RU229723U1

RU229723U1 - Prestressed steel truss beam

Info

Publication number: RU229723U1
Application number: RU2024121601U
Authority: RU
Inventors: Анна Юрьевна Богуцкая; Юрий Григорьевич Богуцкий; Василий Тимофеевич Шаленный; Владимир Анатольевич Чаплыгин; Алексей Владимирович Кондратьев
Filing date: 2024-07-29
Publication date: 2024-10-23

Abstract

Полезная модель относится к области строительства, а именно к устройствам для усиления строительных конструкций, преимущественно изгибаемых железобетонных балок и плит, и может быть использована для поврежденных и неповрежденных конструкций при недостаточной их несущей способности или увеличении ожидаемых эксплуатационных нагрузок на них. Преднапряженная стальная балка-шпренгель включает в себя двутавр цельного или составного сечения, приваренные к нему поперечные стержни и пропущенный через них преднапрягающий продольный стержень, концы которого закреплены в торцевых частях балки, а также вертикально размещенный в средней зоне балки резьбовой натяжитель продольного стержня. При этом преднапрягающий продольный стержень и натяжитель смонтированы под упомянутым двутавром, а натяжитель выполнен в виде скобы, дугообразной своей частью размещенной в отверстии стенки двутавра. Как вариант конструктивного исполнения, для перераспределения сминающих усилий в стенке двутавра в полезной модели предложено отверстие под скобу просверлить в зоне нулевых нормальных напряжений его вертикальной стенки (в центре его симметрии) и обрамить, например, двухсторонними шайбами. Предложенные совершенствования позволяют применить балку-шпренгель в качестве подкладочной под основную усиливаемую плитную или балочную железобетонную конструкцию при ее модернизации. А работы по монтажу и включению в работу предлагаемой балки-шпренгеля можно осуществить без привлечения громоздкого подъемно-транспортного оборудования, например, с подкатных вышек-тур, или подмостей. 2 ил.

The utility model relates to the field of construction, namely to devices for strengthening building structures, primarily bending reinforced concrete beams and slabs, and can be used for damaged and undamaged structures with insufficient bearing capacity or an increase in expected operational loads on them. A prestressed steel truss beam includes an I-beam of a solid or composite section, transverse rods welded to it and a prestressing longitudinal rod passed through them, the ends of which are fixed in the end parts of the beam, as well as a threaded tensioner of the longitudinal rod vertically placed in the middle zone of the beam. In this case, the prestressing longitudinal rod and the tensioner are mounted under the said I-beam, and the tensioner is made in the form of a bracket, the arc-shaped part of which is placed in an opening in the wall of the I-beam. As a variant of the design, for redistribution of crushing forces in the wall of the I-beam, the utility model proposes to drill a hole for the bracket in the zone of zero normal stresses of its vertical wall (in the center of its symmetry) and frame it, for example, with double-sided washers. The proposed improvements allow using the truss beam as a lining under the main reinforced slab or beam reinforced concrete structure during its modernization. And the work on installation and inclusion in operation of the proposed truss beam can be carried out without the use of bulky lifting and transport equipment, for example, from mobile towers or scaffolding. 2 fig.

Description

Полезная модель относится к области строительства, а именно к устройствам для усиления строительных конструкций, преимущественно изгибаемых железобетонных балок и плит, и может быть использована для поврежденных и неповрежденных конструкций при недостаточной их несущей способности или увеличении ожидаемых эксплуатационных нагрузок на них.The utility model relates to the field of construction, namely to devices for strengthening building structures, primarily bending reinforced concrete beams and slabs, and can be used for damaged and undamaged structures with insufficient bearing capacity or an increase in expected operational loads on them.

