, biblioteka] u.p. prl Opublikowano dnia 20 marca 1957 r.POLSKIE] RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 38616 Tomasz Kluz Warszawa, Polska KI. 37 b, 4/01 Sposób wytwarzania elementów budowlanych o wysokiej wytrzymalosci, a mianowicie slupów, elementów sciskanych i elementów zginanych lub mimosrodowo sciskanych Patent trwa od dnia 1 czerwca 1954 r.Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania ele¬ mentów budowlanych o wysokiej wytrzymalo¬ sci, a (mianowicie slupów, elementów sciska- nych i elementów zginanych lub mimosrodowo sciskanych.Przedmiotem wynalazku sa przy tym zarów¬ no elementy sciskane, wstepnie sprezone ze stali o wysokiej wytrzymalosci, jak i elementy zginane lub mimosrodowo sciskane z betonu sprezonego, z zelbetu lub z tworzywa wapien- no-krzemianowego.W wykonywanych dotychczas slupach i ele¬ mentach sciskanych stosuje sie profile stalowe i grube prety laczone ze soba przewiazkami sta¬ lowymi luib bezposrednio spawane lub nitowa¬ ne ze soba, przy czym do tego celu uzywa sie powszechnie stali zwyklej o wytrzymalosci 37—45 kg/mm2, natomiast stosowanie stali wy- sokowartosciowej, np. o wytrzymalosci 52—62 kg/mm2 i wiekszej jest dotad ograniczone tylko do bardzo obciazonych konstrukcji i wylacznie do krótkich elementów sciskanych, a to ze wzgledu na wyboczenie. Wytwarzane obecnie struny i druty stalowe ciagnione lub walcowa¬ ne i odpuszczane o srednicy 0,5—3 mm., wy¬ kazujace wytrzymalosc 160—280 kg/mm2 sa do¬ tychczas uzywane tylko do wyrobu sprezyn oraz do sprezonego betonu strunowego. Nie znalazly one natomiast bezposredniego zastosowania w wyzej wspomnianych sciskanych elementach stalowych ze wzgledu zarówno na niemozliwosc wzajemnego polaczenia tych cienkich i wiotkich drutów jak i ze wzgledu na niemoznosc bezpo¬ sredniego przeniesienia na nich obciazen zew¬ netrznych, które to przeniesienie nie napotyka zadnej trudnosci np. w slupach stalowych wy¬ konywanych z normalnych profili ze stali zwyk¬ lej. Z tego samego powodu równiez i w do¬ tychczas znanych slupach zelbetowych stosuje sie z reguly stal, pospolitej jakosci, natomiast stal o wiekszej wytrzymalosci, np. o obliczenio¬ wej granicy plastycznosci 36 kg/mm2, jest uzy¬ wana w slupach tylko przy nadaniu jej profilu o zwiekszonej przyczepnosci lub przy zaopatrze¬ niu z zakoftwienda zetwctoweZe.wzgladu na trudnosci konstrukcyjne po¬ legajace na trudnosci wzajemnego polaczenia gttunSicienkich drutów ze *stali o bardzo wy- 4NN01 w$*rzyn3alosciach, jak równiez trudnosci peJliigo przeniesienia na nie obciazen zewnetrz¬ nych w elementach sciskanych oraz trudnosci usztywnienia i zabezpieczenia ich przed wybo- czeniem, nie stosuje sie dotychczas stali w po¬ staci strun i drutów wykonanych ze stali o naj¬ wyzszych wytrzymalosciach ani do stalowych ani do zelbetowych elementów sciskanych.Takie stale strunowe znalazly jedynie zasto- AOwanie w budownictwie w betonie sprezonym «r elementach osiowo rozciaganych zginanych i ndiiosrodowo sciskanych, nie znalazly nato¬ miast zastosowania w slupach osiowo sciska¬ nych z sprezonego betonu strunowego, wzgled¬ nie jezeli znajduja tam sporadycznie zastosowa¬ nie, to tylko dla sprezenia betonu, ale nie dla bezposredniego przeniesienia obciazen. Dlatego taz przy obliczaniu slupów strunobetonowych osiowo sciskanych stal strunowa nie jest zupel¬ nie uwzgledniana przy obliczaniu obciazenia niszczacego.Z tych samych powodów nie stosuje sie zbro¬ jenia ze stali strunowej w strefie sciskanej ele¬ mentów zelbetowych zginanych lub elementów mimosrodowo sciskanych podobnie jak w stre¬ fie rozciaganej elementów zginanych zelbeto¬ wych, a to tak ze wzgledu na rózne odksztalce¬ nia betonu i stali o wysokich wytrzymalosciach az do granicy wytrzymalosci stali, jak i ze wzgledu na rysy o duzym rozwarciu.Równiez i stal strunowa, ukladana niekiedy ze wzgledów konstrukcyjnych w strefie sciska¬ nej elementów strunobetonowych wstepnie spre¬ zonych, nie jest zupelnie uwzgledniana przy obliczaniu nosnosci elementów sprezonych, a to z tych samych powodów, jak i w elementach zelbetowych, mianowicie z powodu niemoznosci pelnej wspólpracy betonu i stali strunowej o wysokich lub bardzo wysokich wytrzymalos¬ ciach az do granicy wytrzymalosci stali.Zastosowanie natomiast stali strunowych o bardzo wysokich wytrzymalosciach, np. od 160 do 280 kg/cm* do elementów osiowo sciskanych oraz stref sciskanych elementów zginanych lub mimosrodowo sciskanych zamiast profili stalo¬ wych i pretów stalowych o najwyzszych do¬ tychczas wytrzymalosciach, np. o granicy pla¬ stycznosci 36 kg/cm2, ma bardzo powazne zna¬ czenie dla budownictwa ze wzgledu na mozli¬ wosc kilkakrotnego, cztero do osmiokrotnie mniejszego zuzycia stali przez zastapienie'pro¬ fili stalowych oraz pretów stalowych stosowa¬ nych w slupach zelbetowych drutami i struna¬ mi stalowymi o bardzo wysokich wytrzymalos¬ ciach.Podobne oszczednosci uzyskuje sie równiez i w slupach sprezonych z betonu strunowego wykonanych w mysl niniejszego wynalazku.Na przyklad slup z betonu o przeikroju 20 X 20 = 400 cm2 o wytrzymalosci slupowej 300 kg/cm2, o wstepnym sprezeniu 150 kg/cm2 przy zastosowaniu 1% stali strunowej o sredni¬ cy 1,5 mm i o wytrzymalosci 24000 kg/cm2 prze¬ nosi wedlug dotychczasowych sposobów kon¬ struowania obciazenie niszczace 400 .(300 —150) = 60000 kg, natomiast ten sam slup w przypadku pelnej wspólpracy (tej stali strunowej z betonem wedlug wynalazku umozliwia przeniesienie ob¬ ciazenia niszczace 400. (300—150) + 0,01.400. . 24000 = 60000 + 96000 = 156000 kg/cm2, a wiec obciazenie niszczace 2,6 razy wieksze pomimo zastosowania tylko przekroju 4 cm2 (1% prze¬ kroju betonu) stali strunowej.Zastosowanie cienkich drutów i strun ze stali o wysokiej i bardzo wysokiej wytrzymalosci do wytwarzania zarówno slupów i elementów scis¬ kanych, jak i elementów zginanych lub mimo¬ srodowo sciskanych z betonu sprezonego, z zel¬ betu lub z tworzywa wapienno-krzemianowego stanowi istote niniejszego wynalazku.Jezeli chodzi o slupy i elementy sciskane ze stali o wysokiej wytrzymalosci to wynalazek polega na zastapieniu w nich uzywanych do¬ tychczas profili stalowych i grubych pretów, laczonych ze soba przewiazkami stalowymi lub bezposrednio przez spawanie lub nitowanie — duza liczbe istrun lub (drutów Ize istali O wyso¬ kiej wytrzymalosci, o srednicy ponizej 3 mm, oraz na laczeniu tych strun lub drutów ze soba za pomoca masy plastycznej lub wapienno- krzemianowej wzglednie innym tworzywem, opartym na spoiwie cementowym, wapiennym lub gipsowym, które to tworzywo utrzymuje wspomniane struny lub druty w nadanym im polozeniu i przenosi na nie obciazenie, zapobie¬ gajace jednoczesnie wyboczeniu poszczególnych strun i drutów.W celu ulatwienia przeniesienia obciazen z betonu lub wspomnianych mas i tworzyw na stal o wysokiej wytrzymalosci i malej srednicy czyli dla zapewnienia pelnej wspólpracy strun i drutów z betonem lub inna masa w której sa zatopione az do osiagniecia granicy wytrzyma¬ losci stali równoczesnie lub przed osiagnieciem wytrzymalosci masy przenoszacej obciazenia na stal — drutom tym i strunom nadaje sie postac skretowych zwitek lub tez postac falowana.W tym celu mozna równiez stosowac cienkie druty i struny ó specjalnie szorskiej powierzch¬ ni uzyskiwanej np. przez chemiczne wytrawia¬ nie na calej dlugosci. Wspomniana wspólprace mozna takze osiagnac przez nadanie strunom i drutom specjalnego profilu lub przez skrece¬ nie cienkich pretów z drutów o przekroju kwadratowym lub zaopatrzenie tych drutów w naciecia, zaglebienia lub wystepy lub wresz¬ cie przez zastosowanie strun lub drutów o zhiniejszonym przekroju poprzecznym, wywola¬ nym np. przez naciagnieciem tych strun przed stwardnieniem masy.Powyzsze sposoby zwiekszenia przyczepnosci strun i drutów do otaczajacej ich masy moga byc stosowane zarówno lacznie jak i osobno.To zwiekszenie przyczepnosci zapewnia pelna wspólprace przekroju stali i przekroju tworzy¬ wa, w którym ta stal jest zatopiona, przy wa¬ runku, ze tworzywo to wykazuje znaczne od¬ ksztalcenia plastyczne. Do takich wlasnie two¬ rzyw naleza wszystkie materialy wykonane przy uzyciu powyzej juz wymienionych spoiw, #jak równiez wiekszosc mas plastycznych.Przy zastosowaniu strun sprezonych, w któ¬ rych naprezenia rozciagajace sa utrzymywane przez mase, uzyskuje sie dodatkowe zwieksze¬ nie przyczepnosci strun do masy, dzieki zmniej¬ szeniu przekroju poprzecznego strun, a tym samym i zwiekszenie tarcia miedzy strunami i masa np. betonem. .W slupie ze strunami o zwiekszonej przyczep¬ nosci, w którym struny sa ponadto sprezone, w poczatkowym okresie obciazania pracuje ma¬ sa, np. beton, oraz stal o naprezeniach rozcia¬ gajacych, zmniejszajacych sie w miare-zwiek¬ szenia obciazen az do wartosci zerowej i prze¬ chodzacych nastepnie w naprezenia sciskajace.Nosnosc takiego slupa jest wieksza niz same nosnosci masy i stali niesprezonej, dzieki pra¬ cy stali nie tylko w fazie przenoszenia napre¬ zen sciskajacych, lecz takze i w fazie, gdy w stali trwaja naprezenia rozciagajace, tj. w po¬ czatkowym okresie obciazenia. Wykorzystanie sprezajacych naprezen rozciagajacych stali strunowej jest zapewnione dzieki calkowitej przyczepnosci strun do masy oraz przez wy¬ trzymalosc tej masy, stawiajacej opór odksztal¬ ceniom poprzecznym stali naciagnietej, która to stal nie moze powrócic do swej pierwotnej po¬ staci, posiadanej przed sprezeniem.Slupy i elementy sciskane wstepnie sprezone ze stali o wysokiej wytrzymalosci, wykonane powyzej opasanym sposobem róznia sie zatym zasadniczo od slupów z betonu sprezonego, po¬ niewaz podczas gdy w tych ostatnich zadanieib stali jest sprezenie sciskajace beton, w celu umozliwienia przeniesienia przez beton pewnych naprezen rozciagajacych, przy czym stal spre¬ zajaca beton nie wspólpracuje przy obciazeniach niszczacych, to w slupie lub elemencie sciska¬ nym wedlug wynalazku wstepne naciagniecie strun i drutów uskuteczniane przed ich zato¬ pieniem w betonie lub. w innym tworzywie, uskutecznia sie w celu zmniejszania przekroi poprzecznych odnosnych strun i drutów, uzy¬ skujac przez to zwiekszenie przyczepnosci na¬ ciagnietych stali do otaczajacego ich tworzywa . oraz dla wywolania w nich naprezen rozciaga¬ jacych, które powiekszaja obciazenie przenoszo¬ ne przez stal, wskutek czego stal wstepnie spre¬ zona przenosi w slupie wieksza sile anizeli stal niesprezona.Jak juz wspomniano wynalazkiem sa objete równiez elementy zginane lub mimosrodowo sciskane, wykonane ze sprezonego betonu, z zel¬ betu lub z tworzywa wapienno-fcrzemianowego.Elementy te róznia sie od znanych tym, ze za¬ stapiono w nich dotychczas stosowane w ele¬ mentach tego rodzaju zbrojenie ze stali zwyklej o niskiej wytrzymalosci w strefie sciskanej dla zwiekszenia jej nosnosci wstepnie sprezone lub niesprezone struny lub druty o wysokiej wy¬ trzymalosci i o zwiekszonej przyczepnosci, na¬ dajac im powyzej omówiony specjalny ksztalt w postaci zwitek, w postaci falowan itp., a to w celu osiagniecia pelnej wspólpracy tego ro¬ dzaju stali z betonem lub innym tworzywem oraz dla wytworzenia w stali naprezen równych jej wytrzymalosci i tym samym znacznego zwiekszenia momentu niszczacego lub obciaze¬ nia niszczacego elementów zginanych lub mi¬ mosrodowo sciskanych.Przy wykonaniu slupów i clejnentów icifk*- nych sposobem wedlug wynalatlfu, tj. przy za¬ topieniu w betonie, masie wapienno-krzemiano- wej (silikatowej), gipsowej lub innym tworzy¬ wie opartym na spoiwie cementowym, wapien¬ nym, gipsowym, wzglednie w masie plastycznej cienkich drutów i strun ze stali o wysokiej lub bardzo wysokiej wytrzymalosci — uzyskuje sie pelne przejmowanie sil zewnetrznych oraz przekazanie tych sil na stal strun lub drutów badz w calosci, feadz tez w czesci zdolnej do przejecia przez przekrój tej stali przy napre¬ zeniu równym wytrzymalosci odnosnej stali, jak równiez osiaga sie usztywnienie wiotkich strun i drutów, zapobiegajace wyboczeniu sie ich na calej dlugosci slupa lub elementu sciska¬ nego.Slupy wykonane sposobem wedlug wynalazku z zatopionych w masie strun i drutów o zwiek¬ szonej przyczepnosci, wykazuja wielkie zalety w porównaniu z normalnymi slupami stalowy¬ mi i zelbetowymi, z których najwazniejsza jest powazna oszczednosc na zuzyciu stali zwyklej.Zamiiast bowiem stali zwyklej np o granicy plastycznosci 23 kg/mm2 decydujacej (w stali miekkiej) o nosnosci stali i o naprezeniach do¬ puszczalnych np. 14 kg/mmf, mozna zastosowac twarda stal strunowa o najwyzszych nawet wy- trzymalosciach np. o wytrzymalosci 280 kg/mm* decydujacej (w stali twardej) o nosnosci i o na¬ prezeniach dopuszczalnych np. 140 do 170 kg/mm2.Przez zastosowanie tego rodzaju stali o bar¬ dzo wysokiej wytrzymalosci i o przeszlo 10 ra¬ zy wiekszych naprezeniach dopuszczalnych osia¬ ga sie okolo 10 razy mniejsze zuzycie stali.Oszczednosci tego rzedu w zuzyciu stali osia¬ ga sie dotychczas tylko w elementach zginanych z betonu sprezonego. Przy zastosowaniu spo¬ sobu wynalazku osiaga sie analogiczne oszczed¬ nosci w zuzyciu stali takze i w slupach, przy czym niekiedy osiaga sie wieksze nawet oszczed¬ nosci niz w elementach strunobetonowych zgi¬ nanych i to czesto bez koniecznosci sprezenia betonu slupa. PL