Разработка нового конструктивного решения сталежелезобетонного элемента с гофрированной стенкой
Эффективность применения балок из предварительно напряженного железобетона с гофрированной стенкой. Мировой опыт строительства мостов с гофрированными стенками. Конструирование сталежелезобетонных гофро-балок с жесткой арматурой по наклонному сечению.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.10.2021 |
| Размер файла | 273,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.Ru/
Самарский государственный технический университет
Разработка нового конструктивного решения сталежелезобетонного элемента с гофрированной стенкой
Суворов А.А.
Лукин А.О.
г. Самара, Россия
Абстракт
В статье рассмотрено новое конструктивное решение при проектировании сталежелезобетонных конструкций мостов, основанное на применении металлических гофрированных стенок и железобетонных полок. Проведен анализ современной нормативной литературы. Рассмотрены дальнейшие перспективы развития. Указаны основные способы конструирования таких конструкций, а также проведен анализ работы конструкции на поперечную силу, как основополагающего фактора целесообразности применения гофрированных стенок. Также рассмотрены характер эффективной работы железобетонных полок с жесткой арматурой по наклонному сечению, как наиболее нагруженной зоны работы конструкции. По результатам анализа можно сделать основной вывод: применение гофрированных стенок в сталежелезобетонных пролетных строениях повышает эффективность применения предварительно напряженного железобетона и снижает металлоемкость мостовой конструкции на 15-25%, увеличивает прочность наклонного сечения в приопорных зонах. Общие трудозатраты снижаются на 15-20%.
Ключевые слова: сталежелезобетон, гофрированная стенка, наклонное сечение, железобетонные полки, мостовые конструкции, поперечный изгиб.
Abstract
Development of a new constructive solution of steel-reinforced rod with corrugated webs
Suvorov A.A., Lukin А.О. SSTU, Samara, Russia
This article deals with a constructive solution in the design of composite structures of bridges, based on the use of metal beams with corrugated walls and reinforced concrete shelves. Spend a modem regulatory analysis of the literature. Considers further development prospects. Said about main methods for constructing such structures, as well as an analysis of the construction work on the lateral force as a fundamental factor for the feasibility of the use of corrugated walls. It is also considered the nature of the effective work of reinforced concrete shelves with tight fitting on the inclined section as the most heavily loaded construction work zone. According to the analysis, you can make the main conclusion: the use of corrugated walls in steel-reinforced concrete span structures improves the efficiency of the use of prestressed concrete and reduces metal consumption pavement design by 15-25%, increases the strength of oblique section in support areas by 30-50% compared to steel beams. Total labor costs are reduced by 15-20%. The bridge spans with steel-reinforced concrete elements with corrugated walls meet the criteria of rigidity and load bearing capacity of building structures that allows you to actively use these designs for different operating conditions, under load. Large amounts of construction confirm the relevance of this subject for the study. Increased reliability, durability, fire resistance and resistance to aggressive environments of these types of beam can significantly expand the scope of its application in the construction and reconstruction of buildings and structures.
Keywords: steel-reinforced concrete, corrugated web, oblique section, reinforced shelves, bridge structures, bending.
Введение
Стоимость пролетных строений составляют около 60-65% от общей стоимости моста, а, следовательно, рациональный выбор материала пролетного строения, его конструктивного решения, технологии изготовления и монтажа существенно влияет на стоимость моста в целом.
Одним из путей снижения металлоемкости несущих строительных конструкций является применение в них гофрированной тонколистовой стали, которая обеспечивает местную устойчивость элементов сечения путем придания им пространственной формы. Эффективность использования несущих конструкций с гофрированными стенками в строительстве отмечена в ряде публикаций [1-4].
Другим путем рационального использование материала является возможность применения стали и железобетона в пролетной конструкции, что позволяет не только снизить металлоемкость, но и обеспечить при этом надежность и прочность конструкций, особенно работающих на поперечный изгиб. Использование сталежелезобетона давно себя зарекомендовало в взрыво- и противопожарной безопасности, антикоррозионной устойчивости и в работе конструкции при сейсмическом и другом динамическом воздействии.