Известно множество способов и устройств для усиления железобетонных и стальных балок, а также ребристых плит, реализующих принцип создания предварительного напряжения и связанного с ним обратного выгиба этих элементов за счет монтажа и включения в работу специальных шпренгелей со стальными затяжками. Например, в полезной модели по патенту RU №130333 U1, представлен шпренгель, состоящий из двух симметричных стержневых ветвей, закрепленных между собой в верхней части железобетонного элемента через сжатые элементы, а в нижней части - через опорный стержень, установленный по низу железобетонного элемента в месте перегиба ветвей, ветви шпренгеля выполнены трапециевидными и снабжены дополнительным опорным стержнем, расположенным по низу балки в месте второго перегиба ветвей, кроме этого, каждая ветвь дополнительно содержит натяжные устройства, например, в виде муфт или талрепов, а наклонные стороны ветвей выполнены из двух стержней и соединены между собой с помощью указанных натяжных устройств. Однако такая шпренгельная система достаточно сложна в подготовке и монтаже хотя бы потому, что предполагает использование нескольких (но не менее двух) натяжных устройств.There are many known methods and devices for strengthening reinforced concrete and steel beams, as well as ribbed slabs, implementing the principle of creating preliminary stress and the associated reverse bending of these elements due to the installation and inclusion of special trusses with steel ties. For example, in the utility model according to patent RU No. 130333 U1, a truss is presented consisting of two symmetrical rod branches secured to each other in the upper part of a reinforced concrete element through compressed elements, and in the lower part - through a support rod installed along the bottom of the reinforced concrete element at the bending point of the branches, the truss branches are made trapezoidal and are provided with an additional support rod located along the bottom of the beam at the second bending point of the branches, in addition, each branch additionally contains tensioning devices, for example, in the form of couplings or turnbuckles, and the inclined sides of the branches are made of two rods and connected to each other using the said tensioning devices. However, such a truss system is quite complex in preparation and installation, at least because it involves the use of several (but not less than two) tensioning devices.

Известен способ усиления стальной балки дополнительным предварительно напряженным стальным шпренгелем, временно монтируемом на вертикальных стойках, через которые устанавливают постоянную и временную затяжки обоих шпренгелей по патенту на изобретение RU №2209278 С1. При этом усилие натяжения во временной затяжке создается за счет подвешивания к ней дополнительного груза. Такая система усиления также является достаточно громоздкой в монтаже и демонтаже ее съемной части, но метод создания усилия преднапряжения в затяжке путем приложения к горизонтальной ее части вертикально направленного усилия, представляется нам достаточно перспективным и эффективным.A method is known for strengthening a steel beam with an additional pre-stressed steel truss, temporarily mounted on vertical posts, through which permanent and temporary tightening of both trusses is installed according to the patent for invention RU No. 2209278 C1. In this case, the tension force in the temporary tightening is created by hanging an additional load on it. Such a reinforcement system is also quite cumbersome in the installation and dismantling of its removable part, but the method of creating a pre-stress force in the tightening by applying a vertically directed force to its horizontal part seems to us to be quite promising and effective.

В качестве прототипа принята полезная модель №155488 U1, включающая двутавр цельного или составного сечения, приваренные к нему поперечные стержни и пропущенные через них преднапрягающие продольные стержни, концы которых попарно закреплены в торцевых частях балки, а также вертикально размещенные в средней зоне балки резьбовые натяжители продольных стержней. Здесь натяжители и создают вертикально направленное воздействие на горизонтальную часть затяжек, как и в нашем предложении. Поэтому именно эта полезная модель выбрана нами в качестве прототипа. Но такая балка должна иметь, и имеет большую рабочую высоту двутавра по сравнению с его длиной, что и позволяет разместить преднапрягаемые стержни и их натяжители внутри пространства двутавра, с двух сторон от его вертикальной стенки.Utility model No. 155488 U1 is adopted as a prototype, including an I-beam of a solid or composite section, transverse rods welded to it and prestressing longitudinal rods passed through them, the ends of which are fixed in pairs in the end parts of the beam, as well as threaded tensioners of the longitudinal rods vertically placed in the middle zone of the beam. Here, the tensioners create a vertically directed effect on the horizontal part of the ties, as in our proposal. Therefore, this utility model is chosen by us as a prototype. But such a beam must have, and does have, a greater working height of the I-beam compared to its length, which allows placing prestressing rods and their tensioners inside the space of the I-beam, on both sides of its vertical wall.

