Способ возведения перекрытий монолитных железобетонных строительных конструкций

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении опирающихся на стены перекрытий строительных конструкций из монолитного железобетона. Технический результат - повышение качества и долговечности конструкций путем повышения их трещиностойкости. Конструкцию по длине разбивают на секции, отделяемые друг от друга деформационными швами, и бетонирование ведут посекционно. Сначала возводят крайние и внутренние стены секции, а затем бетонируют перекрытие длиной L. Перед бетонированием секцию перекрытия разбивают по ширине на отдельные полоски-захватки: крайние, примыкающие к стенам, центральные, расположенные в центре секции, и замыкающие, расположенные между крайними и центральными. Вначале бетонируют крайние и центральные захватки, а замыкающие бетонируют после остывания крайних и центральных. Перед бетонированием крайних и замыкающих захваток на всю их ширину и по всей толщине бетона в них устраивают температурно-усадочные швы исоответственно, разделяя ими захватку вдоль ее длинной стороны на участки длиной L_к и L_з, соблюдая при этом условия 15 ≥ L_к ≥ kh_к, м; L_к ≥ L_з > 2kh_з м, где k=0,8 - 1,5 - поправочный коэффициент, зависящий от местных условий; h_к ≥ 0 - ширина крайней захватки, м; h_з=0,5 - 2,5 - ширина замыкающей захватки, м. 12 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении опирающихся на стены перекрытий строительных конструкций из монолитного железобетона, а именно обделок железнодорожных, автодорожных и гидротехнических тоннелей, перекрытий зданий.

Известен способ возведения бетонных и железобетонных монолитных конструкций, включающий разбивку конструкции на блоки бетонирования (захватки), определение порядка производства работ, укладку и уплотнение бетонной смеси, при этом замыкающие блоки бетонируют после усадки и охлаждения бетона смыкаемых блоков (И. В. Шихненко и др. "Справочник по бетонным работам", Киев, "Будивельник", 1987 г., с. 126-128).

Недостатком этого способа является неуправляемое термонапряженное состояние между "старыми" и "новыми" захватками. Возникающие растягивающие напряжения приводят к образованию температурных трещин.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ сооружения перегонных тоннелей, включающий бетонирование лотка участками и непрерывное бетонирование на всю длину участка стен тоннеля (Метрострой, 5, 1988 г., с.1-2).

Недостаток этого способа заключается в возникновении больших общих растягивающих напряжений в направлении, перпендикулярном стенам. Эти напряжения могут привести к образованию трещин.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества и долговечности возводимых конструкций путем повышения их трещиностойкости.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе возведения опирающихся на стены перекрытий строительных конструкций из монолитного железобетона, заключающемся в одновременном по длине бетонировании секции между смежными деформационными швами, каждую секцию по ширине разбивают на параллельные полосы-захватки: крайние, примыкающие к стенам, центральные, расположенные в центре секции и замыкающие, расположенные между крайними и центральными, причем вначале бетонируют крайние и центральные захватки, а после их остывания бетонируют замыкающие, при этом в крайних и замыкающих захватках перед их бетонированием на всю ширину захватки и по всей толщине бетона без нарушения непрерывности арматурного каркаса устраивают температурно-усадочные швы, разделяя захватку вдоль ее длинной стороны на участки длиной L_к для крайних захваток и длиной L_з для замыкающих захваток, при этом 15м ≥ L_к ≤ kh_к, м; L_к ≥ L_з ≥ kh_з, м, где k=0,8 - 1,5 - поправочный коэффициент, зависящий от местных условий; h_к ≥ 0 - ширина крайней захватки, м; h_з=0,5÷2,5- ширина замыкающей захватки, м.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено поперечное сечение бетонируемой конструкции (однопролетная рама); на фиг. 2 - то же, но двухпролетная рама с промежуточной стойкой, соединяющейся с перекрытием (ригелем) с помощью шарнирно-подвижного соединения; на фиг.3 - поперечное сечение бетонируемого перекрытия, жестко опирающегося на опоры; на фиг.4 - схема разбивки перекрытия на захватки по предлагаемому способу бетонирования в конструкциях с поперечными сечениями, представленными на фиг.1, 2, 3;
на фиг.5, 6 - то же, что и на фиг.4;
на фиг.7 - недеформированная и деформированная однопролетная рама, соответствующая фиг.1;
на фиг.8 - эпюры изгибающих моментов в однопролетной раме от температурного остывания перекрытия (8) и от вертикальной нагрузки (9);
на фиг.9 - недеформированная и деформированная двухпролетная рама, соответствующая фиг.2;
на фиг.10 - эпюра изгибающих моментов в двухпролетной раме;
на фиг. 11 - поле температурных напряжений в крайней захватке, забетонированной на жесткое основание;
на фиг. 12 - поле температурных напряжений в крайней захватке, разделенной на участки температурно-усадочными швами.

Предлагаемый способ возведения опирающихся на стены перекрытий строительных конструкций из монолитного железобетона заключается в следующем.

Возведение перекрытий 1 (фиг. 1, 2, 3) осуществляют после сооружения крайних 2 и внутренних 3 стен, опор 4. Секцию перекрытия длиной L, расположенную между деформационными швами, бетонируют сразу на всю длину отдельными захватками. Для этого перед бетонированием секцию перекрытия разбивают по ширине на отдельные захватки, которые могут быть трех видов: крайние 5, примыкающие к стенам секции, центральные 6, расположенные в центре секции, и замыкающие 7, расположенные между крайними и центральными. Бетонируют вначале крайние 5 и центральные 6 захватки, а после их остывания бетонируют замыкающие 7.

Положение замыкающих захваток по ширине секции выбирают таким образом, чтобы они были по возможности в зоне минимальных изгибающих моментов. Количество этих захваток - одна или две. При расположении их по краям (у стен) ширина _к крайней захватки равна нулю (фиг.4), при расположении одной замыкающей захватки в середине ширина центральной захватки h_ц равна нулю (фиг. 5), при расположении двух замыкающих захваток в середине (фиг.6) имеет место наличие и крайних, и центральных захваток.

Целесообразность размещения замыкающих захваток по ширине секции может быть обоснована (фиг.7, 8 9, 10), положение центральных и крайних захваток определяется положением замыкающих. На фиг.7 сплошной линией показано нейтральное положение рамы (фиг. 1), а штриховой - положение после укорочения перекрытия в результате остывания разогревшегося от экзотермии цемента бетона. На фиг.8 приведено очертание эпюры моментов 8 от воздействия температурного остывания перекрытия. Ординаты эпюры моментов на протяжении перекрытия постоянны. В этом случае положение замыкающих захваток по ширине перекрытия может быть произвольным (в соответствии с фиг.4, 5 или 6) и может определяться производственными условиями, в частности, при наличии крайних захваток требуется устройство в последних температурно-усадочных швов. Если на перекрытие воздействует вертикальная нагрузка, то очертание эпюры моментов будет определяться кривой 9. При этом минимальные моменты находятся по краям и, следовательно, замыкающие захватки целесообразно располагать по краям.

Для поперечного сечения конструкции, изображенного на фиг.2, т.е. при наличии промежуточной стойки или стены эпюра моментов как от температуры, так и от нагрузки, будет характеризоваться переломами с наличием точек N и М с нулевыми моментами. В этом случае замыкающие захватки целесообразно располагать в районе этих точек.

Для поперечного сечения, изображенного на фиг.3, принципы назначения места расположения замыкающего шва такие же, как и для сечения на фиг.1.

В продольном направлении захватки имеют следующие особенности. Центральная захватка имеет полную свободу перемещений во всех направлениях, поэтому в процессе остывания в ней не возникает никаких температурных напряжений. Крайняя захватка со стороны стены стеснена в своих продольных деформациях, в связи с чем мы ее разделяем температурно-усадочными швами 10 на отдельные участки длиной L_к. Если в стене также имеются температурно-усадочные швы, то положение этих швов в стене и крайней захватке должно совпадать. Температурно-усадочные швы 11 в замыкающей захватке на расстоянии друг от друга L_з. В связи с малой шириной замыкающей захватки L_з≤ L_к, но положение температурно-усадочных швов в крайней захватке должно обязательно совпадать с положением швов в замыкающей захватке (остальные температурно-усадочные швы замыкающей захватки, если их больше, чем в крайней, совпадать, естественно, не будут).

Для определения расстояния L_к были проведены расчеты термонапряженного состояния захватки, не разделенной температурно-усадочными швами на участки (фиг. 11) и разделенной на участки различной длины, в частности на участки длиной L_к= h_к (фиг.12). Сопоставление фиг.11 и 12 наглядно показывает, что при L_к= h_к основная часть элемента находится в нейтральном состоянии (т.е. напряжения равны нулю). При большой длине (фиг.11) захватка по всей ширине имеет напряжения растягивающие. Закономерность в данном случае следующая: при 0 ≤ L_к ≤ h_к напряжения достаточно малы и несущественно изменяются, далее они начинают возрастать, при L_к=3h_к они на середине длины захватки достигают максимальной величины и далее при увеличении длины захватки не меняются, поэтому целесообразно L_к принимать равной h_к.

