0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Новая система сталежелезобетон

Характеристика сталежелезобетонных конструкций, их достоинства и недостатки

Сталежелезобетонные конструкции – особый класс конструкций в современном строительстве, который отличается не только по своему конструктивному признаку, но и по соотношению использования бетонной и стальной составляющей. Уже из самого названия можно сделать вывод, что сталежелезобетонные конструкции являются системой, состоящей из монолитного железобетона или железобетонной плиты, стальной части, соединительных элементов (анкеров, упоров).

Этот вид конструкций можно условно подразделить на следующие типы:
• — стальные прокатные, гнутые или сварные профили, которые расположены вне железобетонного элемента (балки перекрытий и мостов);
• — конструкции с использованием жесткой арматуры, представленной стальными профилями, расположенными внутри железобетонного элемента (колонны, опоры и балки);
• — стальной листовой прокат или профили, которые расположены вокруг сечения, по его периметру либо по граням (трубобетонные конструкции); • — стальная несъемная опалубка, выполняющая одновременно функции рабочей арматуры (резервуары и перекрытия).

Свойства сталежелезобетонных конструкций обеспечиваются благодаря совместной работе стальной и железобетонной части. Исключение сдвига в области контакта составных частей при возникновении нагрузок обеспечивается за счет адгезионных свойств, трения и зацепления соединительных элементов. Последние, могут быть выполнены в виде жестких и гибких упоров, анкеров. Упоры жесткого типа предназначены для работы на изгиб. При этом в бетоне образуются равномерно распределяющиеся деформации сжатия, в отличие от гибких упоров, работающих в основном на изгиб. Анкера предназначаются для перенесения возникающей в конструкции нагрузки на растяжение. Есть еще один тип соединений, примером которого может служить стальной профлист с выштамповками. Такой соединяющий элемент обеспечивает передачу сил сдвига посредством зацепления стального элемента и бетона, и за счет трения. Способы соединения стальной и железобетонной частей могут быть патентованными, применяющимися определенной компанией (организацией), и конструктивными. Первые являются собственностью изготовителя сталежелезобетонной конструкции, и их принцип действия не раскрывается полностью, вторые – это всевозможные анкера и упоры.

Эффективная работа сталежелезобетонных конструкций находится в зависимости от разных видов и величин нагрузок, формы и размеров железобетонного и стального элемента, деформационных и прочностных характеристик используемых материалов, последовательности производства работ и прочих факторов. До того, как бетон приобретет монолитную структуру с заданной прочностью, все нагрузки (от веса железобетона и собственного веса, монтажного оборудования), приходятся на стальные элементы. После того, как бетон замонолитится, а элементы объединятся, нагрузки уже воспринимаются всей конструкцией в целом.

Преимущества и уязвимые места

Основополагающий принцип проектирования (совмещение функций элементов, различных по структуре, форме и прочим характеристикам) полностью и с успехом реализуется в сталежелезобетонных конструкциях благодаря объединению свойств стали и бетона. Одним из наиболее распространенных применений этих конструкций являются перекрытия производственных и общественных зданий с большими нагрузками. Эти перекрытия изготавливаются из стального профилированного листа, выполняющего роль несъемной опалубки для монолитного бетона. Все большее распространение получают такие конструкции как трубобетонные колонны, ригели. Сталежелезобетонные конструкции настолько эффективны и обладают таким количеством достоинств перед железобетонными и стальными, что их сфера использования с каждым годом все больше расширяется.

Среди преимуществ этих конструкций можно отметить такие как уменьшение расхода стали, а соответственно и снижение себестоимости; большая жесткость; меньший вес; прoстoта узлoвых сoпряжений. Кроме того, их пожароустойчивость гораздо выше, поскольку благодаря бетону происходит снижение температуры, благодаря чему стальной элемент защищен от перегрева и не происходит снижение его несущей способности. А благодаря тому, что конструкции изготавливаются на заводе, существенно сокращается время монтажа и снижается зависимость сборки от погодных условий, что экономит рабочее время. Еще одно достоинство – высокая несущая способность. Ее можно рассмотреть на примере железобетонной и сталежелезобетонной колонны диаметром 60 см. Несущая способность четырехметровой колонны из железобетона составляет приблизительно 6000 кН, тогда как сталежелезобетонная колонна обладает несущей способностью до 32 000 кН, то есть в 5,33 раза больше. Если же взять, к примеру, для сравнения стальной и сталежелезобетонный настил, то экономия стали при одинаковом восприятии нагрузок в случае с сталежелезобетонной конструкцией будет составлять порядка 15%.