Использование гофрированных металлических пространственных стенок совместно с применением сталежелезобетонных полок позволяет создать эффективную конструкцию, которая выдерживает колоссальные перерезывающие силы, действующие в приопорных зонах мостовых пролетов.
1. Анализ эффективности применения сталежелезобетонных балок с гофрированной стенкой
Многочисленные расчеты мостовых конструкций показали необходимость использования конструкций, которые отвечают сразу нескольким требованиям безопасности, прочности, надежности, долговечности и экономической эффективности. Металлические и железобетонные конструкции по отдельности не смогут обеспечить данные требования. Поэтому внедрение сталежелезобетонных элементов в расчетные модели мостовых конструкций позволили найти «золотою» середину: возможность обеспечить прочность конструкций вместе с экономической эффективностью.
Зона поперечного изгиба характеризуется совместным действием значительных по величине изгибающего момента и поперечной силы [5]. Основную часть нагрузки от поперечной силы воспринимает стенка. Применяя в качестве стенки гофрированный металлический лист, удается обеспечить собственную устойчивость стенки, но относительно малая толщина не позволяет обеспечить полное восприятие поперечной силы. С целью восприятия оставшейся поперечной силы в двутавровую конструкцию внедряются сталежелезобетонные полки. Поперечная сила воспринимается за счет высоты железобетонной скорлупы вокруг металлических листов полки и наличия поперечной арматуры в ней.
Расчетное наклонное сечение (рис. 1) в такой конструкции делится на две зоны: зона, проходящая через полки и зона, проходящая через стенки. Расчетные позиции формируются таким образом, чтобы большая часть перерезывающих сил (60-70%) воспринималась железобетонными полками. Значительную часть этой нагрузки берет на себя бетонное сечение полок, а также нагельный эффект стальных полок и продольной арматуры, возникающий за счет совместной работы бетона и жёсткого армирования. Нагельный эффект характеризуется восприятием стальными полками и продольной арматуры срезывающих усилий и изгибающего момента в сечении между берегами наклонных микротрещин [6].
Рис. 1. Схема расчетного наклонного сечения сталежелезобетонной балки с гофрированной стенкой: С - проекция наклонного сечения, Н - высота балки, q - распределенная нагрузка
Таким образом внедрение в состав конструкции железобетонных скорлуп увеличивает несущую способность балки по наклонному сечению на 30-50% в зависимости от пролета среза балки, который прямо пропорционален отношению действующего изгибающего момента к перерезывающей силе. Кроме этого, при использовании гофрированных стенок снижается металлоемкость мостовой конструкции на 15-25%, а трудозатрат на 15-20% [7].
2. Мировой опыт теоретических исследований и строительства мостов с гофрированными стенками
Основные исследования, посвященные теоретическому и экспериментальному исследованию мостов с гофрированными стенками, ведутся в Японии, Китае, США [8-10]. В нашей стране уделяется большое внимание изучению стальных балок с гофрированной стенкой в промышленных и гражданских зданиях [11-21]. Но в мостостроении этой области уделено мало внимания [7]. Первым сталежелезобетонным мостом с применением гофрированных элементов стал автомобильным мост, разработанный французской компанией «Сашрепоп Bernard» и построенный во Франции в 1986 году (рис. 2) [14, 22].
Рис. 2. Мост «Cognac bridge»
На сегодняшний день имеется опыт применения балок с гофрированной стенкой в составе сталежелезобетонных пролетных конструкций в Японии, Китае, Корее, Германии, Венгрии, Норвегии, Венесуэле, Казахстане [22].
сталежелезобетонный балка гофрированный стенка мост
3. Новое конструктивное решение сталежелезобетонной балки с гофрированной стенкой
Авторами было предложено новое конструктивное решение сталежелезобетонной балки с гофрированной стенкой [23] (рис. 3).