Недостатком такой преднапряженной сталебетонной балки является не возможность применить ее для усиления существующих конструкций, работающих на изгиб. Общепринято называть такие конструкции усиления шпренгельными.The disadvantage of such a prestressed steel-concrete beam is that it cannot be used to strengthen existing structures that work in bending. It is common practice to call such reinforcement structures truss-type.

Задача полезной модели состоит в совершенствовании конструкции стальной балки, чтобы ее можно было использовать как подкладочную шпренгельную систему под основной усиливаемой балочно-плитной железобетонной конструкцией.The objective of the utility model is to improve the design of a steel beam so that it can be used as a lining truss system under the main reinforced beam-slab reinforced concrete structure.

Для решения поставленной задачи в преднапряженной стальной балке-шпренгеле, включающей двутавр цельного или составного сечения, приваренные к нему поперечные стержни и пропущенный через них преднапрягающий продольный стержень, концы которого закреплены в торцевых частях балки, а также вертикально размещенный в средней зоне балки резьбовой натяжитель продольного стержня, предложено преднапрягающий продольный стержень и натяжитель смонтировать под двутавром, а натяжитель выполнить в виде скобы, дугообразной своей частью размещенной в отверстии стенки двутавра. Для перераспределения сминающих усилий в стенке двутавра, предложено отверстие под скобу просверлить в зоне нулевых нормальных напряжений его вертикальной стенки (в центре его симметрии) и обрамить, например, двухсторонними шайбами. В этом случае двутавр будет подвергаться наименьшим деформациям.To solve the problem in a prestressed steel truss beam, including an I-beam of a solid or composite section, transverse rods welded to it and a prestressing longitudinal rod passed through them, the ends of which are fixed in the end parts of the beam, as well as a threaded tensioner of the longitudinal rod vertically placed in the middle zone of the beam, it is proposed to mount the prestressing longitudinal rod and the tensioner under the I-beam, and to make the tensioner in the form of a bracket, an arc-shaped part of which is placed in an opening in the wall of the I-beam. To redistribute the crushing forces in the wall of the I-beam, it is proposed to drill a hole for the bracket in the zone of zero normal stresses of its vertical wall (in the center of its symmetry) and frame it, for example, with double-sided washers. In this case, the I-beam will be subject to the least deformations.

Предлагаемая конструкция стальной балки усиления поясняется графическими материалами, где на Фиг. 1 представлен ее общий вид сбоку, а на Фиг. 2 - разрез 1-1 на Фиг. 1. В разработанном и реализованном проектном решении, балка представляет собой прокатный двутавр 1 по сортаменту №12, по его краям, снизу приварены поперечные стержни 2 из швеллеров №6,5, через которые (в углублениях) пропущен продольный стержень-затяжка 3. Она закреплена на торцевых частях двутавра 1, электросваркой к его нижней полке. В центре двутавра 1 просверлено отверстие 4, обрамленное шайбами 5, приваренными с двух сторон от двутавра 1. В это отверстие 4 вставлена скоба 6 с резьбой на обеих концах. Ветви скобы 6 охватывают продольный стержень-затяжку 3, а под ней на скобу 6 одета горизонтальная планка 7, затянутая гайками 8.The proposed design of the steel reinforcement beam is explained by graphic materials, where Fig. 1 shows its general side view, and Fig. 2 shows section 1-1 in Fig. 1. In the developed and implemented design solution, the beam is a rolled I-beam 1 of assortment No. 12, along its edges, from below, transverse rods 2 made of channels No. 6.5 are welded, through which (in the recesses) a longitudinal tightening rod 3 is passed. It is fixed on the end parts of the I-beam 1, by electric welding to its lower flange. In the center of the I-beam 1, a hole 4 is drilled, framed by washers 5, welded on both sides of the I-beam 1. A bracket 6 with threads on both ends is inserted into this hole 4. The branches of the bracket 6 embrace the longitudinal tightening rod 3, and under it, a horizontal bar 7 is placed on the bracket 6, tightened with nuts 8.

