CZ18290U1 - Nosník předpjatý zvolenou silou - Google Patents

Description

Nosník předpjatý zvolenou silou

Oblast techniky

Technické řešeni se týká nosníku předpjatého zvolenou silou a je použitelné ve stavebnictví, především v oblasti oprav a rekonstrukcí stropů ve starých budovách.

Dosavadní stav techniky

Při rekonstrukci starých budov je většinou nutné provést úpravu stropů, především dřevěných nosníků, jejichž únosnost se v průběhu desítek až stovek let podstatně zmenšila mnoha vlivy, např. vlhkostí, napadením houbou atd.

Často jsou v souvislosti s novým využíváním kladeny dodatečně nové požadavky na zvětšení únosnosti stropů, z čehož přirozeně vyplývá nutnost zvětšení únosnosti stávajících stropních nosníků.

Známá řešení uvedených problémů spočívají na příklad v odstranění starých stropů a jejich nahrazení novou konstrukcí, nabetonováním nových podlah a zajištěním jejich spolupůsobení se stávajícími nosníky, připojením nových dřevěných nebo ocelových prvků ke starým nosníkům v porušených místech (zhlaví), odstraněním poškozených částí nosníků a jejich náhradou novými částmi ať už dřevěnými, nebo ocelovými.

U betonových a ocelových nosníků se zvětšení únosnosti provádí jejich nahrazením novými, nebo jejich zesílením, které se provádí připojením nových, ocelových prvků. Při připojení nových ocelových prvků s ohybovou tuhostí jsou tyto prvky, vzhledem k jejich relativně malé ohy20 bové tuhosti, nedostatečně využity. Lepšího využití je dosahováno připojením k nosníku předpínacích prvků, nejčastěji lan, nebo drátů. Známé je také použití předpjatých ohybově tuhých prvků.

Konkrétní známé řešení s použitím tažených prvků je popsáno např. v patentu GB 680350, v němž je nosník se zvětšenou únosností tvořen betonovou vrstvou a k její spodní ploše připojenou ocelovou traverzou, na jejíž stojinu je na obou bocích připojena soustava předpínacích prvků. Soustava prvků sestává z lana a ze dvou vodicích konzol, připojených k traverze v určené vzdálenosti od jejích konců. Vodicí konzoly jsou v blízkosti dolní příruby traverzy opatřeny drážkami pro vedení lana. Konce lana jsou uchyceny v napínacích konzolách, upevněných na traverzu u jejích konců pod horní přírubou. Lano je vedeno od napínací konzoly šikmo dolů přes vodicí konzoly k druhé napínací konzole. Napínání lana je prováděno dotahováním matek na šroubech, kterými jsou opatřeny konce lan. Alternativně mohou být lana umístěna ve dvou výškových úrovních. V tomto případě jsou konce horního lana ukotveny v napínací konzole uložené v horní části betonové vrstvy.

V dalším příkladu je v patentu FR 1544207 popsán nosník se zvětšenou únosností umístěný pod betonovým stropem, tvořený traverzou s profilem I, nebo svařovaným profilem podobného typu.

Na obě strany stojiny jsou na koncích traverzy připojeny kotvicí konzoly, které drží předpjatou prohnutou trubku v níž je protažen tažený prvek (lano, drát). Předpínací tažený prvek je napínán pomocí matek a šroubů na svých koncích. V alternativním provedení je ohnutá trubka nahrazena řadou opěrek připojených ke stojině v bodech ležících na vhodné křivce (řetězovka), pod neut40 rální osou a držících napjatý předpínací prvek.

V patentu US 5671572 je popsán systém pro zvětšení únosnosti uzpůsobený pro betonové nosníky s různými tvary průřezů. Systém je k bokům nosníku připojen pomocí prvků s profilem U, nebo desek na nichž jsou konzoly, držící předpínací tažené elementy. Napětí je vytvářeno dotahováním matek na šroubech jimiž končí tažené elementy umístěné buď na bocích nosníků, nebo pod jejich spodními stranami.

Nejjednodušší provedení systému je u betonového nosníku se čtyřúhelníkovým průřezem, kde k bokům nosníku je po celé délce připojen prvek s profilem U, na jehož spodní přírubě jsou při-1 CZ 18290 Ul pevněny dvě konzoly držící tažené prvky, napínané matkami a šrouby na koncích tažených prvků. Tažené prvky jsou umístěny v blízkosti spodních hran nosníků.

Alternativní provedení systému u tohoto nosníku spočívá v tom, že konce tažených prvků jsou zakotveny v konzolách, upevněných pod horní přírubou na koncích prvku U a konzoly na spodní přírubě jsou nahrazeny kladkami. Tažený prvek je veden od konzoly šikmo dolů k první kladce a přes druhou kladku ke druhé konzole, takže tažený prvek je veden rovnoběžně se spodní hranou nosníku.

Použití ohybově tuhých prvků pro zvětšení únosnosti nosníků je popsáno například v patentu CZ 295097, kde je k nosníku připojena soustava tří ohybově tuhých prvků. Nad dvěma prvky upev10 něnými na svých koncích u spodní hrany nosníku je s přesahy třetí prvek, který tvoří v místě přesahů podélné mezery. V místě přesahů jsou v blízkosti konců horního prvku umístěny šroubové spoje se spodními prvky. Dotažením šroubových spojů jsou vyvozeny svěmé síly vytvářející v soustavě prvků předpětí, způsobující v upevňovacích bodech svislé síly, vyvolávající v součtu v nosníku ohybové momenty opačného smyslu než momenty od zatížení.

Z užitného vzoru CZ 15504 je známo podobné řešení s použitím tří ohybově tuhých prvků, určené pro nosníky s malou výškou.

Společným nedostatkem soustav s ohybově tuhými prvky je jejich relativně velká složitost. Největším nedostatkem soustav s taženými prvky je obtížná až nemožná kontrola síly v tažených prvcích.

Podstata technického řešení

Nedostatek známých soustav s taženými prvky odstraňuje nosník předpjatý zvolenou silou s připojenými taženými prvky podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že sestava tažených prvků připojená k nejméně jednomu boku nosníku je tvořena horním lanem a dolním lanem, složeným ze dvou částí spojených napínacím elementem, přičemž horní i dolní lano je funkčně spojeno s rozpěrnými zařízeními připojenými k boku nosníku a k hornímu lanu je připojeno zvolené zatížení.

Rozpěmá zařízení jsou složena z horních ramen a dolních ramen a obě ramena jsou svými konci spojena pomocí kloubového čepu, na kterém je připojen konec horního lana. Volný konec horního ramene je výkyvné uložen na horním svorníku. Volný konec dolního ramene je opatřen proti sklouznutí a opřen o dolní lano, které má v místě opření pevnou zarážku. Konce dolního lana jsou ukotveny na dolních svornících umístěných pod neutrální osou nosníku.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je blíže objasněno na výkresech, kde na obr. 1 je schematický nákres nosníku se zatížením a průběhem momentů, na obr. 2 jsou schematicky znázorněny síly v sestavě taže35 ných prvků, na obr. 3 je znázorněn pohled na rozpěrné zařízení, na obr. 4 je příčný řez nosníkem s bočním pohledem na rozpěrné zařízení a na obr. 5 je schematický nákres příhradového nosníku se zatížením a průběhem momentů z příkladu 2.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

V příkladu je popsán nosník předpjatý zvolenou silou podle technického řešení. Nosník 1 je tvořen plnostěnným stropním trámem £ se spojitým zatížením g. K nosníku £ je na obou jeho bocích připojena sestava tažených prvků, tvořená lany 2,1, 2.2 a dvě rozpěmá zařízení 3, tvořená horními rameny 3.1 a dolními rameny 3.2. Ramena 3.1 a 3.2 jsou konci spojena kloubovým čepem 3.3. Horní ramena 3.1 jsou volnými konci výkyvné uložena na horní svorníky 4.1, umístěné nad neutrální osou n ve vzdálenosti 25 % délky nosníku £ od jeho konce. Dolní lano 2.2 ukotvené na

-2CZ 18290 Ul dolní svorníky 4.2 umístěné pod neutrální osou n je složeno ze dvou částí spojených napínacím elementem 2.2.2. Konce dolních ramen 3.2 rozpěmých zařízení 3, jsou opatřeny opěrnými elementy 8, jimiž se opírají o zarážku 2.2.1 na dolním laně 23. Rozpěmá zařízení 3 působí jako trojkloubový prvek. Na horním laně 2.1 je v jeho středu zavěšeno zvolené zatížení 5. Po jeho zavěšení je pomocí napínacího elementu 233 lano 23 podle potřeby napnuto.

Funkce zařízení podle technického řešení spočívá v tom, že zavěšením zvoleného zatížení 5 na horní lano 2,1 v něm vznikají síly S,, které se mohou měnit napínáním spodního lana 23. Síly S_f působící na rozpěmá zařízení 3 v kloubových čepech 33, vyvolávají v horních ramenech 3.1 sílu S₂ vyvolávající v horních svornících 4,1 vertikální sílu 6 a horizontální sílu S_H a v dolních rameío nech 33 šikmou sílu S₃. Šikmá síla S₃ vyvolává v dolním laně 23 síly z nichž síla S₄ vytváří v dolním svorníku 43 horizontální sílu 7 a vertikální sílu S_v. Vertikální síla 6 a horizontální síla 7 vytvářejí v nosníku i ohybové momenty M₆ a M₇ opačného smyslu než moment od spojitého zatížení M_q.

Na obr. 3 je uveden případ, kdy při vypočteném průvěsu b lana 2.1 jsou horní ramena 3.1 rozpěr15 ných zařízení 3, kolmá na neutrální osu η. V tomto případě jsou horizontální síly S_H v horních svornících 4.1 rovny nule.

Příklad 2

V příkladu je popsán příhradový střešní nosník _U se spojitým zatížením g/ znázorněný na obr. 5. Provedení přidané sestavy lan 2.Γ, 23', rozpěmých zařízení 3/ a zvoleného zatížení 5/jsou ob20 dobná jako v příkladu 1. Rozpěmá zařízení 3/jsou horními rameny 3.1' výkyvné připojena na horní svorníky 4.1' v místě styčníků nad neutrální osou rf. Dolní lana 23' jsou ukotvena na dolních svornících 43', umístěných na krajních svislých prutech nosníku JJ, pod neutrální osou rf. Funkce zařízení je stejná jako v příkladu 1.

Průmyslová využitelnost

Předpjatý nosník podle technického řešení je využitelný především při opravách a rekonstrukcích starých budov, v místech, kde je málo prostoru pro manipulaci s materiálem a především tam, kde záleží na přesnosti určení velikosti sil v lánech a tím výsledných momentů od předpínacích sil.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   30 1. Nosník předpjatý zvolenou silou, k němuž jsou na boku připojeny tažené prvky, vyznačený tím, že sestava tažených prvků připojená nejméně k jednomu boku nosníku (1) je tvořena horním lanem (
2. 2.1) a dolním lanem (23) složeným ze dvou částí, spojených napínacím elementem (233), přičemž lana (2.1, 23) jsou funkčně spojena s rozpěmými zařízeními (3) připojenými k boku nosníku (1), a k hornímu lanu (2.1) je připojeno zvolené zatížení (5).

   35 2. Nosník podle nároku 1, vyznačený tím, že rozpěrné zařízení (3), sestává z horního ramene (3.1) připojeného výkyvné jedním koncem k boku nosníku (1) na horním svorníku (4.1) umístěném ve vzdálenosti 15 až 35 % délky nosníku (1) od jeho konce a dolního ramene (33), jehož jeden konec je kloubovým čepem (3.3) spojen s horním ramenem (3.1) a druhý konec dolního ramene (3.2) je opřen o dolní lano (23), ukotvené na dolní svorníky (43) umístěné pod

   40 neutrální osou nosníku (1).
3. 3. Nosník podle nároků la 2, vyznačený tím, že konec dolního ramene (3.2) opřený o spodní lano (23) je upraven proti sklouznutí, a lano (23) je v místě opření opatřeno zarážkou (23.1).