Монолитная двухслойная железобетонная плита

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении и реконструкции плит проезжей части мостов, причалов, паркингов, аэродромных или дорожных покрытий на слабых грунтах, перекрытий гражданских сооружений. Монолитная двухслойная железобетонная плита содержит верхнюю и нижнюю плиты и разделительный упругий слой. Новым является то, что верхняя плита выполнена из трех видов участков: контурных полос, расположенных по контуру нижней плиты и имеющих ширину взаимно перпендикулярных полос соответственно “e1” и “l1”, внутренних полос, образующих сетку внутри контура и имеющих ширину взаимно перпендикулярных полос соответственно “b2” и “l 2”, и основных участков, расположенных внутри сетки, образованной контурными и внутренними полосами и имеющими размеры в плане “b3” и “13”, при этом основные участки контактируют с нижней плитой через разделительный упругий слой, а контурные и внутренние полосы соединены с нижней плитой жестко с помощью вертикальных анкеров, причем основные участки соединены с внутренними и контурными полосами горизонтальными анкерами, при этом e1, l1 ,b2, l2 , b3, 13 определены приведенными зависимостями. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении жесткости и несущей способности на изгиб монолитной двухслойной железобетонной плиты путем обеспечения совместной работы слоев на изгиб. 1 з.п.ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении и реконструкции плит проезжей части мостов, причалов, паркингов, аэродромных или дорожных покрытий на слабых грунтах, перекрытий гражданских сооружений и т.п.

Известна монолитная двухслойная железобетонная плита, содержащая нижнюю и верхнюю плиты (Г.К.Евграфов. Мосты на железных дорогах. Трансжелдориздат, 1955, стр. 177, фиг.237). Недостатком конструкции является то, что верхняя плита бетонируется на нижней, уже набравшей прочность и имеющей другую температуру в момент твердения бетона верхней плиты, что приводит к растрескиванию верхней плиты после выравнивания температур.

Известна монолитная двухслойная железобетонная плита, содержащая верхнюю и нижнюю плиты и разделительный упругий слой (Жесткие покрытия аэродромов и автомобильных дорог. Под ред. Г.И.Глушкова, М.: Транспорт, 1987, стр. 14, рис. 1.6).

Недостатком конструкции является пониженная жесткость и несущая способность на изгиб в связи с тем, что верхняя и нижняя плиты на изгиб работают независимо.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения жесткости и несущей способности на изгиб монолитной двухслойной железобетонной плиты путем обеспечения совместной работы слоев на изгиб.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в монолитной двухслойной железобетонной плите, содержащей верхнюю и нижнюю плиты и разделительный упругий слой, верхняя плита выполнена из трех видов участков - контурных полос, расположенных по контуру нижней плиты и имеющих ширину взаимно перпендикулярных полос соответственно “b1” и “l1”, внутренних полос, образующих сетку внутри контура и имеющих ширину взаимно перпендикулярных полос, соответственно “b2” и “l2”, и основных участков, расположенных внутри сетки, образованной контурными и внутренними полосами и имеющих размеры в плане “b3” и “l3”, при этом основные участки контактируют с нижней плитой через разделительный упругий слой, а контурные и внутренние полосы соединены с нижней плитой жестко с помощью вертикальных анкеров, причем основные участки соединены с внутренними и контурными полосами горизонтальными анкерами, при этом b1, b 2, l1, l2 могут быть не равны друг другу, но для всех выдерживается условие

а l3 и b3 также могут быть не равны друг другу, но для всех выдерживается условие

при этом отношение ширины контурной или внутренней полосы к ширине основной части должно быть минимально возможным,

где , кг/см2 - напряжения на основных участках плиты, возникающие в процессе эксплуатации монолитной двухслойной железобетонной плиты;

h2, см - толщина верхней плиты;

, кг/см2 - касательные напряжения, которые может выдерживать контурная или внутренняя полоса на контакте с нижней плитой с учетом вертикальных анкеров;

g, кг/см2 - максимальные напряжения в бетоне, при которых не образуются трещины;

р, кг/см2 - нагрузка на квадратный сантиметр от веса верхней плиты и оснастки при бетонировании;

f - коэффициент трения скольжения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид монолитной двухслойной железобетонной плиты в плане;

на фиг.2 - то же, сечение I-I на фиг.1;

на фиг.3 - узел А на фиг.2;

на фиг.4 - изгиб двухслойной плиты по схеме прототипа;

на фиг.5 - то же, при плите по предлагаемой схеме;

на фиг.6 - характер напряженного состояния в сечении II-II на фиг.4;

на фиг.7 - то же, в сечении III-III на фиг.5;

на фиг.8 - эпюра деформаций в сечении III-III в случае преднапряжения плиты;

