Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения





















Яндекс.Метрика

Конструктивные решения

Схемы размещения затяжек. От рационально выбранной схемы размещения затяжек зависят работа балки, ее конструктивное решение и экономичность.
По очертанию затяжки могут быть прямолинейного (рис. 3,а,б) и криволинейного или ломаного очертания (рис. 3, в, г).
Они могут быть расположены в пределах высоты балки или вынесены за пределы ее сечения (рис. 3,д).
Конструктивные решения

Прямолинейные затяжки всегда расположены практически в пределах высоты балки, как правило, на уровне растянутого пояса. По конструктивным соображениям они не всегда могут быть расположены по центру тяжести пояса, и поэтому непосредственно примыкают к поясу балки с наружной или внутренней стороны сечения балки. Размещать затяжки с внутренней стороны сечения удобнее с точки зрения транспортирования балки и защиты затяжки от коррозии. Кроме того, изготовление, анкеровка и натяжение прямолинейных затяжек наиболее просты.
С точки зрения работы однопролетной балки размещать затяжку по всей ее длине (см. рис. 3, а) нерационально, так как около опор, где изгибающие моменты от внешней нагрузки небольшие, затяжки не только не нужны, но и вызывают нежелательное напряженное состояние. Такое размещение может быть оправдано лишь простотой устройства анкерных креплений и размещения натяжных приспособлений.
Затяжку следует размещать по длине пролета (см. рис. 3,б) так, чтобы в месте ее закрепления сечение балки было полностью использовано для восприятия изгибающего момента.
При закреплении затяжки в пролете балки возникают конструктивные трудности с размещением анкерных устройств и домкратов. Удобное в конструктивном и производственном отношениях решение можно получить, если изменить высоту сечения балки у анкерного закрепления затяжки (рис. 4).
Конструктивные решения

Эффективность применения затяжек различного очертания показана в табл. 1. Эпюры изгибающих моментов получены для балки пролетом 15 м с тремя сосредоточенными грузами P = 30 г, расположенными на равных расстояниях, и равномерно распределенной нагрузкой q = 0,17 т/м.
Укороченные затяжки имеют большую величину самонатяжения, что также повышает их эффективность.
В неразрезных балках прямолинейные затяжки рационально размещать на отдельных участках пролета с наибольшими значениями изгибающих моментов со стороны растянутых волокон (рис. 5,а).
Конструктивные решения

Чтобы усиление балки затяжками и соответственно предварительным напряжением отвечало очертанию эпюры моментов, затяжки можно располагать внахлестку (см. рис. 3, е, ж) с концентрацией их в сечении с максимальными изгибающими моментами и разрежением в сечениях, где величины моментов уменьшаются.
Конструктивные решения

Такой прием может быть рационален лишь при больших пролетах. Так, например, в неразрезных пятипролетных балках моста через р. Томь над промежуточными опорами размещено внахлестку по восемь затяжек (рис. 6, г), каждая длиной около 57 м. Натяжением этих затяжек в балке создавались эпюры моментов и предварительных напряжений, по очертанию близкие к соответствующим эпюрам от внешней нагрузки (рис. 6. б). Следует отметить, что изгибающие моменты от внешней нагрузки на опорах были значительно больше, чем в пролетах, из-за увеличения высоты сечения балок на опорах. В пролетах изгибающие моменты были сравнительно небольшие, и предварительного напряжения в них не требовалось. Перераспределение изгибающих моментов с пролетов на опоры не только позволило уменьшить высоту балок в пролете и тем самым снизить отметку настила моста, но и перенести все работы по предварительному напряжению на верхний пояс, что значительно облегчило их выполнение.
Конструктивные решения

Криволинейные или ломаного очертания затяжки, расположенные в пределах высоты балки, имеют то преимущество, что создают предварительное напряжение переменной величины по длине балки. В сечении с наибольшим изгибающим моментом предварительное напряжение больше, так как больше расстояние от затяжки до центра тяжести сечения. У опоры (в однопролетных балках) затяжка приближается к центру тяжести сечения, и изгибающий момент от предварительного напряжения уменьшается, но здесь затяжка воспринимает поперечную силу, уменьшая скалывающие напряжения в стенке. В местах перегиба затяжки возникают вертикальные составляющие, дополнительно облегчающие работу балки. Устройство криволинейных затяжек сложнее, они требуют больше дорогого высокопрочного материала и устройства специальных направляющих для укладки пучков (рис. 7). При создании предварительного напряжения возникают силы трения между затяжкой и направляющими, что увеличивает необходимое усилие натяжения затяжки. Сложнее устройство упоров для анкеров и размещение натяжных приспособлений.
Конструктивные решения