Установка и включение в работу предлагаемой балки усиления шпренгельной затяжкой заключается в нижеследующем. Под усиливаемой конструкцией (на схемах не показана) устраиваются узлы опирания и освобождается пространство для подведения собранного двутавра 1 вместе со швеллерами 2 и продольной стержень-затяжкой 3. В отверстие 4, обрамленное приваренными шайбами 5, вставляют скобу 6 так, чтобы продольная стержень-затяжка 3 оказалась внутри скобы 6. На скобу 6 наживляют планку 7 при помощи гаек 8. В таком, подготовленном к установке состоянии, балка монтируется под усиливаемой конструкцией. При необходимости (больших зазорах), сверху двутавра 1 ставят подкладки, ликвидирующие этот зазор. В системе, завинчиванием гаек 8 через скобу 6 и продольный стержень - затяжку 3, создается выгиб вверх двутавра 1 в вертикальном направлении. Таким образом, балка-шпренгель включается в работу для совместного восприятия нагрузок после реконструкции.The installation and commissioning of the proposed truss-type tightening beam consists of the following. Support units are arranged under the structure to be reinforced (not shown in the diagrams) and space is cleared for bringing the assembled I-beam 1 together with the channels 2 and the longitudinal tightening rod 3. A bracket 6 is inserted into the opening 4, framed by welded washers 5, so that the longitudinal tightening rod 3 is inside the bracket 6. A strip 7 is screwed onto the bracket 6 using nuts 8. In this state, prepared for installation, the beam is mounted under the structure to be reinforced. If necessary (large gaps), pads are placed on top of the I-beam 1 to eliminate this gap. In the system, by screwing nuts 8 through the bracket 6 and the longitudinal tightening rod 3, an upward bend of the I-beam 1 in the vertical direction is created. Thus, the truss beam is included in the work for the joint perception of loads after reconstruction.

Предельный вес монтируемой системы усиления железобетонной ребристой плиты покрытия размером 3×6 м не превышает 80 кг.The maximum weight of the mounted reinforcement system for a 3x6 m reinforced concrete ribbed roof slab does not exceed 80 kg.

Следовательно, по сравнению со всеми проанализированными аналогами, включая обоснованно выбранный прототип, предлагаемая конструкция балки-шпренгеля отличается признаками новизны и многоразовой применимости, а также связанным с этими признаками положительном эффекте, заключающемся в возможности применения в качестве подкладочной под основную усиливаемую плитную или балочную железобетонную конструкцию при ее модернизации, что позволит произвести работы по монтажу и включению в работу предлагаемой балки-шпренгеля без привлечения громоздкого подъемно-транспортного оборудования, например, с подкатных вышек-тур, или подмостей.Therefore, in comparison with all the analyzed analogues, including the reasonably selected prototype, the proposed design of the truss beam is distinguished by the features of novelty and reusable applicability, as well as the positive effect associated with these features, consisting in the possibility of using it as a lining under the main reinforced slab or beam reinforced concrete structure during its modernization, which will allow for the installation and commissioning of the proposed truss beam without the use of bulky lifting and transport equipment, for example, from mobile towers or scaffolding.

Claims

A prestressed steel truss beam comprising an I-beam of a solid or composite cross-section, transverse rods welded to it and a prestressing longitudinal rod passed through them, the ends of which are secured in the end parts of the beam, as well as a threaded tensioner of the longitudinal rod vertically placed in the middle zone of the beam, characterized in that the prestressing longitudinal rod and the tensioner are mounted under the I-beam, and the tensioner is made in the form of a bracket, the arc-shaped part of which is placed in an opening in the wall of the I-beam, wherein the opening for the bracket is drilled in the zone of zero normal stresses of the vertical wall of the I-beam and is framed with double-sided washers.