Применение известных технических решений или их сочетаний не приводило к желаемому эффекту. Возникали противоречия, преодолеть которые удалось путем создания нового технического решения, предлагаемого в данной заявке на изобретение.

Так, например, существующий способ бетонирования подобных конструкций сводится к следующему. Вначале бетонируются стены 2, 3, потом перекрытие 1 (см. фиг. 1 и 2) - вначале участки у стен, а далее замыкающий участок, как правило, в середине длины ригеля. В плане длину секции между деформационными швами делят на участки примерно по 15 м, каждый из которых делят на 3-4 захватки. Таким образом, конструкция по поверхности разбивается на захватки размерами не более 15 м, которые бетонируются в заданной последовательности.

Этот способ, однако, имеет значительные недостатки.

1. Неуправляемое внутреннее термонапряженное состояние между захватками. Возникающие растягивающие напряжения близки к разрушающим. В результате нередко образуются трещины.

2. В связи с разогревом бетонируемых участков температура замыкания недопустимо высока, что приводит после выравнивания температур к большим растягивающим напряжениям.

3. Существенно удлиняются сроки бетонирования, поскольку требуется время для правильного выдерживания бетона каждого участка.

Таким образом, возникает первое техническое противоречие.

С другой стороны, если попытаться забетонировать крайние полосы-захватки 5, примыкающие к стенам (см. фиг.5 и 6), за один прием, то после первоначального затвердевания и остывания бетона эти крайние полосы-захватки как бы "натягиваются" на стены и в них весьма вероятно образование трещин. Аналогичная проблема возникает и при бетонировании стенок, соединенных с жестким основанием. Таким образом возникает второе техническое противоречие.

Выход из этой цепи противоречий был найден в способе бетонирования, предлагаемом в данной заявке на изобретение.

Согласно этому способу секция перекрытия между смежными деформационными швами разбивается на отдельные участки (параллельные полосы-захватки) только по ширине. На всю длину каждый участок (полоса-захватка) бетонируется одновременно (фиг.4, 5, 6). Если участок соединен с жестким основанием (стенки 2, 3) на фиг.1 и 2 или с соседним участком (крайние полосы-захватки 5) на фиг.5 и 6, соединенным со стенами, то предусматриваются температурно-усадочные швы 10 (фиг.5 и 6). При этом положение этих швов в крайней захватке и стенке должно совпадать. При указанном принципе разбивки на участки стены могут бетонироваться за один прием. Перекрытие бетонируется за два приема: вначале бетонируется основная часть перекрытия (т.е. центральная и крайние полосы-захватки), а после его остывания бетонируется замыкающий шов (т.е. замыкающие захватки h_з - фиг.4, 5, 6).

В результате применения предлагаемого способа значительно возрастает скорость возведения конструкции, а также резко снижаются температурно-усадочные напряжения.

Использование предлагаемого способа бетонирования монолитных железобетонных строительных конструкций позволяет повысить трещиностойкость и, следовательно, качество и долговечность сооружаемых конструкций, а также уменьшить сроки их возведения.

Формула изобретения

Способ возведения опирающихся на стены перекрытий строительных конструкций из монолитного железобетона, заключающийся в одновременном по длине бетонировании секции между смежными деформационными швами, отличающийся тем, что каждую секцию по ширине разбивают на параллельные полосы-захватки: крайние, примыкающие к стенам, центральные, расположенные в центре секции, и замыкающие, расположенные между крайними и центральными, причем вначале бетонируют крайние и центральные захватки, а после их остывания бетонируют замыкающие, при этом в крайних и замыкающих захватках перед их бетонированием на всю ширину захватки и по всей толщине бетона без нарушения непрерывности арматурного каркаса устраивают температурно-усадочные швы, разделяя ими захватку вдоль ее длинной стороны на участки длиной L_к для крайней захватки и длиной L_з для замыкающей захватки, при этом соблюдаются условия
15 ≥ L_к ≥ kh_к, м; L_к ≥ L_з ≥ 2kh_з, м,
где k=0,8 ... 1,5 - поправочный коэффициент, зависящий от местных условий;
h_з=0,5 ÷ 2,5 м - ширина замыкающей захватки, м;
h_к ≥ 0 - ширина крайней захватки, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12