Наибольшую экономию материала можно получить в балках переменного сечения (см. рис. 4). Уменьшения сечения к опорам можно достигнуть: уменьшением высоты у опоры; уменьшением площади поясов; совместно тем и другим.
Третий вариант может оказаться наиболее эффективным. Затяжку в этом случае можно проектировать прямолинейной (см. рис. 4, а, б) или ломаного очертания (см. рис. 4, б).
Прямолинейная затяжка проста и удобна с точки зрения ее натяжения и анкеровки. Однако применение затяжки ломаного очертания с закреплением ее в торцах балки частично разгружает стенки балки, что особенно важно для балок с уменьшенной высотой на опорах при больших поперечных силах или подвижной нагрузке.
Для балок с затяжками ломаного очертания можно рекомендовать длину прямолинейного участка равной (0,6—0,3)l, а высоту балки на опоре равной (0,45—0,6)/г, где l — пролет; h — высота балки в середине пролета.
В неразрезных балках одна криволинейная затяжка (рис. 5, б) может заменить несколько прямолинейных. Это уменьшает количество анкерных закреплений и соответственно количество натяжений. Непрерывная криволинейная затяжка применена в неразрезных балках моста у Монтабауэра (см. рис. 25 введения).
Имеются предложения передавать распор от криволинейных затяжек на плиту железобетонного настила (рис. 8).
Конструктивные решения

В процессе предварительного напряжения между плитой и балкой не должно быть связей, передающих сдвигающие силы, чтобы верхний пояс балки не получил сжатия. Сохраняются лишь связи, обеспечивающие плиту от потери устойчивости. После создания предварительного напряжения плита объединяется с балкой, входит в состав сечения, и конструкция (балка, плита и затяжка) работает на внешнюю нагрузку совместно. В такой комбинированной конструкции плита получает предварительное Сжатие, что облегчает ее работу и предохраняет от появления трещин. Применение таких систем рационально в мостах и в других сооружениях.
Балки с затяжками, вынесенными на значительное расстояние за пределы сечения (см. рис. 3, д), можно применять, когда строительная высота конструкции не ограничена. В этих схемах эффективность предварительного напряжения и дальнейшей работы затяжки под нагрузкой повышается, и сечение затяжек облегчается. Такие балки по затрате металла экономнее балок с затяжками, расположенными в пределах их высоты. Однако они имеют ряд конструктивных и производственных недостатков: их сложнее транспортировать; в процессе предварительного напряжения сжатый нижний пояс балки не связан с затяжкой и может потерять устойчивость; труднее защищать затяжку от коррозии. В процессе предварительного напряжения балка оказывается весьма деформативной, что может лимитировать величину предварительного напряжения.
Схему очертания затяжки и количество удерживающих ее стоек целесообразно принимать в соответствии со схемой действующей нагрузки. Так, например, при сосредоточенной силе посередине целесообразно принимать систему с одной стойкой (см. рис. 3, д); при равномерно распределенной нагрузке — многостоечную систему и т. п. В этих случаях можно полностью погасить изгибающий момент в балке и заставить ее работать лишь па сжимающие усилия.
Типы и характеристика сечений. Наиболее распространенными являются балки с затяжками, расположенными на уровне нижнего (растянутого от внешней нагрузки) пояса.
В этом случае затяжка, работая на растяжение, разгружает нижний пояс, воспринимая значительную часть растягивающего усилия от момента внутренних сил. Если сечения таких предварительно напряженных балок проектировать симметричными, то при достижении в верхнем поясе сжимающими напряжениями расчетного сопротивления σсж=R в нижнем поясе всегда будет недонапряжение.
Чтобы материал в сечении балки был полностью использован, нужно проектировать сечение несимметричным со смещением центра тяжести сечения к верхней полке (рис. 9). При этом характеристикой асимметрии является отношение А = h2/h1.
Конструктивные решения