К недостаткам конструкций из стали и железобетона можно отнести тот факт, что поскольку сталь и бетон все же разные по своим физико-химическим показателям вещества, необходимо устраивать объединительные элементы между ними. Также могут проявляться специфические воздействия, которые вызываются перепадами температуры, ползучестью и усадкой бетона. Ну и безусловно, расчет подобных конструкций более сложный. В процессе расчета следует учитывать стадийность работы, сдвиг разнородных материалов в области соприкосновения и другие специфические факторы.

Читать еще:  Корейские аниме про любовь и школу. Десять аниме-сериалов про школу и любовь

Однако, несмотря на все вышеперечисленные недостатки, прочность и надежность сталежелезобетонных конструкций, а также экономическая выгодность их, которая проявляется еще на этапе монтажа, а впоследствии – и в процессе безремонтной эксплуатации, несомненно, заставляют сделать выбор именно в их пользу.

Конструктивная система сталежелезобетонных мостов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Краснов Сергей Николаевич, Краснова Е. С., Вихров Е. А.

Рассматривается применение и этапы возведения пролетного строения пешеходного моста с новой дискретно-континуальной системой связей сдвига. Предлагаемая система представлена в виде продольных и поперечных стержней периодического профиля, проходящих через крестообразные уголки, установленные в каждом узле и в середине между ними (узлами).

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Краснов Сергей Николаевич, Краснова Е. С., Вихров Е. А.

STRUCTURAL SYSTEM OF STEEL CONCRETE BRIDGES

The deals with the application and the stages of construction of the span pedestrian bridge with a new discrete –continuous system of connections shift. The proposed system is presented in the form of longitudinal and transverse rods of periodic profile passing through cross-shaped corners, installed at each node in the middle between them.

Текст научной работы на тему «Конструктивная система сталежелезобетонных мостов»

КОНСТРУКТИВНАЯ СИСТЕМА СТАЛЕЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ МОСТОВ

С.Н. Краснов, ст. преподаватель, Е.С. Краснова, аспирант,

Е.А Вихров, студент, ХНАДУ

Аннотация. Рассматривается применение и этапы возведения пролетного строения пешеходного моста с новой дискретно-континуальной системой связей сдвига. Предлагаемая система представлена в виде продольных и поперечный стержней периодического профиля, проходящих через крестообразныге уголки, установленные в каждом узле и в середине между ними (узлами).

Ключевые слова: сталежелезобетон, пешеходный мост, пролетное строение, дискретноконтинуальная система.

КОНСТРУКТИВНА СИСТЕМА СТАЛЕЗАЛІЗОБЕТОННИХ МОСТІВ

С.М. Краснов, ст. викладач, К.С. Краснова, аспірант,

Є.О. Віхров, студент, ХНАДУ

Анотація. Розглядається вживання й етапи зведення прогонової будови пішохідного мосту з новою дискретно-континуальною системою звЯзків зсуву. Запропонована система представлена у вигляді подовжніх і поперечних стержнів періодичного профілю, що проходять через хрестоподібні куточки, встановлені в кожному вузлі і в середині між ними (вузлами).

Ключові слова: сталезалізобетон, пішохідний міст, прогонова будова, дискретно-континуальна система.

STRUCTURAL SYSTEM OF STEEL CONCRETE BRIDGES S. Krasnov, senior lecturer, E. Krasnova, postgraduate, E. Vikhrov, student, KhNAHU

Abstract. The deals with the application and the stages of construction of the span pedestrian bridge with a new discrete -Continuous system of connections shift. The proposed system is presented in the form of longitudinal and transverse rods of periodic profile passing through cross-shaped corners, installed at each node in the middle between them.

Key words: steel-concrete, pedestrian bridge, span structure, discrete-continuous system.

Научный прогресс в области строительства заключается в поиске новых сочетаний стали и бетона для их совместной рациональной работы в строительных конструкциях. К таким конструкциям относится сталежелезобетон, сущность которого заключается в том, что в них объединены разнообразные стальные профили и бетон для обеспечения рациональной совместной работы, для чего была разработана и возведена конструкция пролетного строения пешеходного моста с дис-

кретно-континуальной системой связей сдвига нового типа.

При строительстве и проектировании пролетных строений автодорожных и пешеходных сталежелезобетонных мостов особое внимание уделяется обеспечению надежной совместной работы металлических и железобетонных (сборных и монолитных) элементов [1-4]. Современные комплексные сталежелезобетонные конструкции объединяют в

себе стальной прокат и бетон. Наиболее актуальной здесь является разработка новых типов связей сдвига между металлической и бетонной частями, за счет чего, собственно, и возможно достижение их совместной работы.

