PL248684B1 - Element zbrojenia - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest element i system zbrojenia dla konstrukcji żelbetowych zwiększający przyczepność do betonu, nośność elementu konstrukcyjnego oraz ograniczający rozwarcie rys, przeznaczony do budownictwa oraz system zbrojenia, który opiera się na elemencie zbrojenia. Element zbrojenia dla konstrukcji żelbetowych znamienny tym, że jest wykonany z kątownika (1), który ma co najmniej dwie mocujące obejmy (2), przy czym wysokość kątownika (1) zawiera się w przedziale od trzykrotności do sześciokrotności średnicy zbrojenia (3) w strefie rozciąganej, natomiast obejmy (2), mocujące kątownik (1) do zbrojenia (3), mają kształt okrągły, a ich średnica wynosi od połowy średnicy zbrojenia do średnicy równej średnicy zbrojenia.

Description

Przedmiotem wynalazku jest element zbrojenia dla konstrukcji żelbetowych zwiększający przyczepność do betonu, nośność elementu konstrukcyjnego oraz ograniczający rozwarcie rys, przeznaczony do budownictwa.

STAN TECHNIKI

Konstrukcje żelbetowe mają swoją historię sięgającą od połowy XIX wieku, jednak szczególna ich popularność przypada na okres od początku XX wieku, aż do dnia dzisiejszego. Budowle tego rodzaju wykonuje się poprzez zastosowanie zbrojenia najczęściej stalowego w postaci prętów, strzemion lub podobnych elementów połączonych ze sobą, które następnie zalewa się betonem, tworząc zwartą strukturę wykorzystywaną w budownictwie.

Początkowo zbrojenia wykonywane były na miejscu budowy, podczas gdy obecnie elementy zbrojeniowe są wykonywane w specjalistycznych zakładach, po czym są transportowane na teren budowy w postaci strzemion lub całych gotowych elementów, które następnie są łączone oraz zalewane betonem. W niektórych wypadkach elementy żelbetonowe wykonywane są całościowo w zakładach, a następnie transportowane są na miejsce budowy.

Belki żelbetowe są zginanymi poprzecznie elementami konstrukcyjnymi, w których występują dwa stany naprężenia - ściskanie oraz rozciąganie. W żelbetowych belkach istotną rolę odgrywa część betonowa oraz stalowa, gdzie beton ma za zadanie przenosić siły ściskające, a stalowa siły rozciągające. W połączeniu zbrojenia z betonem ważną rolę odgrywa przyczepność prętów zbrojeniowych do betonu, ponieważ tylko w taki sposób belka jest w stanie efektywnie pracować jako całość.

Z polskiego opisu patentowego PL.233106 znane jest zbrojenie, które w strefie ściskanej, w pobliżu osi obojętnej przekroju, ma dodatkowe podłużne pręty kotwiące i dodatkowe wypukłe strzemiona, opasujące podłużne pręty ściskane oraz dodatkowe pręty kotwiące, przy czym dodatkowe strzemiona posiadają zarys wypukłego wieloboku, którego podstawę stanowi linia wyznaczona przez pręty ściskane umieszczone co najmniej w narożach tej podstawy, a pozostałe boki są usytuowane bliżej osi obojętnej przekroju natomiast dodatkowe pręty kotwiące są usytuowane w pozostałych narożach wieloboku. W odmianie wynalazku zbrojenie w strefie ściskanej, w pobliżu osi obojętnej przekroju, ma dodatkowe podłużne pręty kotwiące i uformowaną z jednego pręta łamaną spiralę, opasującą podłużne pręty ściskane oraz dodatkowe pręty kotwiące, przy czym łamana spirala w przekroju poprzecznym ma zarys wypukłego wieloboku, którego podstawę stanowi linia wyznaczona przez pręty ściskane umieszczone co najmniej w narożach tej podstawy, a pozostałe boki są usytuowane bliżej osi obojętnej przekroju, natomiast dodatkowe pręty kotwiące są usytuowane w pozostałych narożach wieloboku.

Z kolejnego polskiego opisu patentowego PL.218096 znany jest prefabrykowany element żelbetowy, charakteryzuje się tym, że wykonany jest z betonu zwykłej wytrzymałości i ma umieszczoną we wgłębieniu wkładkę wzmacniającą o wielkości rzutu poziomego odpowiadającego polu wytężonej strefy ściskanej prefabrykowanego elementu żelbetowego, przy czym wkładka wzmacniająca wykonana jest z betonu wysokiej wytrzymałości ma zatopione strzemiona, które trwale połączone są między sobą, co najmniej dwoma prętami montażowymi, zaś pionowe końce prętów strzemion wyprowadzone są ponad powierzchnię wkładki wzmacniającej i połączone są w sposób trwały ze szkieletem zbrojenia za pośrednictwem, co najmniej dwóch prętów podłużnych.