Рис. 3. Схема конструкции сталежелезобетонной балки с гофрированной стенкой: а - общий вид; б - поперечное сечение; 1 - верхняя полка, 2 - нижняя полка; 3 - стенка; 5 - рифленый лист металла; 6 - продольная арматура; 7 - поперечная арматура
Особенность предложенного решения заключается в том, что стенка может состоять из двух или более параллельно расположенных соединенных между собой гофрированных листов (рис. 4), а полки выполнены сталежелезобетонными, состоящими из жесткой арматуры в виде рифлёного листа металла и арматурного каркаса, включающего продольную арматуру и поперечную арматуру, которая обхватывает продольную арматуру, соединена с ней, а ее концы с загибом внутрь приварены к рифленому листу металла с отступом от стенки балки не менее чем 50 мм (рис. 3).
Рис. 4. Варианты стенки, состоящей из гофрированных листов: а - длина полуволны, /- высота полуволны; 2 - нижняя полка; 3 - стенка; 4 - соединение
Изготовление сталежелезобетонной балки двутаврового сечения с гофрированной стенкой производят следующим образом. Первоначально собирают металлическую балку из двух рифлёных листов металла и одного, двух или более параллельно расположенных соединенных между собой гофрированных листов. На металлической заготовке листа металла выполняют одностороннее рифление путем штамповки в виде заранее намеченной структуры, например, чечевичное рифление. Для изготовления стенки металлический лист прокатывают валками и получают гофрированный лист стенки. Затем формованный лист стенки и рифленые листы сваривают в балку таким образом, чтобы в поперечном сечении получалось двутавровое сечение. Приварка гофрированного листа стенки к рифленым листам выполняется точечной сваркой со стороны отсутствия рифленого рисунка на листе металла.
После чего изготавливают верхнюю полку - 1 и нижнюю полку - 2 балки в виде сталежелезобетонных конструкций. Первоначально производят сборку арматурного каркаса, состоящего из продольной арматуры - 6 и поперечной арматуры - 7. Сборка осуществляется либо вязальной стальной проволокой, либо приваркой его элементов точечной сваркой. Жесткость каркас создается за счет обхвата продольной арматуры - 6 стержнями поперечной арматуры - 7, при этом концы стержней поперечной арматуры - 7 имеют загибы внутрь, которые привариваются к рифленому листу металла с отступом от стенки балки равным не менее чем 50 мм. Затем выставляют опалубку вокруг арматурных каркасов полок и заливают формы бетоном.
Заключение
В условиях статических и динамических нагрузок балку следует рассчитывать по схеме, в которой изгибающие моменты и нормальные силы передаются только через полки, а поперечные силы распределяются как через стенку из гофрированного листа, так и через полки. При данной схеме расчета достигается наибольшая экономическая эффективность при обеспечении полной несущей способностью с возможностью вложить требуемый оптимальный запас прочности более 10%.
Также балки этого типа могут использоваться во всех тех проектах, что и обычные: деревянные, металлодеревянные, тавровые и двутавровые. Балки двутаврового сечения с гофрированными стенками имеют более высокий предел огнестойкости в виду использования бетона в полках и более высокую несущую способность на изгиб в двух плоскостях и на кручение, в виду того, что поперечные сечения полок могут быть выполнены любого размера. Такие балки являются надежными элементами конструкций и не имеют структурных ограничений.
Повышенная надежность, долговечность, огнестойкость и устойчивость к агрессивной среде предложенной балки позволяет значительно расширить сферу ее применения при строительстве и реконструкции зданий и сооружений.
Большие объемы исследований и строительства подтверждают актуальность данной тематики.
Список использованных источников и литературы
1. Попова Ж.С., Степаненко А.Н. Об эффективности использования балок с гофрированными стенками в стальных каркасах многоэтажных зданий // Материалы секционных заседаний 54-й студенческой научно-технической конференции ТОГУ 2014. С. 273-277.