Цель и постановка задачи

Основная цель данной работы □ возведение и внедрение в практику мостостроения пролетного строения моста с новой системой сдвиговых связей, созданной при помощи методов прямого проектирования [5].

Обозначенной постановке проблемы в значительной мере удовлетворяет конструкция сталежелезобетонного пролетного строения пешеходного моста, позволяющая перекрывать пролеты длиной от 6 м до 24 м при шаге увеличения размера 3 м [6]. Предполагается, что достижение совместного деформирования железобетонной и металлической частей обеспечивается за счет создания дискретноконтинуальной системы связей сдвига (локально-распределенной системы связей

сдвига) железобетонной плиты, для которой в качестве жесткой арматуры непосредственно используются элементы верхнего пояса металлической структуры. Пролетное строение моста включает в себя железобетонную плиту, нижние и верхние пояса, металлические модульные элементы-фермы, соединенные между собой в каждом узле при помощи двух равнобоких уголков со срезанными полками, которые одновременно являются связями сдвига между железобетонной и металлической частями, а внутри железобетонной плиты расположены элементы верхнего пояса металлической структуры, жестко соединенные с продольной и поперечной арматурой периодического профиля.

Читать еще:  Чеченская фотомодель. Самые красивые девушки чечни

На рис. 1 изображен фрагмент пролетного строения пешеходного моста, верхний пояс которого расположен внутри железобетонной плиты.

Рис. 1. Фрагмент пролетного строения моста

Сталежелезобетонное пролетное строение состоит из железобетонной плиты 1, модульных элементов-ферм 2, которые соединены между собой как поперечными элементами 3 в плоскости верхнего пояса, так и при помощи металлических пластин 4 и нижних связей 5 в плоскости нижнего пояса, а также верхнего пояса 6 и нижнего пояса 7. Через отверстия в крестообразных связях сдвига 8 проходят продольные 9 и поперечные 3 элементы в виде арматуры периодического профиля, которые образуют локально-распределенную систему связей сдвига железобетонной плиты. Нижняя арматурная сетка

10 крепится к нижней грани верхнего пояса металлической структуры, а верхняя арматурная сетка 11 укладывается на продольные 9 и поперечные 3 элементы, после чего выполняется бетонирование плиты 1.

На рис. 2 представлена конструкция верхнего пояса в аксонометрии, а на рис. 3 изображены элементы, входящие в состав верхнего пояса.

Рис. 2. Предлагаемая конструкция верхнего пояса

Рис. 3. Элементы верхнего пояса

Как и для большинства сталежелезобетонных конструкций, в системе произведена дифференциация конструктивов, воспринимающих деформации разных знаков, и установлена рациональная топология металлической дискретно-континуальной системы связей сдвига. Кроме указанного положительного сочетания конструкционных материалов, предложенную систему отличает процедура упрощенной сборки, минимизирующая её время и трудоемкость. Суть конструктивного решения этого агрегата сводится к следующему. Формируется структура, состоящая из металлических модульных элементов, верхних и нижних поясов, а также железобетонной плиты [7]. При этом металлические модульные элементы выполняются в виде плоских ферм длиною Ска пролет □ и устанавливаются под углом ±45° к вертикальной оси. Кроме того, пояса модульных элементов (ферм) выполняются из одиночных уголков, повернутых под углом 45о к вертикальной оси модульного элемента (фермы). Таким образом, рассматриваемая конструкция пролетного строения одновременно является кондуктором для собственной сборки [8].

Этапы создания пролетного строения

Монтаж сталежелезобетонного пролетного строения осуществляется путем объединения между собой модульных элементов-ферм 2, установки крестообразных связей сдвига 8 и проходящих через отверстия в них поперечных 3 и продольных 9 элементов. Объединение нижних поясов 7 осуществляется при помощи металлических пластин 4 и нижних связей 5. Завершающим этапом строительства является укладка верхних 10 и нижних

11 арматурных сеток плиты, установка опалубки и подача бетонной смеси.

На рис. 4 изображен металлический каркас верхнего пояса конструкции.

Рис. 4. Каркас верхнего пояса конструкции

Далее предлагается рассмотрение всех вышесказанных этапов возведения пролетного строения с дискретно-континуальной системой связей сдвига.