Z publikacji PL.242237 znany jest belkowy żelbetowy element zespolony, który charakteryzuje się tym, że dodatkowym elementem zespalającym jest co najmniej jedna sprężyna z pręta stalowego, która umocowana jest drutem wiązałkowym do strzemion. Ramiona sprężyny (4) przechodzą przez styk obydwu warstw: jednej z betonu ultrawysokowartościowego i drugiej z betonu zwykłego.

Z opisu europejskiego patentu EP2141300B1 znany jest sposób, który polega na umieszczeniu w osłonie, która jest pewnym rodzajem formy, masowej ilości mieszanki cementowej, a następnie na osadzeniu w tej masie żelbetowej obudowy wzmacniającej. Obudowa ta składa się z ram wzdłużnych dolnych i górnych, które są ze sobą połączone.

Każda z tych ram ma pewne specjalne części, które pełnią funkcję blokowania i są odpowiednio podparte masą w określonych miejscach wewnątrz płyty. Te miejsca blokowania (oznaczone jako B) są tak umieszczone, aby przeciwdziałać naprężeniom rozciągającym, które mogą wystąpić w płycie żelbetowej podczas jej eksploatacji.

Z publikacji DE947077C znany jest sposób wytwarzania dźwigarów stalowych zaopatrzonych w podporę betonową i sztywno z nią połączonych w celu utworzenia konstrukcji zespolonej, w szczególności dźwigarów mostowych połączonych z jezdnią betonową.

Dotychczas stosowane rozwiązania polegały na łączeniu strzemion z prętami zbrojeniowymi, co ograniczało elastyczność w projektowaniu zbrojenia oraz wymuszało przygotowywanie indywidualnych, dedykowanych konstrukcji dla każdego obiektu. Ponadto, wcześniejsze rozwiązania koncentrowały się głównie na instalacji dodatkowych elementów wzmacniających, przeznaczonych do obszarów poddanych ściskaniu. Do ich mocowania stosowano druty wiązałkowe, natomiast jako elementy zespalające wykorzystywano między innymi sprężyny, druty lub strzemiona o trójkątnym kształcie. Ponadto, w istniejących systemach, aby przeciwdziałać pojawiającym się w płycie żelbetowej naprężeniom rozciągającym, stosowano wzmacniającą obudowę zbudowaną z połączonych ze sobą dolnych i górnych ram wzdłużnych.

UJAWNIENIE WYNALAZKU

Problemem technicznym rozwiązywanym przez wynalazek jest zwiększenie przyczepności elementu zbrojeniowego do betonu oraz poprawa nośności jak też zmniejszenie rozwarcia rys, co uzyskuje się poprzez zastosowanie kątownika montowanego do zbrojenia, jako elementu zbrojenia. W świetle opisanego stanu techniki celem niniejszego wynalazku jest przezwyciężenie wskazanych niedogodności i dostarczenie elementu zbrojenia w postaci kątownika, który montowany jest poprzecznie do zbrojenia w strefie rozciągania, za pomocą obejm.

Istota wynalazku polega na zastosowaniu specjalnego elementu zbrojenia, którego zadaniem jest zwiększenie przyczepności między prętami zbrojeniowymi a betonem. Dzięki temu, pod wpływem obciążenia, beton znajdujący się pomiędzy pionowymi płaszczyznami dodatkowego elementu zbrojenia zostaje poddany ściskaniu, mimo że cała konstrukcja zlokalizowana jest w strefie rozciąganej.

Element zbrojenia dla konstrukcji żelbetowych wg wynalazku charakteryzuje się tym, że jest wykonany z kątownika, który ma co najmniej dwie mocujące obejmy, przy czym wysokość kątownika zawiera się w przedziale od trzykrotności do sześciokrotności średnicy zbrojenia w strefie rozciąganej, natomiast obejmy, mocujące kątownik do zbrojenia, mają kształt okrągły, a ich średnica wynosi od połowy średnicy zbrojenia do średnicy równej średnicy zbrojenia.

Korzystnie, kątownik ma otwory montażowe na obejmy, które wyposażone są w gwint w części górnej oraz nakrętkę montażową.

