способ в.м.плотникова создания предварительного напряжения в строительных конструкциях

Формула изобретения

СПОСОБ В М ПЛОТНИКОВА СОЗДАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ.

Способ создания предварительного напряжения в строительных конструкциях, включающий закрепление на усиливаемом элементе затяжки в виде металлического стержня и использование расширяющегося вещества, отличающийся тем, что металлический стержень выполняют полым с образованием в его стенках по всей длине симметричных продольных щелей, чередующихся с заданным шагом с неразрезанными участками, затем щели заливают герметизирующим быстротвердеющим раствором, полости неразрезанных участков стержня через отверстия, выполненные в нем, заполняют расширяющимся веществом, а усилие N, возникающее при этом, определяют по формуле



где _o - напряжение, возникающее внутри затяжки-стержня от расширения рабочей смеси, кН/м²;

l - длина одной симметричной продольной щели в напрягаемом стержне, м;

F - площадь половины поперечного сечения полого напрягаемого стержня, м²;

r - внутренний радиус напрягаемого стержня, м;

n - количество двусторонних продольных щелей в напрягаемом стержне, шт.;

K - коэффициент перехода напряжения, возникающего при расширении вещества, в продольные усилия (по данным экспериментов, K=0,78);

J - момент инерции половины поперечного сечения напрягаемого стержня, м;

L - длина полого напрягаемого стержня, м.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве способа создания предварительного напряжения в элементах шпренгельных затяжек при усилении ими несущей способности конструкций [1] или в качестве способа создания напряжения в арматуре предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Существующие способы создания предварительного напряжения в строительных конструкциях основаны на использовании механического, электротермического и электромеханического воздействия на напрягаемый элемент специальными устройствами.

Наиболее близким по сущности к заявленному техническому решению является решение, выполненное по авт. св. N 1652488 [2]. Предварительное напряжение в затяжке в этом случае осуществляется за счет резьбового соединения по ее концам и специальных автономных натяжных устройств, расположенных там же. Полное напряжение в затяжке осуществляется за счет расширяющегося материала, помещенного в автономное натяжное устройство в виде раздвижных цилиндров по концам затяжки.

Недостатком известных способов предварительного напряжения является практическая невозможность их применения в условиях строительной площадки.

Даже техническое решение [2] не лишено недостатков, так как требует вначале предварительного напряжения затяжки по ее концам гайками, а затем уже использования расширяющегося материала для предания затяжке окончательного натяжения. Это значительно повышает трудоемкость и усложняет предварительное напряжение затяжек, влияет на качество работ.

Целью изобретения является снижение трудоемкости и повышение качества проведения работ по созданию предварительного автономного напряжения в строительных конструкциях.

Это достигается тем, что в качестве напрягаемых элементов в строительных конструкциях используются металлические полые стержни, симметрично разрезанные с диаметрально противоположных сторон по их длине, с определенным шагом. Внутренний объем каждого напрягаемого элемента заполняют расширяющимся материалом, водным раствором невзрывчатого разрушающегося средства HPC-1. В результате реакции гидратации HPC-1 происходит натяжение элемента.

Сопоставительный анализ предложенного технического решения с прототипом показывает, что заявленный способ создания предварительного напряжения в строительных конструкциях осуществляется за счет деформаций полого напрягаемого стержня, вызванного внутренним действием расширяющегося материала на рассеченный по длине полый стержень, что соответствует критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений в данной области техники установлено, что признаки, отвечающие заявленному техническому решению, соответствуют критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена шпренгельная затяжка, усиливающая несущую балку; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - горизонтальная часть шпренгельной затяжки в виде полого стержня; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3.

Несущая балка 1 усиливается шпренгельной затяжкой 2, выполненной из полого металлического стержня, разрезанного по длине с противоположных сторон на одинаковые отрезки (участки 3) с некоторым шагом так, чтобы разрезанные участки (порезы) 3 затяжки 2 чередовались с неразрезанными целыми участками затяжки. Причем разрез в затяжке не должен находиться на одной линии щели на разрезанных участках 3. Затяжки 2 герметизируются быстротвердеющим раствором, например гипсом (раствор условно не показан).

Внутренний объем затяжки 2 через отверстия 4, сделанные в затяжке, заполняют расширяющейся смесью 5.

Величина усилия N возникающего в такой затяжке в результате расширения смеси 5, как показали эксперименты, определяется по формуле

N = , где _o - напряжение, возникающее внутри рабочего полого элемента, имеющего разрезы, кН/м²;

r - внутренний радиус полого напрягаемого элемента, м;

l - длина продольного пореза полой шпренгельной затяжки, м;

n - количество продольных двухсторонних порезов в напрягаемом элементе;

F - площадь половины поперечного сечения полого напрягаемого элемента, м²;

I - момент инерции половины поперечного сечения напрягаемого элемента, м⁴;

L - длина полого напрягаемого элемента, м;

К - коэффициент перехода напряжения от расширяющегося материала в продольное усилие (К 0,78).

Проверка данного технического решения была осуществлена на устройстве, изображенном на фиг. 3 и 4. Горизонтальная часть шпренгельной затяжки выполнялась из трубы диаметром 0,05 м, общей длиной L=1,6 м, имеющей три одинаковые пореза (n= 3), длиной l=0,2 м, толщина стенки трубы t_ст=2 и 4 мм. Горизонтальная часть шпренгельной затяжки (фиг. 3) по концам прикреплялась к опорам через динамометры, регистрирующие усилия, возникающие в ней. Внутренний объем шпренгельной затяжки 2 через отверстия 4, после герметизации порезов 3 затяжки 2, заполняли рабочей смесью HPC-1. Величина воды в ней составляла 28-30% от массы HPC-1. Смесь соответствовала ТУ-21-53-22-86.

В результате реакции гидратации рабочая смесь HPC-1 расширялась, шпренгельная затяжка в месте порезов увеличивалась в диаметре, при этом возникающее усилие в шпренгельной затяжке соответствовало расчетным данным, полученным по предложенной формуле.

Результаты экспериментов приведены в таблице.

Данный способ позволяет автономно создать предварительное напряжение в полых напрягаемых элементах затяжек, что снижает трудоемкость и повышает качество создания предварительного напряжения в строительных конструкциях особенно, если предварительное натяжение необходимо осуществить в труднодоступных местах, например, если усиливаемая конструкция находится на высоте.