На заводе металлоконструкций был изготовлен металлический каркас пешеходного моста (рис. 5) и доставлен в лабораторию кафедры мостов, конструкций и строительной механики Харьковского национального автомобильно-дорожного университета.

Рис. 5. Общий вид металлического каркаса

Создание дискретно-континуальной системы связей сдвига начиналось с монтажа нижних арматурных сеток плиты, диаметром 3 мм с ячейкой 50×50 мм (рис. 6).

Рис. 6. Укладка нижних арматурных сеток

Поскольку предполагалось устройство эффективной железобетонной плиты облегченного типа, следующим этапом была укладка вкладышей-пустотообразователей из пено-полистирола в зоне минимальных усилий (рис. 7). Размеры металлической ячейки составили 100×100 см, в то время как размеры вкладышей □ 90×85 см. Это, в свою очередь, позволило уменьшить собственный вес плиты с сохранением ее требуемой несущей способности за счет образовавшихся ребер жесткости, активно включенных в совместную работу с металлом верхнего пояса.

Рис. 7. Укладка вкладышей из пенополисти-рола

Для достижения надежного сцепления бетона плиты с верхним поясом металлической конструкции было выполнено армирование продольных и поперечных ребер вертикальными каркасами из арматурной сетки (рис. 8, 9).

Рис. 8. Устройство продольных армокаркасов

В качестве локальных связей сдвига применены крестообразные уголки, установленные в каждом узле и в середине между ними (узлами) через отверстия, в которых пропущены распределенные связи сдвига в виде продольных и поперечных стержней периодического профиля (рис. 10).

Рис. 10. Создание локально-распределенных связей сдвига

Поскольку железобетонная плита работает на знакопеременные моменты, арматурная сетка была уложена и в верхней зоне по всему периметру конструкции (рис. 11).

Рис. 11. Монтаж верхних сеток плиты

Для обеспечения необходимой толщины слоя бетона между вкладышами из пенополисти-рола и арматурными сетками были заложены специальные бетонные элементы (сухарики) (рис. 12).

Рис. 9. Устройство поперечных армокаркасов

Рис. 12. Общий вид металлического каркаса перед бетонированием

После выполнения всех арматурных подготовительных работ было выполнено бетонирование железобетонной плиты.

В заключение следует отметить, что применение разработанной конструкции дискретно-континуальной системы связей сдвига позволяет наиболее эффективно получить комплексную сталежелезобетонную конструкцию пролетного строения пешеходного моста, в которой рациональная работа используемых материалов достигается за счет применения бетона в сжатой зоне, а металлической решетки □ в растянутой. Эффективность примененной в конструкции пролетного строения дискретно-континуальной системы связей сдвига в дальнейшем требует экспериментального подтверждения.

Читать еще:  Какие игрушки нравятся детям в 2 года

1. Ефимов П.П. Проектирование мостов / П.П. Ефимов. □ Омск: ООО «Цантєя» 2006. □ 112 с.

3. Бычковский Н.Н. Металлические мосты.

Ч. 1 / Н.Н. Бычковский, А.Ф. Данков-цев. □ Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2005. □ 364 с.

4. Стороженко Л.І. Сталезалізобетонні струк-

турні конструкції / Л.І. Стороженко,

В.М. Тимошенко, О.В. Нижник. □ Полтава: Гадяч, 2006. П144 с.

5. Стороженко Л.І. Створення нових типів сталезалізобетонних конструкцій / Л.І. Стороженко // Сталезалізобетонні конструкції: зб наук. ст. □ 2011. □ Вип. 9. □ С. 175П80.

5. Шмуклер В.С. Каркасные системы облег-

ченного типа / В.С. Шмуклер, Ю.А. Климов, Н.П. Бурак. □ X.: Золотые страницы, 2008. □ 336 с.

6. Бережная Е.В. Пространственные решения

пешеходных мостов с применением стеклопластика / Е.В. Бережная,

С.Н Краснов, Е.С Краснова,

Д.А. Орешкин // Науковий вісник будівництва: зб. наук. пр. □ 2011. □ Вип. 65.

7. Шмуклер В.С. Металлобетонное перекры-

тие с рациональными параметрами / В.С. Шмуклер, Е.В. Бережная, В.В. Герасименко и др. // Весник ХНАДУ: сб. науч. тр. □ 2010. □ Вып. 49. □ С. 75-83.