Korzystnie, otwory w kątowniku, mają gwint odpowiadający gwintowi górnej części obejmy.

Korzystnie, kątownik oraz obejma wykonane są ze stali.

Zaletą, jest sama konstrukcja elementu zbrojenia, którego zastosowanie poprawia przyczepność do betonu. Kolejną zaletą rozwiązania jest możliwość uzyskania zbrojenia na miejscu budowy, ponieważ element zbrojeniowa może być montowany w każdych warunkach. Niewątpliwą zaletą jest możliwość docinania kątowników na budowie, przez co procent odpadów jest mniejszy. Istotną zaletą jest szybkość i prostota montażu, również dla mniej wykwalifikowanego personelu, a ułożenie takiego elementu wymaga mniejszego doświadczenia niż w przypadku tradycyjnego zbrojenia.

Niezwykłą zaletą jest zwiększenie parametrów wytrzymałościowych uzyskanych tą metodą elementów żelbetowych, przez co występuje większa trwałość, a sama konstrukcja może mieć mniejszą masę. Dzięki montażowi elementu zbrojenia do prętów zbrojeniowych w strefie rozciąganej zwiększa się przyczepność betonu do zbrojenia. Element zbrojenia jest efektywniejszy z punktu widzenia pracy elementów belkowych żelbetowych z uwagi na ograniczenie rozwarcia rys. Kątowniki poprzez swoją powierzchnię mają większą płaszczyznę docisku, co znacznie redukuje pojawianie się rys.

Dużą zaletą jest możliwość dostosowania zagęszczenia elementów zbrojenia w obrębie belki w miejscach spodziewanego większego lub mniejszego zapotrzebowania tj. w strefie występowania największego momentu zginającego, co w dotychczasowych konstrukcjach było utrudnione.

KRÓTKI OPIS FIGUR RYSUNKU

Dla lepszego zrozumienia wynalazku, został on zilustrowany w przykładach wykonania oraz na załączonych figurach rysunku, na których:

Fig. 1 - przedstawia rzut aksonometryczny kątownika (1) zamontowanego do zbrojenia (3) za pomocą obejm (2);

Fig. 2 - przedstawia rzut aksonometryczny belki w korzystnym przykładzie wykonania z rozmieszczeniem w niej elementów zbrojenia wg. wynalazku;

Fig. 3 - przedstawia widok belki żelbetowej z boku z elementem zbrojenia wg. wynalazku:

a) Rozłożenie elementów zbrojenia w belce;

b) Schemat pracy belki.

Element zbrojenia na przedstawionych rysunkach jest jedynie ukazany jako poglądowy, natomiast ostateczny kształt wraz z umiejscowionymi elementami jest zależy od specyfiki konstrukcji poszczególnych belek żelbetowych, które mogą przyjmując różne kształty wraz z różnym rozmieszczeniem elementów zbrojeniowych.

SPOSOBY WYKONANIA WYNALAZKU

Poniższe przykłady ilustrują wynalazek, nie ograniczając go w żaden sposób.

Przykład 1. Element zbrojenia według przedmiotu wynalazku

Element zbrojenia wraz z mocowaniem do zbrojenia uwidocznione jest na rysunku fig. 1, gdzie element zbrojenia stanowi kątownik 1, zwiększający przyczepność, wraz z obejmą 2, korzystnie stalową, przykręcany do prętów zbrojeniowych 3 w strefie rozciąganej. Kątownik 1 ma za zadanie zwiększyć przyczepność pomiędzy prętami zbrojeniowymi 3 w strefie rozciąganej a betonem, a tym samym w wyniku obciążenia beton znajdujący się pomiędzy pionowymi płaszczyznami kątownika 1 jest ściskany, pomimo tego, iż całość znajduje się w strefie rozciąganej. Element zbrojenia 1 jest montowany do zbrojenia dolnego 3 za pomocą obejmy 2.

Średnica zbrojenia w postaci prętów zbrojeniowych wynosi 12 mm, natomiast wysokość kątownika wynosi 60 mm, co stanowi pięciokrotność średnicy zastosowanego zbrojenia dolnego 3, czyli zarówno w strefie rozciąganej jak i w strefie ściskanej.

Przykład 2. Sposób montażu zbrojenia z wykorzystaniem elementu zbrojenia wg. wynalazku

Na rysunku fig. 2 przedstawiona jest belka żelbetowa, z wykorzystaniem elementu zbrojenia, jaki ujawniono w przykładzie 1.