на фиг.9 - эпюра остаточных напряжений в сечении III-III в плите при эпюре деформаций в соответствии с фиг.8;

на фиг.10 - то же в случае, когда нижняя плита является частью балки пролетного строения или перекрытия;

на фиг.11 - схема двухслойной плиты предлагаемой конструкции, когда нижняя плита является частью балки пролетного строения;

на фиг.12 - схема для обоснования оптимального соотношения размеров отдельных участков;

на фиг.13 - схема распределенной нагрузки р от веса плиты и оснастки при бетонировании;

на фиг.14 - схема бетонируемой основной части 5 верхней плиты;

на фиг.15 - эпюра распределения внутренних усилий от сил трения при бетонировании основной части 5 верхней плиты.

Монолитная двухслойная железобетонная плита состоит из нижней плиты 1 высотой h1 и верхней плиты 2 высотой h 2 (фиг.2). Верхняя плита разделена на три вида участков: контурные полосы 3, внутренние полосы 4 и основные участки 5, расположенные внутри сетки, образованной контурными и внутренними полосами. В плане монолитная двухслойная железобетонная плита может быть строго прямоугольной или несколько иной формы (например, параллелограмма или трапеции). Общие размеры плиты в плане равны L и В, а толщина Н (фиг.1 и 2). Размеры контурных полос во встречных направлениях равны b1 и l1, внутренних полос – b2 и 13, а основных участков – b3 и 13. В общем случае величины L, В, Н, l1, l2, l3, b1 , b2, b3, h1, h2 могут быть переменными. Контурные 3 и внутренние 4 полосы соединены с нижней плитой жестко (фиг.3) с помощью вертикальных анкеров 6, основные участки 5 соединены с внутренними 4 и контурными 3 полосами горизонтальными анкерами 7. В пределах основного участка 5 контакт верхней 2 и нижней 1 плит осуществляется через разделительную прослойку 8. В качестве материала для разделительной прослойки 8 может быть применена битумизированная бумага, полимерная пленка, слой пескобитума толщиной 0,5 - 1,0 см и др. Армирование верхней и нижней плит не показано кроме вышеуказанных горизонтальных и вертикальных анкеров. Для предотвращения выпучивания одной или сразу обеих плит в центре основных участков 5 могут быть устроены стяжки 9. Необходимость устройства стяжек определяется соответствующими расчетами на устойчивость.

На фиг.4 приведен характер деформаций двухслойной плиты в соответствии с прототипом: плиты 1 и 2, установленные на неподвижной 10 и подвижной 11 опорах, деформируются под действием силы Р независимо, поэтому характер внутренних напряжений приведен на фиг.6. На фиг.5 приведен характер деформаций двухслойной плиты предлагаемой конструкции: контурные 3 и внутренние 4 полосы обеспечивают совместность работы нижней 1 и верхней 2 плит. При этом от той же силы Р возникает совершенно другое напряженное состояние, характер которого приведен на фиг.7. Верхняя плита сжимается и передает усилия N на контурные 3 и внутренние 4 полосы, которые должны на контакте (с учетом вертикальных анкеров 6) передать усилие на нижнюю плиту 1. Характер напряженного состояния, приведенный на фиг.6 и 7, будет иметь место в том случае, когда в момент “замыкания” верхней плиты 2 с нижней 1 будет иметь место нейтральное состояние, т.е. напряжения будут равны нулю. Однако можно искусственно создать некое начальное напряженное состояние, т.е. регулированием температуры верхней плиты в момент замыкания обеспечить определенные деформации после замыкания. Если температура верхней плиты 2 будет выше, чем нижней 1 в момент замыкания, то после выравнивания температур по сечению в верхней плите будут иметь место деформации укорочения (фиг.8). Плита при этом изогнется, как это указано на фиг.5, и возникнут внутренние самоуравновешенные напряжения в соответствии с фиг.9. Практически такое преднапряжение малоэффективно, поскольку все деформации линейные и приводят лишь к искривлению плиты. Если же нижняя плита 1 является частью балки пролетного строения (фиг.11), у которой достаточно высокий момент сопротивления, то деформации укорочения, приведенные на фиг.8, вызовут внутреннее напряженное состояние в соответствии с фиг.10. В этом случае в нижней части ребра балки напряжения ничтожно малы, а растягивающие напряжения в плите 2 достаточно велики. Такую преднапряженную конструкцию можно расположить в зоне положительных моментов. Если при замыкании обеспечить формирование остаточной эпюры деформаций в соответствии с фиг.8, но обратного знака, то в плите 2 возникнут сжимающие напряжения, и такую конструкцию можно располагать в зоне отрицательных моментов.