2. Заборова Д.Д., Дунаевская Ю.П. Преимущества и особенности применения гофро-балки в строительстве // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. №7 (22). С. 36-53.
3. Дмитриева Т.Л., Уламбаяр X. Использование балок с гофростенкой в современном проектировании // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2015. №4 (15). С. 132-139
4. Логинова К.С. Роль гофробалки в строительной отрасли // Научные исследования и разработки в эпоху глобализации: сборник статей международной научно-практической конференции. 2016. С. 119-122.
5. Filatov V.B., Suvorov А.А. Research of the stress condition of the normal section of reinforced concrete elements using nonlinear deformation model. Procedia Engineering. 2016. T. 153. C.144-150.
6. Суворов А.А. Аналитическое описание нелинейной работы нормального сечения в вершине наклонной трещины // Урбанистика. 2016. №2. С.29-35.
7. Ахмад А.А.Д. Сталежелезобетонные пролетные строения мостов с гофрированными стенками: автореферат дисс. на соискание учен. степ. канд. техн. наук. Москва, 1993. 24 с.
8. Ikeda S., Sakurada М. (2005) Development of hybrid prestressed concrete bridges with corrugated steel web construction. Proceedings of the 30th Conference on Our World In Concrete & Structures. 2005. Singapore. [Электронный ресурс].
9. Ma L., Zhou L., Li S., Wan S. (2012) Eccentric Load Coefficient of Live Load Normal Stress of Continuous Composite Box-girder Bridge with Corrugated Steel Webs. Procedia Earth and Planetary Science. 2012. No 5. pp. 335-340.
10. El-Metwally A.S., Loov R.E. (1998) Composite Girders - High Strength Concrete Combined with Corrugated Steel Webs. Proceedings of the International Symposium on High-Performance and Reactive Powder Concretes. August 1998. Vol. 1. pp. 197-215.
11. Ажермачев Г.А. Балки с волнистыми стенками // Промышленное строительство. 1963. №4. С. 54-56.
12. Степаненко А.Н. Испытание алюминиевых балок с гофрированной стенкой // Известия высших учебных заведений. Строительство. 1970. №1. С. 31- 35.
13. Остриков Г.М., Максимов Ю.С., Долинский В.В. Исследование несущей способности стальных двутавровых балок с вертикально гофрированной стенкой // Строительная механика и расчет сооружений. 1983. №1. С. 68-70.
14. Кудрявцев С.В. Несущая способность балок с гофрированной стенкой, ослабленной круговым отверстием: автореф. дис. на соискание уч. степ. канд. техн. наук. Екатеринбург, 2011. 175 с.
15. Лукин А.О. К уточненному расчету напряженно-деформированного состояния балок с гофрированной стенкой // Строительная механика и расчет сооружений. 2013. №5. С. 10-17.
16. Лукин А.О., Алпатов В.Ю., Чернышев Д.Д. Совершенствование конструктивного решения балки с гофрированной стенкой // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура. 2016. №2 (23). С. 4-9.
17. Shlyakhin D. Lukin A.A flexible beam with corrugated web and its performance under bending: an experimental study // stations // MATEC Web of Conferences Volume 86 (2016) [Электронный ресурс].
18. Balzannikov I. M., Kholopov I.S., Alpatov V.Yu., A.O. Lukin. Stress and strain state in beams with corrugated web and their use in hydraulic engineering structures. Procedia Engineering. Vol. 111, 2015. pp. 74-81.
19. Актуганов A.H., Актуганов А.А., Актуганов О.А., Котлов В.Г., Кузнецов И.Л. Работа тонкостенной металлодеревянной двутавровой балки с ортогональными ребрами жесткости в виде гофр различного сечения // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. №11-12 (659-660). С. 66-72.
20. Егоров П.И., Степаненко А.Н. Обеспечение прочности и жесткости стальных двутавровых стержней с тонкой гофрированной стенкой // Строительство и Реконструкция. 2010. №2. С. 46-50.
21. Степаненко А.Н., Тишков Н.Л., Гузеев А.Ю. О размерах участков тонкой поперечно гофрированной стенки стальной двутавровой балки, работающей на продольные усилия // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2016. №3(42). С. 43-50.
22. Лукин А.О., Суворов А.А. Пролетные строения мостов с гофрированными металлическими стенками // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. №2 (41). С. 45 -63.
23. Пат. 166510 Российская федерация, МКП Е04С 3/07 (2006.01). Балка двутаврового сечения с гофрированной стенкой / Лукин А.О., Ильдияров Е.В., Панфилов Д.А., Суворов А.А., Алпатов В.Ю.; заявитель и патентообладатель СамГТУ. - №2016211791/03; заявл. 01.06.2016; опубл. 27.11.2016, Бюл. №33. 2 с.
Размещено на allbest.ru
Подобные документы
Методика усиления балок предварительно напряжёнными гибкими элементами, этапы ее проведения и используемое оборудование. Проведение монтажных работ при вывешивании конструкций. Восстановление и устройство гидроизоляции. Приготовление бетонной смеси.
контрольная работа [4,3 M], добавлен 21.06.2009Компоновка и выбор схемы балочной клетки. Подбор сечения балок, расчет стального листового настила. Расчетная схема, нагрузки и усилия главной балки, соединение поясных листов со стенкой. Расчет и конструирование колонны, компоновка и подбор сечения.
курсовая работа [343,9 K], добавлен 08.07.2012Выбор схемы балочной клетки и подбор сечения балок настила и вспомогательных балок. Расчет и конструирование главной балки. Примыкание вспомогательных балок к главной. Уточнение собственного веса главной балки. Проверка местной устойчивости стенки.
курсовая работа [6,4 M], добавлен 14.06.2011Типы балок и способы их применения. Примеры наиболее часто применяемых сечений, особенности компоновки балочных конструкций. Настилы балочных клеток. Разновидности прокатных балок. Компоновка и подбор сечения составных балок, методика расчета прочности.
реферат [2,6 M], добавлен 21.04.2010Расчет и армирование плоской панели перекрытия. Определение момента образования трещин в панели, расчет ее прогиба. Проектирование ригеля по нормальному наклонному сечению. Конструирование колонны и фундамента, его габаритные размеры и армирование.
курсовая работа [171,9 K], добавлен 01.10.2013Проектирование металлических конструкций для производственного здания. Расчеты стального настила и его балок, подбор сечения главной балки. Проверка прочности, общей устойчивости и прогиба сварной балки. Расчёт соединения поясов балки со стенкой.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 14.12.2010Применение сборного железобетона на стройке. Номенклатура продукции и её эскиз. Требования ГОСТов к изделию. Материалы, применяемые при изготовлении балок. Характеристика стержневой арматурной стали и холоднотянутой проволоки. Производство бетонной смеси.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 06.12.2009Выбор типа балочного перекрытия. Расчет нагрузки от балок настила. Определение расчетного изгибающего момента, момента сопротивления, высоты сечения главной балки. Проверка сечения пояса. Применение автоматической сварки для соединения поясов со стенкой.
курсовая работа [265,6 K], добавлен 14.04.2013Армирование как способ компенсации недостатков бетона. Основные виды арматуры в железобетонных конструкциях. Принципы получения конструкций из железобетона, критерии их классификации. История изобретения предварительно напряженного железобетона.
реферат [315,2 K], добавлен 01.05.2017Расчет соединения листа настила с балкой настила. Подбор поперечного сечения балок. Проверка общей и местной устойчивости. Расчет соединения поясов со стенкой балки, опорного ребра главной балки, центрально сжатой колонны и соединительных планок.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 15.12.2011