W belce żelbetowej wykorzystane zostały trzy zbrojenia dolne 3, dwa zbrojenia górne, trzy strzemiona 5 po każdej ze stron belki żelbetowej, które połączone zostały ze zbrojeniem górnym 4 oraz zbrojeniem dolnym 3 oraz elementu zbrojenia, jaki ujawniono w przykładzie 1.

Wykorzystanie elementu zbrojenia w belce, gdzie kątowniki 1 mocuje się do zbrojenia dolnego 3, przy czym kątowniki 1 rozmieszcza się nierównomiernie na całej długości elementu, i dzieli się przestrzeń na odcinek największego momentu zginającego o długości Li, w którym kątowniki 1 rozstawia się równomiernie na odcinku L, oraz na odcinki skrajne, gdzie kątowniki 1 oddziela się od strefy rozciągania o odcinek L2.

Element zbrojenia wraz z mocowaniem do zbrojenia uwidoczniony jest na rysunku fig. 1, gdzie element zbrojenia stanowi kątownik 1, zwiększający przyczepność, wraz z obejmą 2, stalową, mocowaną do prętów zbrojeniowych dolnych 3 w strefie rozciąganej. Kątownik 1 ma za zadanie zwiększyć przyczepność pomiędzy prętami zbrojeniowymi dolnych 3 w strefie rozciąganej a betonem, a tym samym w wyniku obciążenia beton znajdujący się pomiędzy pionowymi płaszczyznami kątownika 1 jest ściskany, pomimo tego, iż całość znajduje się w strefie rozciąganej. Ponadto w belce żelbetowej występują zbrojenia górnych 4 w strefie ściskania, w postaci prętów zbrojeniowych.

Średnica zbrojenia w postaci prętów zbrojeniowych wynosi 12 mm, natomiast wysokość kątownika wynosi 60 mm, co stanowi pięciokrotność średnicy zastosowanego zbrojenia dolnego i górnego 3 i 4, czyli zarówno w strefie rozciąganej jak i w strefie ściskanej. Długość strefy rozciąganej wynosi Li = 560 mm, natomiast L = 70 mm, czyli odcinek pomiędzy sąsiadującymi kątownikami w strefie rozciąganej. L2 = 200 mm, czyli odstęp skrajnych kątowników 1 oddalonych od strefy rozciąganej. Rozkład odcinków rozmieszczenia poszczególnych elementów pokazano na rys. Fig. 3a, przy czym rozstaw kątowników 1 jest zależny od występujących momentów zginających.

Zbrojenia dolne 3 jak zbrojenie górne 4 jest połączone ze sobą za pomocą trzech strzemion 5 z każdej strony belki żelbetowej.

Na rysunku Fig. 3b przedstawiono schemat pracy belki z elementem zbrojenia wg wynalazku wraz z zaznaczonymi siłami.

WYKAZ OZNACZEŃ:

1. Kątownik;

2. Obejma mocująca;

3. Zbrojenie dolne, w strefie rozciąganej;

4. Zbrojenie górne, w strefie ściskanej;

5. Strzemiona;

6. Krawędź belki;

7. Skierowanie wektorów siły;

PL 248684 Β1

L - odległość rozstawu pomiędzy kątownikami (1) w odcinku, w którym występują największe momenty zginające;

Li - odcinek, w którym występują największe momenty zginające;

L2 - odległość krańcowego kątownika (1) od odcinka, w którym występują największe momenty zginające.

Claims (4)

1. Element zbrojenia dla konstrukcji żelbetowych znamienny tym, że jest wykonany z kątownika (1), który ma co najmniej dwie mocujące obejmy (2), przy czym wysokość kątownika (1) zawiera się w przedziale od trzykrotności do sześciokrotności średnicy zbrojenia (3) w strefie rozciąganej, natomiast obejmy (2), mocujące kątownik (1) do zbrojenia (3), mają kształt okrągły, a ich średnica wynosi od połowy średnicy zbrojenia do średnicy równej średnicy zbrojenia.

2. Element zbrojenia według zastrz. 1 znamienny tym, że kątownik (1) ma otwory montażowe na obejmy (2), które wyposażone są w gwint w części górnej oraz nakrętkę montażową.

3. Element zbrojenia według zastrz. od 1 do 2 znamienny tym, że otwory w kątowniku (1) mają gwint odpowiadający gwintowi górnej części obejmy (2).

4. Element zbrojeniowy według zastrz. od 1 do 3 znamienny tym, że kątownik (1) oraz obejma (2) wykonane są ze stali.