Предварительно напряженная железобетонная плита сборного аэродромного или дорожного покрытия, армированная высокопрочной напрягаемой арматурой
Изобретение относится к области строительства и касается конструкций предварительно напряженных железобетонных плит сборных аэродромных и дорожных покрытий, а также покрытий площадок различного назначения. Техническим результатом является создание эффективной конструкции предварительно напряженной железобетонной плиты сборного аэродромного или дорожного покрытия, армированной высокопрочной напрягаемой арматурой, и, как следствие, снижение расхода арматуры и стоимости плиты. В предлагаемом решении каждый стержень напрягаемой высокопрочной арматуры перед натяжением обжимается традиционными временными наружными анкерами и дополнительными внутренними анкерами, расположенными в теле бетона в непосредственной близости от края плиты. Наличие внутренних обжимных анкеров обеспечивает дополнительное закрепление напрягаемой арматуры в теле бетона после обрезания ее наружных выпусков и предотвращает образование радиальных трещин в бетоне и проскальзывание напрягаемой арматуры относительно бетона в момент передачи усилий предварительного напряжения от арматуры к бетону. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Заявляемое техническое решение относится к области строительства и касается конструкций предварительно напряженных железобетонных плит сборных аэродромных и дорожных покрытий, а также покрытий площадок различного назначения.
Известно техническое решение по патенту на изобретение №2041311, приоритет от 14.10.1993, МПК 6 E01C 5/00, E01C 5/06, E01C 5/22, ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ПЛИТА СЛОЯ УСИЛЕНИЯ СБОРНОГО АЭРОДРОМНОГО ИЛИ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ.
Сущность изобретения: железобетонная плита слоя усиления сборного аэродромного или дорожного покрытия выполнена монолитной с арматурой, расположенной в продольном и поперечном направлениях в одном или двух уровнях по толщине плиты, сгруппированной на краевых участках плиты шириной 
, где a - ширина участка, м, E - модуль упругости бетона, т/м2, t - толщина плиты, м.
Достоинством изобретения является повышение несущей способности сборного аэродромного или дорожного покрытия путем его наращивания монолитным слоем бетона, армированного на краевых участках слоя усиления.
Однако это изобретение не учитывает особенности армирования самих плит сборного покрытия.
Известно техническое решение по патенту на изобретение "Предварительно напряженная железобетонная плита сборного аэродромного или дорожного покрытия", патент №1838496, приоритет от 08 мая 1991 г., МПК 5 E01C 5/00, E01C 5/22.
Сущность изобретения: в предварительно напряженной железобетонной плите, содержащей напрягаемую арматуру, расположенную в продольном направлении в одном или двух уровнях, арматура, расположенная в поперечном направлении в двух уровнях по толщине плиты, сгруппирована на краевых и промежуточных по длине плиты участках шириной a=(2-4)·t с расстоянием между серединами смежных участков b=(7-20)·t, где a - ширина участка, t - толщина плиты, b - расстояние между серединами смежных участков.
Достоинством данного изобретения является экономия поперечной рабочей арматуры плиты за счет ее расположения отдельными группами на краевых и промежуточных по длине плиты участках.
Однако это изобретение не учитывает особенности армирования плит высокопрочной напрягаемой арматурой, расположенной в продольном направлении.
Целью заявляемого изобретения является создание эффективной конструкции предварительно напряженной железобетонной плиты сборного аэродромного или дорожного покрытия, армированной высокопрочной напрягаемой арматурой, и, как следствие, снижение расхода арматуры и стоимости плиты.
Поставленная цель достигается следующим образом.
Предварительно напряженная железобетонная плита сборного аэродромного или дорожного покрытия, армированная высокопрочной напрягаемой арматурой, расположенной в продольном направлении в одном или двух уровнях, содержащая арматуру, расположенную в поперечном направлении в двух уровнях по толщине плиты, которая сгруппирована на краевых и промежуточных по длине плиты участках шириной
a=(2-4)·t
с расстоянием между серединами смежных участков
b=(7-20)·t,
где a - ширина участка,
t - толщина плиты,
b - расстояние между серединами смежных участков,
отличается тем, что каждый стержень напрягаемой арматуры перед натяжением обжимается внутренними анкерами, расположенными в непосредственной близости от края плиты и позволяющими обеспечить дополнительное закрепление напрягаемой арматуры в теле бетона, препятствующее образованию радиальных трещин в бетоне и проскальзыванию арматуры относительно бетона в момент передачи усилий от напрягаемой арматуры к бетону.
Переменный шаг рабочей ненапрягаемой арматуры, расположенной в поперечном направлении на краевых участках плиты, подбирается в соответствии с расчетной эпюрой изгибающих моментов с учетом возможности размещения на этих участках внутренних обжимных анкеров.
Внутренние обжимные анкеры могут быть выполнены из стальной спирали.
Длина спирали
L=(2,5-3,5)·Dна,
расстояние от середины анкера до края плиты
c=(5,0-12,5)·Dна,
внутренний диаметр спирали
Dвс=(1,2-1,3)·Dна,
наружный диаметр спирали
Dнс=(2,0-2,5)·Dна,
где L - длина спирали,
c - расстояние от середины анкера до края плиты,
Dвс - внутренний диаметр спирали,
Dнс - наружный диаметр спирали,
Dна - диаметр напрягаемой арматуры.
На представленных чертежах:
Фиг.1 - конструктивная схема натяжения напрягаемой арматуры на упоры формы, где
t - толщина плиты,
1 - напрягаемая арматура,
2 - временный наружный обжимной анкер,
3 - бетон.
Фиг.2 - конструктивная схема натяжения напрягаемой арматуры с внутренними обжимными анкерами, где
t - толщина плиты,
c - расстояние от середины анкера до края плиты,
1 - напрягаемая арматура,
2 - временный наружный обжимной анкер,
3 - бетон,
4 - внутренний обжимной анкер.
Фиг.3 - вариант конструкции внутреннего обжимного анкера в виде стальной спирали, где
L - длина спирали,
Dвс - внутренний диаметр спирали,
Dнс - наружный диаметр спирали.
Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем.
На Фиг.1 представлена конструктивная схема натяжения напрягаемой арматуры на упоры формы, которая является традиционной при изготовлении предварительно напряженных плит аэродромных и дорожных покрытий. В подготовленную форму укладывают, напрягают и закрепляют в натянутом состоянии напрягаемую арматуру 1 временными наружными обжимными анкерами 2. Напрягаемая арматура в продольном направлении может располагаться в одном или двух уровнях по толщине плиты. Затем укладывается ненапрягаемая арматура в поперечном направлении в двух уровнях по толщине плиты. После бетонирования и набора бетоном необходимой прочности наружные выпуски напрягаемой арматуры вместе с временными анкерами обрезаются, передавая усилие предварительного напряжения от напрягаемой арматуры 1 на затвердевший бетон 3.
Действующие в настоящее время стандарты на плиты железобетонные напряженные для аэродромных и дорожных покрытий ГОСТ 25912.0-91-ГОСТ 25912.4-91, основанные на многочисленных теоретических и экспериментальных исследованиях, ограничивают величину натяжения напрягаемой арматуры значением 6000+10% кг/см2, что соответствует пределу текучести арматуры класса A-IY (Ат-IY). Это ограничение связано с тем, что при предварительном напряжении, превышающем вышеуказанное значение, в момент обрезания наружных выпусков напрягаемой арматуры и передачи усилий от арматуры к бетону происходит образование радиальных трещин в бетоне и частичное проскальзывание арматуры относительно бетона, что недопустимо для конструкций рассматриваемого типа.
При использовании высокопрочной арматурной стали класса A-Y (Ат-Y) и выше с пределом текучести 8000 кг/см2 и более использование традиционной конструктивной схемы предварительно напряженных железобетонных плит становится неэффективным.
На Фиг.2 изображена поясняющая схема предлагаемого технического решения.
Каждый стержень напрягаемой высокопрочной арматуры 1 перед натяжением обжимается традиционными временными наружными анкерами 2 и дополнительными внутренними анкерами 4, расположенными в теле бетона 1 в непосредственной близости от края плиты. Наличие внутренних обжимных анкеров обеспечивает дополнительное закрепление напрягаемой арматуры в теле бетона после обрезания ее наружных выпусков и предотвращает образование радиальных трещин в бетоне и проскальзывание напрягаемой арматуры относительно бетона в момент передачи усилий предварительного напряжения арматуры на бетон. Это позволяет создавать предварительное напряжение в стержнях из высокопрочной арматурной стали, значительно превышающее допускаемое стандартами значение 6000+10% кг/см2, эффективно использовать прочностные свойства напрягаемой высокопрочной арматуры и, как следствие, снизить расход арматуры и стоимость плиты путем уменьшения расчетного количества стержней или уменьшения диаметра напрягаемой арматуры.
Используемые материалы для изготовления внутреннего обжимного анкера, его конструкция и способ обжатия не являются принципиальными для предлагаемого технического решения.
На Фиг.3 представлен вариант конструкции внутреннего обжимного анкера в виде стальной спирали. Например, для закрепления в теле бетона высокопрочной напрягаемой арматуры диаметром 12 мм анкер может быть выполнен из арматуры класса A-I диаметром 6,5 мм, Dнс=28 мм, Dвс=15 мм, L=35-40 мм. Вес такого анкера составляет 0,1 кг.
Пример. Плита ПAT-14Y-1 по ГОСТ 25912.1-91 армирована в двух уровнях по толщине напрягаемой стержневой арматурой периодического профиля 12ф12 AтY с предварительным напряжением 6000+10% кг/см2. Расход напрягаемой арматуры на плиту составляет 64,0/66,6 кг (над чертой - теоретический при условной длине стержней напрягаемой арматуры, равной 6000 мм, под чертой - с учетом выпусков напрягаемой арматуры для ее захвата при натяжении, длина которой принята 6250 мм).
С использованием предлагаемого технического решения плита, армированная в двух уровнях по толщине напрягаемой стержневой арматурой периодического профиля 10ф12 AтY с предварительным напряжением 7200+10% кг/см2 и дополнительными внутренними обжимными анкерами, изображенными на фиг.3 в количестве 20 шт. (по 2 на каждый стержень), имеет такую же несущую способность, как и плита ПAT-14Y-1 по ГОСТ 25912.1-91. Расход напрягаемой арматуры на плиту соответственно составляет 53,3/55,7 кг, расход арматуры A-I на дополнительные внутренние анкеры - 2,0 кг. Общий расход напрягаемой арматуры на плиту с учетом дополнительных внутренних обжимных анкеров составляет соответственно 55,3/57,7 кг.
Экономический эффект по напрягаемой арматуре от использования предлагаемого технического решения на плиту составляет соответственно 8,7/8,9 кг или 13,5%.
1. Предварительно напряженная железобетонная плита сборного аэродромного или дорожного покрытия, армированная высокопрочной напрягаемой арматурой, расположенной в продольном направлении в одном или двух уровнях, содержащая арматуру, расположенную в поперечном направлении в двух уровнях по толщине плиты, которая сгруппирована на краевых и промежуточных по длине плиты участках шириной
a=(2-4)·t
с расстоянием между серединами смежных участков b=(7-20)·t,
где a - ширина участка,
t - толщина плиты,
b - расстояние между серединами смежных участков, отличающаяся тем, что каждый стержень напрягаемой арматуры перед натяжением обжимается внутренними анкерами, расположенными в непосредственной близости от края плиты и позволяющими обеспечить дополнительное закрепление напрягаемой арматуры в теле бетона, препятствующее образованию радиальных трещин в бетоне и проскальзыванию арматуры относительно бетона в момент передачи усилий от напрягаемой арматуры к бетону.
2. Плита по п.1, отличающаяся тем, что переменный шаг рабочей ненапрягаемой арматуры, расположенной в поперечном направлении на краевых участках плиты, подбирается в соответствии с расчетной эпюрой изгибающих моментов с учетом возможности размещения на этих участках внутренних обжимных анкеров.
3. Плита по п.1, отличающаяся тем, что внутренние обжимные анкеры выполнены из стальной спирали
длина спирали
L=(2,5-3,5)·Dна,
расстояние от середины анкера до края плиты
c=(5,0-12,5)·Dна,
внутренний диаметр спирали
Dвс=(1,2-1,3)·Dна,
наружный диаметр спирали
Dнс=(2,0-2,5)·Dна,
где L - длина спирали,
c - расстояние от середины анкера до края плиты,
Dвс - внутренний диаметр спирали,
Dнс - наружный диаметр спирали,
Dна - диаметр напрягаемой арматуры.