Здесь следует отметить, чем преднапряженная конструкция по предлагаемой схеме отличается от обычного бетонирования без прослойки (см. аналог). Отличие заключается в следующем. Деформации верхней плиты в предлагаемой конструкции определяются средней по длине температурой, задаваемой в момент замыкания. Поэтому в аналоге необходимо регулировать температуру всей плиты равномерно, а в предлагаемой конструкции можно и отдельных участков для достижения того же эффекта. Кроме того, в аналоге регулирование температуры затруднено вообще.

Контурная 3 и внутренняя 4 полосы работают на сдвиг по поверхности касания с нижней 1 плитой и на горизонтальную силу N (фиг.5), что требует расчета и установки вертикальных 6 и горизонтальных 7 анкеров.

Сооружение плиты осуществляется следующим образом. Вначале в нижнюю плиту 1 заделывают вертикальные анкеры 6 в месте сооружения контурных 3 и внутренних 4 полос. При необходимости устанавливают стяжки 9. Далее в месте расположения основных участков 5 укладывают разделительную прослойку 8.

Порядок бетонирования отдельных участков зависит от того, нейтральную мы создаем конструкцию или преднапряженную.

При нейтральной конструкции вначале бетонируют основные участки 5. После выравнивания температур по сечению и проявления, по крайней мере, частичной усадки бетонируют контурные 3 и внутренние 4 полосы.

При преднапряженной конструкции вначале бетонируют полосы, которые являются упорными после преднапряжения. Затем бетонируют основную часть (части) 5, регулируя при этом их температуру. После выравнивания температур бетонируют боковые полосы по отношению к направлению преднапряжения.

Рассмотрим два технических противоречия, которые возникали при использовании конструкции плиты, принятой нами за прототип, и в результате решения которых появилось предлагаемое техническое решение.

Противоречие первое. Укладкой второго слоя можно добиться увеличения жесткости плиты в 4 раза. Действительно момент сопротивления “W” плиты высотой h равен , а при b=1 . Момент сопротивления W2 плиты высотой 2h равен Однако при бетонировании верхнего слоя плиты на жесткой нижней плите верхняя плита может растрескаться. Если бетонировать верхнюю плиту через разделительную прослойку, то суммарная жесткость увеличится только в 2 раза, т.е. возможности плиты при работе на изгиб ухудшатся в 2 раза. Выход: включение верхней плиты в совместную работу с помощью упоров, т.е. контурных и внутренних полос.

Противоречие второе. При применении вышеуказанных упоров возникают новые трудности. Металлические упоры практически неприемлемы, поскольку нельзя регулировать деформации в основной части плиты. Если применить железобетонные, то они сами могут растрескаться. Выход:

1) обоснование определенных размеров упоров и конструкции закрепления их в нижней плите;

2) обоснование порядка бетонирования отдельных частей плиты.

Вначале выявим рациональное соотношение размеров основной части 5 и полосы 4. Для этого выделим на фиг.1 между осями симметрии 01 и 02 полосу шириной 1 м. Статическую схему этой полосы можно представить на фиг.12: с достаточной степенью условности можно представить, что концы элемента при температурных изменениях элемента остаются неизменными по положению, а внутри элемента возникают температурные напряжения t.

t= tсрE, кг/см2,

где , 1/град - коэффициент линейного расширения;

tcp, град - изменение средней температуры элемента по сравнению с температурой, при которой напряжения равны нулю;

Е, кг/см - модуль упругости бетона.

Таким образом, первый вывод заключается в том, что соотношение ширины полосы к ширине основной части 5 плиты 2 должно быть минимальным. В этом случае температурные остаточные напряжения минимальны.

Теперь выявим требования к полосе. Полосы (как контурная 3, так и внутренняя 4) жестко соединены с нижней плитой 1. Следовательно, имеется опасность растрескивания после ее бетонирования. Используем принцип Сен-Венана, который гласит о том, что концевой эффект (в данном случае нулевые напряжения на боковых сторонах плиты) сказывается на длине элемента, равной одному-двум минимальным размерам поперечного сечения, в данном случае h2. Таким образом, мы можем сформулировать условие l2 3h2.

Аналогичные рассуждения справедливы для l1, b2, b1. Другими словами, при ширине полосы, при которой с каждой ее боковой стороны до центра расстояние не превысит 1,5h2 в этой полосе будут иметь место свободные деформации. Следует при этом иметь в виду, что будет выдержано первое условие.

В данном техническом решении к полосе предъявляется также другое требование. Полоса должна воспринимать усилие N (фиг.5) и передавать его на нижнюю плиту через контактирующую с ней поверхность.

Поскольку N= · h2 (на ширине 1 м), сила сцепления на контакте T= · l, N=T, то где , кг/см2 - среднее нормальное напряжение в поперечном сечении верхней 2 плиты; , кг/см2 - среднее напряжение (с учетом действия вертикальных анкеров 6).

Можно сформулировать первое требование к размерам основной части 5 верхней плиты 2. В соответствии с требованием №1 длина l1 или ширина b1 основной части 5 верхней плиты должны назначаться как можно большими. Тогда после протекания температурно-усадочных процессов в контурных 3 или внутренних 4 полосах средние остаточные температурные напряжения будут минимальными. Однако не всякая длина или ширина возможны. В процессе строительства при температурно-усадочном сокращении основной части 5 верхней плиты (фиг.14) в результате трения на контактном слое 8 от веса плиты р (фиг.13) возникает сила трения R, которая от края к центру возрастает пропорционально длине и в центре плиты достигает максимума (фиг.15).

Чтобы не образовалось трещины в центре основной части 5, должно выдерживаться условие R g· h2. Тогда l3 определяется из следующего выражения:

Второе требование к размерам основной части 5 верхней плиты 2 вытекает из возможности верхней плиты при изгибе в результате сжимающих напряжений потерять устойчивость. Поэтому при назначении l3 должна быть произведена проверка устойчивости. Для увеличения длины l3 в случае возможности потери устойчивости целесообразно применение стяжек 9.

Соблюдение этих двух требований обеспечит надежную работу конструкции.

Двухслойная плита предлагаемой конструкции предназначена для использования в изгибаемых элементах. Например, такая конструкция формируется при реконструкции плиты проезжей части моста, причалов, аэродромного или дорожного покрытия на слабых грунтах и т.п.

Формула изобретения

1. Монолитная двухслойная железобетонная плита, содержащая верхнюю и нижнюю плиты и разделительный упругий слой, отличающаяся тем, что верхняя плита выполнена из трех видов участков: контурных полос, расположенных по контуру нижней плиты и имеющих ширину взаимно перпендикулярных полос соответственно e1 и l1, внутренних полос, образующих сетку внутри контура и имеющих ширину взаимно перпендикулярных полос соответственно b2 и l2, и основных участков, расположенных внутри сетки, образованной контурными и внутренними полосами и имеющими размеры в плане b3 и 13, при этом основные участки контактируют с нижней плитой через разделительный упругий слой, а контурные и внутренние полосы соединены с нижней плитой жестко с помощью вертикальных анкеров, причем основные участки соединены с внутренними и контурными полосами горизонтальными анкерами, при этом e1, l1 ,b2 , l2, b3, 13 определены зависимостями :

где - напряжения на основных участках плиты, возникающие в процессе эксплуатации монолитной двухслойной железобетонной плиты, кг/см 2;

h2 - толщина верхней плиты, см;

- касательные напряжения, которые может выдерживать контурная или внутренняя полоса на контакте с нижней плитой с учетом вертикальных анкеров, кг/см2;

g - максимальные напряжения в бетоне, при которых не образуются трещины, кг/см2;

- нагрузка на квадратный сантиметр от веса верхней плиты и оснастки при бетонировании, кг/см2;

- коэффициент трения скольжения.

2. Монолитная двухслойная железобетонная плита по п.1, отличающаяся тем, что b1 , b2, l1, l2 не равны друг другу и b3 и l3 также не равны.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству, в частности к устройству с конструктивным элементом, формирующему пол или перекрытие

Изобретение относится к строительству, в частности к устройству с конструктивным элементом, формирующему пол или перекрытие

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при устройстве перекрытий малоэтажных общественных и гражданских зданий

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству зданий и сооружений с монолитными железобетонными перекрытиями и покрытиями

Изобретение относится к строительству

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при бетонировании различных конструкций из монолитного железобетона, протяженных по площади

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве плит покрытий, выполняющих несущую и теплозащитную функции

Изобретение относится к области строительства

Изобретение относится к мостостроению

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано при реконструкции малых и средних однопролетных мостов на действующих железных дорогах

Изобретение относится к области мостостроения

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано для усиления балок железобетонных строений мостов

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано при ремонте и реконструкции стальных и сталежелезобетонных одно-, двух- и более пролетных строений мостов с расходами воды до 100 м3/с, а также путепроводов

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано при реконструкции мостового сооружения, в частности для уширения пролетного строения и проезжей части

Изобретение относится к области переправочно-мостовых средств, а более конкретно к способу строительства низководных мостов

Изобретение относится к области мостостроения и может быть использовано при реконструкции мостовых переходов

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано при реконструкции мостовых сооружений

Изобретение относится к области мостостроения, а именно к конструкциям опорных частей неразрезных пролетных строений мостов

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при сооружении и реконструкции плит проезжей части мостов, причалов, паркингов, аэродромных или дорожных покрытий на слабых грунтах, перекрытий гражданских сооружений

Наверх