Оптимальные параметры сечения могут быть найдены из условий (1), (2) и (3), согласно которым напряжения под нагрузкой в верхнем и нижнем поясах, суммирующиеся с напряжениями от силы предварительного напряжения, равны расчетному сопротивлению материала балки, а суммарные напряжения под нагрузкой в затяжке равны расчетному сопротивлению материала затяжки.
Оптимальная асимметрия сечения зависит от вида нагрузки, характера работы балки (упругая, упруго-пластическая, многоступенчатое натяжение) и механических характеристик материала. Однако разброс значений оптимальной асимметрии при этом невелик и мало сказывается на конечных результатах подбора сечения. Кроме того, балки с асимметрией сечения А>2 трудно выполнить конструктивно, так как растянутый пояс при этом получается слишком легким. Поэтому в практике проектирования можно для большинства случаев принимать величину асимметрии сечения A = 1,7/2.
Анализ показывает, что экономичность балки увеличивается с увеличением ее высоты и уменьшением толщины стенки, причем в большей степени, чем в балках без предварительного напряжения. Однако увеличение высоты балки ограничивается конструктивными соображениями и условиями обеспечения устойчивости стенки.
Форму сечения балки чаще всего принимают в виде несимметричного двутавра, сваренного из трех листов (рис. 9, а). Затяжка размещается или над нижним поясом, или под ним. В первом случае затяжка должна состоять минимум из двух ветвей. В балках средней мощности нижний пояс можно проектировать не из листа, а из профильного металла — трубы (рис. 9, б), уголка (рис. 9, в), швеллера и т. п. Профильные сечения, в особенности трубы, как более жесткие, лучше работают па сжатие в процессе предварительного напряжения. В них удобно размещать затяжку и защищать ее от коррозии.
Виды затяжек и их анкеровка. В предварительно напряженных балках могут применяться все виды затяжек.
В мощных балках затяжки следует выполнять или из стальных канатов, или из пучков высокопрочных проволок. Наиболее простыми являются прямолинейные затяжки с анкерными креплениями на концах в виде стаканов или колодок с пробками. Такие затяжки натягиваются домкратами.
На опытных балках были опробованы затяжки, выполненные непрерывной навивкой на поворотном столе. Проволока наматывалась с усилием заданной величины на приваренные к нижнему поясу или установленные на торцах балок упоры. Упоры должны иметь плавное закругление с радиусом не менее 20—25 диам сечения проволоки (эта величина требует дополнительной проверки). Затяжка получается прямоугольной формы в один или несколько рядов проволоки. В этом случае процессы формирования затяжки, укладки в конструкцию и натяжения объединяются.
Имеются опытные балки (московский завод «Серп и молот»), у которых петлевидные пучки сплошного сечения изготовлены отдельно и надеты на заделанные в балки штыри, а затем натянуты с помощью специальных оттягивающих болтов (рис. 10).
Конструктивные решения

Сначала дается предварительная вытяжка затяжки горизонтальными болтами 1, после чего приваривается подвижная на одном конце балки обойма 2 со штырем 3. Затем производится окончательное натяжение вертикальными болтами 4 с крюками на концах, захватывающими затяжку. После натяжения гайки вертикальных болтов закрепляются контргайками или обваркой, и лишний конец болта срезается. Такая конструкция затяжки весьма проста и не требует специального оборудования для натяжения. Ее недостатком является трудность определения силы натяжения. Определение силы натяжения затяжки по величине усилия, закручивающего гайку оттягивающего болта, не является достаточно точным.
Мощные петлевидные пучки могут надеваться на анкеры и натягиваться домкратами. В этом случае один анкер (неподвижный) приваривается к балке на заводе, другой анкер делается подвижным.
В месте анкерного закрепления затяжек на балку передаются большие сосредоточенные силы, вызывающие значительные местные напряжения в стенке и поясе балки.
Для равномерной передачи этих усилий и укрепления элементов балки в зоне анкеровки ставятся дополнительные ребра. Для утолщения в этом месте стенки балки можно наварить с двух сторон дополнительные листы или вставить более толстый лист. Затяжки по длине соединяются с балкой через определенные промежутки диафрагмами, ребрами, скобами или другими деталями, позволяющими затяжкам свободно перемещаться в продольном направлении, но препятствующими потере устойчивости балки из плоскости в момент предварительного напряжения.
Расстояния между соединениями l' можно в запас прочности рассчитать исходя из проверки на устойчивость нижнего пояса по формуле
σx*φ≤P

где σx — сжимающие напряжения в поясе от максимального усилия натяжения затяжки Х;
φ — коэффициент продольного изгиба относительно вертикальной оси сжатого от предварительного напряжения пояса балки, имеющего свободную длину, равную расстоянию между местами соединений затяжки с нижним поясом.
В случае криволинейного очертания затяжки несколько усложняется оформление торца балки, так как приходится устраивать наклонную площадку для анкерного закрепления затяжки. Кроме того, требуется приварка к стенке балки направляющих, подкрепленных специальными короткими ребрами или совмещенных с вертикальными ребрами жесткости балки.
Конструктивные решения

Наиболее изученными в конструктивном и технико-экономическом отношении являются балки с укороченной прямолинейной затяжкой, расположенной на уровне нижнего пояса. На рис. 11 показана запроектированная Гипромезом предварительно напряженная подкрановая балка пролетом 24 м; расчетный изгибающий момент M = 1160 тм, полное усилие в затяжке — 332 m. Из анализа результатов опытного проектирования установлено, что в балках рассматриваемого типа можно, применяя предварительное напряжение, получить 17—20% экономии веса и 9—12% экономии стоимости (табл. 2).
Конструктивные решения

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: