RU2562077C1

RU2562077C1 - Beam-type structural unit

Info

Publication number: RU2562077C1
Application number: RU2014148693/03A
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Гусев
Original assignee: Борис Владимирович Гусев
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2015-09-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: beam-type structural unit has the housing with the wall, the upper and lower belts, the bearing sections and the span. The span has the length L with variable cross section configuration lengthwise and towards increase of cross section height along the most part of the structural unit length. The lower belt is implemented as convex curvilinear in the conditional vertical longitudinal plane of symmetry of the unit with the convexity facing downwards, and with the curvature circumscribed by the radius R with the centre located above the belt of the structural unit at the distance exceeding the span length and meeting the condition R/L = (5÷15).

EFFECT: increasing carrying capacity of the beam.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительным конструкциям типа балки.The invention relates to the field of construction, namely to building structures such as beams.

Известна железобетонная балка, включающая корпус с параллельными верхним и нижним поясами, продольную и поперечную арматуру (SU 1548309 А1, опубл. 07.03.1990).Known reinforced concrete beam, comprising a housing with parallel upper and lower zones, longitudinal and transverse reinforcement (SU 1548309 A1, publ. 07.03.1990).

Известен арматурный каркас железобетонной балки, включающий параллельно расположенную продольную арматуру верхнего и нижнего поясов, поперечную арматуру и опорные пластины с анкерными стержнями. Продольная верхняя и нижняя арматура выполнены параллельными между собой. (SU 1783091 А1, опубл. 23.12.1992).Known reinforcing frame reinforced concrete beams, including parallel to the longitudinal longitudinal reinforcement of the upper and lower zones, transverse reinforcement and base plates with anchor rods. The longitudinal upper and lower reinforcement are made parallel to each other. (SU 1783091 A1, publ. 12/23/1992).

К недостаткам известных конструкций относятся неполная корреляция конфигурации поперечного сечения с расчетными сочетаниями постоянных и переменных динамических нагрузок, характером и распределением усилий по длине пролета, что вызывает недоиспользование несущей способности конструкции на отдельных участках ее длины, а следовательно, создает неоправданный перерасход материалов при уменьшенной несущей способности балки. Кроме того, балка с постоянным поперечным сечением в пролете при использовании в проезжей части мостов, эстакад, путепроводов имеет недостаточно высокий диапазон частот собственных колебаний до опасного уровня, связанного с вхождением в резонанс и риском возможного преждевременного разрушения балки при ритмичных динамических нагрузках.The disadvantages of the known designs include the incomplete correlation of the cross-sectional configuration with the calculated combinations of constant and variable dynamic loads, the nature and distribution of forces along the span, which causes underutilization of the load-bearing capacity of the structure in individual sections of its length, and therefore creates unjustified cost overruns with reduced load-bearing capacity beams. In addition, a beam with a constant cross-section in flight when using bridges, overpasses, overpasses in the roadway has an insufficiently high frequency range of natural vibrations to a dangerous level associated with resonance and the risk of possible premature destruction of the beam under rhythmic dynamic loads.

Задачей изобретения является разработка строительной конструкции типа балки с повышенной несущей способностью на восприятие различных сочетаний постоянных и переменных динамических нагрузок и с расширенным диапазоном собственных колебаний без вхождения в резонанс на расчетные сочетания указанных нагрузок при снижении расхода материалов и повышении долговечности конструкции.The objective of the invention is to develop a building structure such as a beam with increased bearing capacity for the perception of various combinations of constant and variable dynamic loads and with an extended range of natural vibrations without entering into resonance with the calculated combinations of these loads while reducing material consumption and increasing the durability of the structure.

Поставленная задача решается тем, что строительная конструкция типа балки согласно изобретению имеет корпус с продольной осью, включающий стенку, верхний и нижний пояса, опорные участки и пролет длиной L с переменной конфигурацией поперечного сечения по длине и с возрастанием высоты сечения, по меньшей мере, на большей части указанной длины конструкции, при этом нижний пояс выполнен выпукло криволинейным в условной вертикальной продольной плоскости симметрии конструкции с выпуклостью, обращенной вниз, и имеющем кривизну, описанную радиусом R с центром, расположенным над верхним поясом конструкции на расстоянии, превышающем длину пролета и удовлетворяющем условию R/L=(5÷15).The problem is solved in that the building structure of the type of the beam according to the invention has a housing with a longitudinal axis, including a wall, upper and lower chords, supporting sections and a span of length L with a variable cross-sectional configuration along the length and with increasing section height, at least most of the specified length of the structure, while the lower belt is made convex curvilinear in the conditional vertical longitudinal plane of symmetry of the structure with a convex downward and having a curvature described for a mustache R with a center located above the upper belt of the structure at a distance exceeding the span and satisfying the condition R / L = (5 ÷ 15).

При этом строительная конструкция может быть выполнена из композитного материала типа железобетона с силовым армированием, включающим стержневую рабочую арматуру.Moreover, the building structure can be made of a composite material such as reinforced concrete with power reinforcement, including rod working reinforcement.

Опорные и примыкающие к ним приконцевые части конструкции общей длиной L_пк. каждый могут быть выполнены удовлетворяющими условиюSupport and adjacent end parts of the structure with a total length of L _pc. each can be fulfilled satisfying the condition

L_пк.<1/10LL _pc <1 / 10L

и могут быть усилены дополнительным распределительным армированием в виде пространственных каркасов, плоских сеток и/или снабжены дисперсным армированием с процентным отношением не менее 0,02 от массы композитного материала.and can be reinforced with additional distribution reinforcement in the form of spatial frames, flat grids and / or equipped with dispersed reinforcement with a percentage of not less than 0.02 by weight of the composite material.

Балка может быть выполнена однопролетной с шарнирным опиранием по концам пролета.The beam can be made single-span with articulated support at the ends of the span.

Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, заключается в разработке строительной конструкции типа балки, наделенной повышенной несущей способностью и расширенным диапазоном собственных колебаний без вхождения в резонанс на расчетные сочетания указанных нагрузок при снижении расхода материалов и повышении долговечности конструкции. Указанный положительный эффект достигнут за счет того, что нижний пояс балки выполнен криволинейным в вертикальной продольной плоскости конструкции с обращенной вниз выпуклостью и радиусом R кривизны с центром, расположенным над верхним поясом конструкции на расстоянии, превышающем длину пролета и удовлетворяющем заявленному условию.The technical result achieved by the above set of features is to develop a building structure such as a beam endowed with increased bearing capacity and an extended range of natural vibrations without entering into resonance with the calculated combinations of these loads while reducing material consumption and increasing the durability of the structure. The indicated positive effect was achieved due to the fact that the lower belt of the beam is made curved in the vertical longitudinal plane of the structure with a downward convexity and radius of curvature R with a center located above the upper belt of the structure at a distance exceeding the span and satisfying the stated condition.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена строительная конструкция типа балки, вид сбоку.The invention is illustrated in the drawing, which shows a building structure such as a beam, side view.

Строительная конструкция типа балки имеет корпус 1 с продольной осью. Корпус 1 включает стенку 2, верхний и нижний пояса 3 и 4 соответственно, опорные участки 5 и пролет 6. Пролет 6 выполнен длиной L с переменной конфигурацией поперечного сечения по длине и с возрастанием высоты сечения по длине балки. Нижний пояс 4 выполнен выпукло криволинейным в условной вертикальной продольной плоскости симметрии конструкции с выпуклостью, обращенной вниз, и имеющем кривизну, описанную радиусом R окружности с центром, расположенным над верхним поясом 3 конструкции на расстоянии, превышающем длину пролета 6 и удовлетворяющем условию R/L=(5÷15).The building structure of the type of beam has a housing 1 with a longitudinal axis. The housing 1 includes a wall 2, the upper and lower zones 3 and 4, respectively, the supporting sections 5 and the span 6. The span 6 is made of length L with a variable configuration of the cross section along the length and with increasing section height along the length of the beam. The lower belt 4 is made convexly curvilinear in the conditional vertical longitudinal plane of symmetry of the structure with a convex downward and having a curvature described by a radius R of a circle with a center located above the upper belt 3 of the structure at a distance exceeding the span 6 and satisfying the condition R / L = (5 ÷ 15).

Строительная конструкция выполнена из композитного материала типа железобетона с силовым армированием, включающим стержневую рабочую арматуру (на чертеже не показано). Опорные участки 5 и примыкающие к ним приконцевые части 7 конструкции общей длиной L_пк. каждый выполнены удовлетворяющими условию L_пк.<1/10L и усилены дополнительным распределительным армированием в виде пространственных каркасов, плоских сеток и/или снабжены дисперсным армированием с процентным отношением не менее 0,02 от массы композитного материала.The building structure is made of a composite material such as reinforced concrete with power reinforcement, including rod working reinforcement (not shown in the drawing). Support sections 5 and adjacent end parts 7 of the structure with a total length of L _pc. each fulfilled satisfying the condition L _pc. <1 / 10L and reinforced by additional distribution reinforcement in the form of spatial frames, flat grids and / or equipped with dispersed reinforcement with a percentage ratio of not less than 0.02 by weight of the composite material.

Балка выполнена однопролетной с шарнирным опиранием по концам пролета 6. По меньшей мере, на одной опоре выполнен шарнир 8 вращения, а на другой - шарнир 9 скольжения.The beam is single-span with a hinge support at the ends of the span 6. At least one support has a rotation hinge 8, and a sliding hinge 9 on the other.

Пример реализации балки.An example of a beam.

Балка выполнена из железобетона пролетом L=12 м радиусом кривизны нижнего пояса 4 R=60 м, отношение R/L=5. Поперечное сечение в опорной части конструкции принято 0,3×0,3 м. Поперечное сечение в пролете принято переменным. Нижний пояс очерчен радиусом R=180 м (R/L=15). Максимальная высота балки в пролете равна h=0,4 м для сечения 0,3×0,3 м при распределенной нагрузке q=0,4 т/пм.The beam is made of reinforced concrete with a span of L = 12 m with a radius of curvature of the lower zone 4 R = 60 m, the ratio R / L = 5. The cross section in the supporting part of the structure is taken 0.3 × 0.3 m. The cross section in the span is assumed to be variable. The lower zone is outlined with a radius of R = 180 m (R / L = 15). The maximum beam height in the span is h = 0.4 m for a section of 0.3 × 0.3 m with a distributed load q = 0.4 t / pm.

Максимальные расчетные напряжения в пролете составляют:Maximum design span stresses are:

1. В балке с приопорным сечением (0,3×0,3) м и радиусах кривизны нижнего пояса балки:1. In a beam with a support section (0.3 × 0.3) m and radii of curvature of the lower belt of the beam:

а) R=60 м при нагрузке q=0,4 т/мa) R = 60 m with a load q = 0.4 t / m G=162 кг/см²;G = 162 kg / cm ² ; б) R=180 м при нагрузке q=0,4 т/мb) R = 180 m with a load q = 0.4 t / m G=90 кг/см²;G = 90 kg / cm ² ;

2. В балке с приопорным сечением (0,4×0,3) м R=60 м:2. In a beam with a support section (0.4 × 0.3) m R = 60 m:

при нагрузке q=0,4 т/мat load q = 0.4 t / m G=40 кг/см²;G = 40 kg / cm ² ; при нагрузке q=0,72 т/мat load q = 0.72 t / m G=162 кг/см²;G = 162 kg / cm ² ;

3. В балке с приопорным сечением (0,6×0,3) м3. In a beam with a support section (0.6 × 0.3) m

при нагрузке q=2,88 т/мat load q = 2.88 t / m G=160 кг/см².G = 160 kg / cm ² .

Резюме:Summary:

1. На балках R/L=12 сечением (0,3×0,3) м при переменном сечении в пролете:1. On the beams R / L = 12 cross-section (0.3 × 0.3) m with a variable cross-section in the span:

R=180 м нагрузку можно увеличить до 2 раз;R = 180 m the load can be increased up to 2 times;

R=60 м нагрузку можно увеличить до 7 раз.R = 60 m the load can be increased up to 7 times.

2. Резонансные частоты для всех видов динамических нагрузок проявляться не будут.2. Resonant frequencies for all types of dynamic loads will not occur.

3. Экономия материалов вследствие приведения пролетной конфигурации балки в корреляционное соответствие с нагрузками и напряжениями в балке составляет ~ (12÷20)%.3. Material savings due to bringing the span configuration of the beam in correlation with the loads and stresses in the beam is ~ (12 ÷ 20)%.

Указанное переменное сечение высоты балки снижает общий расход материала и диапазон резонансных частот собственных колебаний, которые будут выходить за пределы реально возможного возникновения резонансных частот колебаний, что предотвращает возможность разрушения балки от резонансных колебаний для реально возможных сочетаний динамических и статических нагрузок на балку в реальных сооружениях с ездой поверху.The indicated variable cross-section of the beam height reduces the total material consumption and the range of resonant frequencies of natural vibrations, which will go beyond the real possible occurrence of resonant vibration frequencies, which prevents the possibility of destruction of the beam from resonant vibrations for really possible combinations of dynamic and static loads on the beam in real buildings with ride on top.

Claims

1. Строительная конструкция типа балки, характеризующаяся тем, что имеет корпус с продольной осью, включающий стенку, верхний и нижний пояса, опорные участки и пролет длиной L с переменной конфигурацией поперечного сечения по длине и с возрастанием высоты сечения, по меньшей мере, на большей части указанной длины конструкции, при этом нижний пояс выполнен выпукло криволинейным в условной вертикальной продольной плоскости симметрии конструкции с выпуклостью, обращенной вниз, и имеющем кривизну, описанную радиусом R с центром, расположенным над верхним поясом конструкции на расстоянии, превышающем длину пролета и удовлетворяющем условию R/L=(5÷15).1. A building structure of the type of a beam, characterized in that it has a housing with a longitudinal axis, including a wall, upper and lower belts, supporting sections and a span of length L with a variable cross-sectional configuration along the length and with an increase in the height of the cross-section, at least parts of the specified length of the structure, while the lower belt is made convexly curved in the conditional vertical longitudinal plane of symmetry of the structure with a convexity facing down and having a curvature described by a radius R with a center located above the upper structure belt at a distance exceeding the span and satisfying the condition R / L = (5 ÷ 15).

2. Строительная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена из композитного материала типа железобетона с силовым армированием, включающим стержневую рабочую арматуру.2. The building structure according to claim 1, characterized in that it is made of a composite material such as reinforced concrete with power reinforcement, including bar working reinforcement.

3. Строительная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что опорные и примыкающие к ним приконцевые части конструкции общей длиной L_пк каждый выполнены удовлетворяющими условию
L_пк<1/10L
и усилены дополнительным распределительным армированием в виде пространственных каркасов, плоских сеток и/или снабжены дисперсным армированием с процентным отношением не менее 0,02 от массы композитного материала.3. The building structure according to claim 1, characterized in that the supporting and adjacent end parts of the structure with a total length L _pc each are made satisfying the condition
L _pc <1 / 10L
and reinforced by additional distribution reinforcement in the form of spatial frames, flat grids and / or equipped with dispersed reinforcement with a percentage of not less than 0.02 by weight of the composite material.

4. Строительная конструкция по п. 1, отличающаяся тем, что балка выполнена однопролетной с шарнирным опиранием по концам пролета. 4. The building structure according to claim 1, characterized in that the beam is made single-span with articulated support at the ends of the span.