несущие конструкции. - М.: 1963.

2. Гохберг М.М. Справочник по кранам.

3. Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции. - М.: Стройиздат, 1976.

4. Лужин О.В. и др. Обследование и испытание сооружений.

5. Нежданов К.К. Васильев А.В. Калмыков В.А. Нежданов А.К. Патент России №2114328 «Способ и устройство для неподвижного соединения металлических элементов». Бюл. №18, 1998. Зарегистрирован 27 июля 1998 г.

6. Васильченко В.Т. Рутман А.Н. Справочник конструктора металлических конструкций. - Киев: Бущвельник, 1980.

7. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.

bankpatentov.ru