8. Пат.51336 Україна, МПК Б04Б 3/24. Ме-

талобетонне просторове перекриття / Шмуклер В.С., Бережна К.В., Герасименко В.В., Васим Ісмаїл; Калми-ков О.О., заявник и патентовласник Шмуклер В.С. □ № и 201000918/10; заявл. 29.01.10; опубл. 12.07.10,

Рецензент: В.П. Кожушко, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 21 августа 2012 г.

Рис. 13. Перемещения в середине пролета на 3-м этапе нагружения

В результате проведенного эксперимента был получен достаточно полный анализ работы конструкции в целом и отдельных ее элементов.

На рис. 14 приведены экспериментальные вертикальные перемещения узлов нижнего пояса конструкции на 1-м этапе нагружения.

Рис. 14. Перемещения узлов конструкции на 1-м этапе нагружения

Перемещение узла 1 несколько больше, чем узла 2, что отражает логическую закономерность роста перемещений с увеличением и местом расположения нагрузки.

На рис. 15 приведены экспериментальные вертикальные перемещения узлов нижнего пояса конструкции на 2-м этапе нагружения.

Рис. 15. Перемещения узлов конструкции на 2-м этапе нагружения

Сопоставление полученных экспериментальных данных с результатами расчетов, проведенных на базе построенной конечноэлементной модели, позволяют судить:

□ о том, что предлагаемая конструкция сталежелезобетонного пролетного строения пешеходного моста, пролетом 6 м с консолями по 0,5 м, шириной 2 м, высотой конструкции 0,5 м, верхний пояс которой объединен с железобетонной плитой, армированной специальным образом, при классе бетона В25 обладает высокой пространственной жесткостью и необходимой прочностью;

□ о том, что потери устойчивости раскосов и необратимых прогибов конструкции не произошло;

□ о совместной работе металлических элементов конструкции (поясов и раскосов) с железобетонной плитой на всем диапазоне нагружения вплоть до разрушения;

□ о том, что построенная теоретическая модель, составленная из конечных элементов стержней общего положения, достаточно строго отражает качественную и количественную картины напряженно-деформированного состояния составных конструкций при действии вертикальных нагрузок [8, 14].

Вышесказанное наглядно отображено на рис. 16, 17 и 18, где представлены эксперимен-

ЛИРА-САПР 2017 разработала модуль по сталежелезобетонным конструкциям

В результате сотрудничества УЦСС с разработчиком программного обеспечения ЛИРА в новой версии комплекса был реализован модуль по расчету сталежелезобетонных конструкций.

Новая система Сталежелезобетон в ЛИРА-САПР 2017 реализована на базе принципов, изложенных в положениях ДСТУ Б В.2.6-215:2016 «Расчет и конструирование сталежелезобетонных конструкций с плитами по профилированным настилам», заказчиком и соавтором которого выступил УЦСС.

В модуле выполняется расчет и проектирование сталежелезобетонных балок и колонн на уровне эскизов, задаются сечения стальных профилей, выполняется проверка заданных сечений, подбор дополнительной гибкой арматуры, задан широкий набор типов прокатных и составных сечений.

В программе реализован эффективный алгоритм подбора и проверки сталежелезобетонного сечения. Расчет сталежелезобетонного сечения выполняется на все виды усилий: Мх, Мy, Мkp, N, Qx, Qy. Результаты расчета сталежелезобетонных конструкций представляются в графическом и табличном виде, аналогично расчету железобетонных конструкций. Элементы сталежелезобетонных конструкций могут быть переданы в локальный режим расчета для более детального анализа и дополнительных исследований.

«Сталежелезобетонными называют стальные сечения, которые объединены с бетоном при помощи специальных упорных анкеров. К ним, прежде всего, относят балки перекрытий, которые работают совместно с железобетонными плитами, а также элементы обетонированных и заполненных бетоном колонн. Такие решения позволяют значительно снизить металлоемкость и сроки возведения каркаса, увеличить жесткость и огнестойкость. Уменьшенная строительная высота балок и возможность их перфорации дают дополнительную экономию на отоплении и кондиционировании, интеграции коммуникаций и фасадных работах, – рассказал Руководитель Инженерного центра УЦСС, к.т.н., доц. Артем Билык.

– Благодаря новому ДСТУ и модулю ЛИРА-САПР украинские проектировщики, даже в рамках национальной ветки проектирования, могут применять передовые европейские методики для зданий всех классов ответственности».

Отметим, что комплекс ЛИРА-САПР 2017 с новым модулем доступен в Украине 10 мая.

Источники:

http://www.npprusmet.ru/articles.php?id=147
http://cyberleninka.ru/article/n/14087849
http://www.proektant.ua/content/2077.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector