RU2117120C1

RU2117120C1 - Strengthened beam of reinforced span structure

Info

Publication number: RU2117120C1
Application number: RU96120051A
Authority: RU
Inventors: Б.В. Накашидзе; И.И. Ушаков
Original assignee: Воронежская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: construction engineering. SUBSTANCE: this relates to construction of industrial and civic buildings and also to erection of transport structures in the form of bridge-type objects. Strengthening of beam is needed for increasing load-bearing capacity of structure by way of creating compression and increasing degree of compression together with retaining effect of prestressing. Essence of strengthening consists in structural system which contains rigid reinforcing member. Located in space of this member is flexible reinforcement which by its ends is secured in lateral fastening disks seated in rigid reinforcing member. Pivotally attached to external surface of reinforcing member by their one ends are inclined tie-rods. Other ends of tie-rods converging in unit are connected to anchoring device which is installed on beam section close to supports. Amount of flexible reinforcement inside space of rigid reinforcing member can vary depending on extension of span to be bridged and character of applying external load. Aforesaid arrangement allows for varying rigidity of combination reinforcement together with protection of prestressed reinforcement from corrosion and mechanical damage. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для усиления пролетных балок промышленных и гражданских зданий, а также действующих мостовых конструкций. The invention relates to construction and can be used to strengthen the span beams of industrial and civil buildings, as well as existing bridge structures.

Известны конструктивные решения по усилению пролетных мостовых балок напрягаемыми арматурными пучками [1]. Однако такие технические решения не дают возможности выполнять усиление пролетных балок при действующей транспортной нагрузке, создаются сложности создания предварительного напряжения с последующей защитой от коррозии напрягаемых пучков арматуры и бетона. Known design solutions for strengthening span bridge beams with prestressed reinforcing beams [1]. However, such technical solutions do not make it possible to reinforce span beams under the current transport load; difficulties are created in creating prestressing and subsequent corrosion protection of prestressed beams of reinforcement and concrete.

Наиболее близкой к изобретению по совокупности признаков является усиленная балка железобетонного пролетного строения, преимущественно моста, включающая плиту с ребром и металлическую систему усиления в виде напрягаемых продольных стержней, наклонных тяг, крепежных устройств и пластин, снабженных объемлющими нижние и концевые участки стенки обоймами U-образного сечения [2]. Closest to the invention in terms of features is a reinforced beam of reinforced concrete span, mainly a bridge, including a plate with a rib and a metal reinforcement system in the form of tensile longitudinal rods, inclined rods, fasteners and plates equipped with U-shaped clips enclosing the lower and end sections of the wall sections [2].

В известном техническом решении напрягаемые стержни и наклонные тяги позволяют осуществить эффект предварительного напряжения. In the known technical solution, the tensioned rods and inclined rods allow the effect of prestressing to be realized.

Однако использование такого технического решения по усилению балочных конструкций является сложным и неэффективным по причине рассредоточенного удаления напрягаемых стержней от нижней, наиболее напряженной грани балки, что создает определенные сложности создания предварительного напряжения по высоте сечения конструкции. However, the use of such a technical solution for reinforcing beam structures is complex and ineffective due to the dispersed removal of the tensioned rods from the lower, most stressed edge of the beam, which creates certain difficulties in creating prestress along the height of the structural section.

Большие трудности возникают в практике реконструкции при необходимости создавать и контролировать величину натяжения в наклонных напрягаемых тягах. Great difficulties arise in the practice of reconstruction if it is necessary to create and control the amount of tension in inclined tension rods.

Предлагаемое техническое решение крепления напрягаемой арматуры на указанные упоры усложняет процесс натяжения стержней и не представляется возможным применение известных домкратов двойного действия. The proposed technical solution for fastening prestressed reinforcement to the indicated stops complicates the process of tensioning the rods and it is not possible to use known double-acting jacks.

Задача изобретения - создание и повышение степени обжатия и сохранения эффекта преднапряжения в конструкции, обеспечение прямой взаимосвязи между продольной напрягаемой арматурой и наклонными тягами, варьирование жесткостью напрягаемой арматуры и степенью предварительного напряжения, а также защитой напрягаемой арматуры от коррозии, механических повреждений. The objective of the invention is to create and increase the degree of compression and preservation of the effect of prestressing in the structure, ensuring a direct relationship between the longitudinal tensile reinforcement and the inclined rods, varying the rigidity of the prestressing reinforcement and the degree of prestressing, as well as protecting the tensile reinforcement from corrosion, mechanical damage.

Технический результат достигается за счет комбинированного совмещения жесткой арматуры в виде полого длинномерного элемента и гибких предварительно натянутых продольных стержней, расположенных в полости, а благодаря стыковке по длине жесткого арматурного элемента появляется возможность варьирования жесткостью комбинированного армирования, при этом отсутствие ограничений совместного перемещения наклонных тяг и продольных напрягаемых стержней позволяет упростить процесс предварительного напряжения наклонных тяг и контроль величины их натяжения. Выполнение комбинации совмещения полого жесткого арматурного элемента и гибкой высокопрочной арматуры обеспечивает надежную защиту напрягаемых продольных стержней от коррозии, перепада температур, механических повреждений и т.д. The technical result is achieved due to the combined combination of rigid reinforcement in the form of a hollow long element and flexible pre-tensioned longitudinal rods located in the cavity, and due to joining along the length of the rigid reinforcing element, it becomes possible to vary the rigidity of the combined reinforcement, while there is no restriction on the joint movement of inclined rods and longitudinal prestressed rods allows you to simplify the process of prestressing inclined rods and control led ins their tension. Performing a combination of combining a hollow rigid reinforcing element and flexible high-strength reinforcement provides reliable protection of tensile longitudinal rods against corrosion, temperature differences, mechanical damage, etc.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что усиленная балка железобетонного пролетного строения, преимущественно моста, включающая плиту с ребром и металлическую систему усиления в виде напрягаемых продольных стержней, наклонных тяг, крепежных устройств и пластин, отличается от прототипа тем, что система усиления балки снабжена жестким арматурным элементом, выполненным в виде прилегающих к нижней части ребра по крайней мере одной или двух труб с поперечными крепежными дисками, в полости которых расположены напрягаемые продольные стержни, закрепленные своими концами к поперечным крепежным дискам, а элементы крепления выполнены в виде анкерных устройств, попарно соосно установленных с противоположных сторон ребра в верхних приопорных его частях и соединенных с верхними, сходящимися в узел концами наклонных тяг, шарнирно связанных своими противоположными концами с наружной поверхностью жесткого арматурного элемента, начиная от краев к его срединной части, с шагом, равным 1/4 - 1/7 перекрываемого пролета, при этом наклонные тяги выполнены переменной длины, уменьшающейся к концам балки, а пластины укреплены к трубам жесткого арматурного элемента, при этом количество расположенных в трубе напрягаемых продольных стержней в срединной части балки превышает количество соответствующих стержней, расположенных в краевых частях балки, а анкерные устройства шарнирно установлены с возможностью вращения на осях, закрепленных в ребре балки. The essence of the invention lies in the fact that the reinforced beam of reinforced concrete spans, mainly a bridge, including a plate with a rib and a metal reinforcement system in the form of tensile longitudinal rods, inclined rods, fasteners and plates, differs from the prototype in that the beam reinforcement system is equipped with a rigid a reinforcing element made in the form of at least one or two pipes adjacent to the lower part of the rib with transverse mounting discs, in the cavities of which are tensioned native rods fixed at their ends to the transverse mounting discs, and the fastening elements are made in the form of anchor devices, paired coaxially mounted on opposite sides of the rib in its upper support parts and connected to the upper converging ends of the inclined rods pivotally connected at their opposite ends to the outer surface of the rigid reinforcing element, starting from the edges to its middle part, with a step equal to 1/4 - 1/7 of the span to be covered, while the inclined rods are made of variable length, smaller to the ends of the beam, and the plates are fixed to the pipes of the rigid reinforcing element, while the number of tensioned longitudinal rods located in the pipe in the middle part of the beam exceeds the number of corresponding rods located in the edge parts of the beam, and the anchor devices are pivotally mounted for rotation on axes fixed in the edge of the beam.

Выполнение системы усиления балки комбинацией совмещения жесткой и гибкой арматуры позволяет повысить степень обжатия и эффект преднапряжения всей конструкции, при этом наклонные тяги, связанные концами с наружной поверхностью жесткого арматурного элемента, создают эффект обратного выгиба балки, противоположного прогибу от внешней нагрузки. Величина обратного выгиба находится в прямой зависимости от степени предварительного напряжения продольной гибкой арматуры, при этом жесткий арматурный элемент работает на сжатие, а гибкие продольные стержни и наклонные тяги - на растяжение. Величина предварительного напряжения контролируется по всей системе усиления гидравлическим домкратом двойного действия. Что характерно, жесткий арматурный элемент после фиксации натянутых продольных стержней (гибкой арматуры) и закрепления их к поперечным крепежным дискам работает по принципу домкрата двойного действия. The implementation of the beam reinforcement system by combining rigid and flexible reinforcement allows to increase the degree of compression and the effect of prestressing the entire structure, while the inclined rods connected by the ends to the outer surface of the rigid reinforcing element create the effect of the beam back deflection, opposite to the deflection from the external load. The magnitude of the reverse bending is directly dependent on the degree of prestressing of the longitudinal flexible reinforcement, while the rigid reinforcing element works in compression, and the flexible longitudinal bars and inclined rods in tension. The amount of prestressing is monitored throughout the amplification system by a double-acting hydraulic jack. What is characteristic, a rigid reinforcing element after fixing the stretched longitudinal rods (flexible reinforcement) and fixing them to the transverse mounting discs works on the principle of a double-acting jack.

Благодаря жесткому арматурному элементу обеспечивается надежная защита напрягаемых продольных стержней от коррозии, перепада температур, механических повреждений, открываются возможности использования высокопрочных низкомодульных армирующих материалов типа стеклопластиковой и других видов арматуры, которые позволяют выполнять еще роль и компенсаторов, а это значит - длительно сохранять эффект преднапряжения. Due to the rigid reinforcing element, reliable protection of the tensioned longitudinal bars against corrosion, temperature differences, mechanical damage is ensured, the possibilities of using high-strength low-modulus reinforcing materials such as fiberglass and other types of reinforcement, which also allow for the role of expansion joints, and this means to preserve the pre-stress effect for a long time, are provided.

На фиг. 1 изображена усиленная балка, пролетного строения, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (арматурный элемент выполнен в виде двух труб); на. фиг. 3 - то же, для арматурного элемента в виде одной трубы; на фиг. 4 - вариант выполнения арматурного элемента с одинаковой жесткостью, когда количество напрягаемых продольных стержней в трубе одинаковое; на фиг. 5 - то же, с разной жесткостью, количество напрягаемых продольных стержней в срединной части превышает количество краевых; на фиг. 6 - вариант выполнения арматурного элемента с разной жесткостью; на фиг. 7 - изображен фрагмент Б на фиг. 1, крепление наклонных тяг к анкерному устройству; на фиг. 8 - вариант крепления наклонной тяги к наружной поверхности жесткого арматурного элемента; на фиг. 9 - фрагмент крепления U-образного упора к жесткому арматурному элементу и вариант крепления наклонных тяг. In FIG. 1 shows a reinforced beam, span, general view; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1 (the reinforcing element is made in the form of two pipes); on the. FIG. 3 - the same for a reinforcing element in the form of a single pipe; in FIG. 4 is an embodiment of a reinforcing element with the same stiffness when the number of strained longitudinal rods in the pipe is the same; in FIG. 5 - the same, with different stiffness, the number of strained longitudinal rods in the middle part exceeds the number of edge ones; in FIG. 6 is an embodiment of a reinforcing element with different stiffness; in FIG. 7 - fragment B is shown in FIG. 1, fastening the inclined rods to the anchor device; in FIG. 8 - an option for attaching an inclined rod to the outer surface of a rigid reinforcing element; in FIG. 9 is a fragment of the fastening of the U-shaped emphasis to the rigid reinforcing element and the option of attaching the inclined rods.

Усиленная балка пролетного строения 1 содержит жесткий арматурный элемент 2, выполненный из труб 3, состыкованных по длине при помощи поперечных крепежных дисков 4, а в полости труб 3 расположены напрягаемые продольные стержни 5, прикрепленные концами при помощи анкеров 6. К наружной поверхности жесткого арматурного элемента 2, начиная от концов к его срединной части, с шагом, равным 1/4 - 1/7 перекрываемого пролета, шарнирно присоединены наклонные тяги 7 переменной длины, верхние концы которых сходятся в узел и крепятся к анкерному устройству 8, установленному и закрепленному в отверстии 9 в концевой верхней части балки 1 попарно соосно с противоположных боковых сторон ребра. К жесткому арматурному элементу 2 с шагом, равным шагу мест крепления наклонных тяг, прикреплены пластинчатые U-образные упоры 10 с возможностью перемещения вдоль нижней грани балки 1 при помощи антифрикционных прокладок 11, укрепленных на внутренней, соприкасающейся с балкой 1 плоскости упора 10. The reinforced span beam 1 contains a rigid reinforcing element 2 made of pipes 3 joined along the length by means of transverse mounting discs 4, and in the cavity of the pipes 3 there are tensioned longitudinal rods 5 attached by their ends with anchors 6. To the outer surface of the rigid reinforcing element 2, starting from the ends to its middle part, with a step equal to 1/4 - 1/7 of the span to be blocked, inclined rods 7 of variable length are pivotally connected, the upper ends of which converge into a knot and are attached to the anchor device 8, installed and fixed in the hole 9 in the end upper part of the beam 1 pairwise coaxially from opposite sides of the ribs. To the rigid reinforcing element 2 with a step equal to the step of the attachment points of the inclined rods, lamellar U-shaped stops 10 are attached with the ability to move along the lower edge of the beam 1 with antifriction gaskets 11, mounted on the inner plane of the stop 10 in contact with the beam 1.

Сборку каркаса, усиления балки производят следующим образом. Первоначально в балке 1 на концевых участках 6 верхней части ребра под плитой высверливается сквозное отверстие 9 (расстояние от торца балки до оси сквозного отверстия принимается исходя из условий технологии высверливания и не менее половины высоты балки). Затем определяется требуемая длина жесткого арматурного элемента 2 таким образом, чтобы его середина совпадала с половиной дины балки 1 и чтобы угол наклона крайних, ближе к опоре, наклонных тяг 7 не превышал 45^o относительно продольной оси арматурного элемента 2. Жесткий арматурный элемент 2 собирают из отдельных секций 3 путем стыковки при помощи поперечных крепежных дисков 4 и высокопрочных болтов (не показаны), причем стыковку осуществляют таким образом, чтобы между поперечными крепежными дисками 4 был временный зазор не менее 50 мм, необходимый для последующего натяжения наклонных тяг 7 при помощи стяжных высокопрочных болтов. Затем к арматурному элементу 2 шарнирно присоединяют тяги 7 (фиг. 8), противоположные концы которых имеют анкера 6, пропускают продольные стержни 5 в полости труб 3, причем противоположные концы продольных стержней 5 также имеют анкера 6 на конце арматурного элемента 2. Анкера 6 на концевых участках продольных стержней 5 и наклонных тяг 7 по конструктивному решению принципиально не отличаются.The assembly of the frame, beam reinforcement is as follows. Initially, in the beam 1, at the end sections 6 of the upper part of the rib, a through hole 9 is drilled under the plate (the distance from the end of the beam to the axis of the through hole is taken based on the conditions of the drilling technology and at least half the height of the beam). Then, the required length of the rigid reinforcing element 2 is determined so that its middle coincides with the half of the beam 1 and so that the angle of inclination of the extreme, closer to the support, inclined rods 7 does not exceed 45 ^o relative to the longitudinal axis of the reinforcing element 2. The rigid reinforcing element 2 is assembled from individual sections 3 by docking with transverse mounting discs 4 and high strength bolts (not shown), and the docking is carried out so that between the transverse mounting discs 4 there is a temporary clearance of at least 50 mm, it is necessary dimenable for subsequent tensioning of the inclined rods 7 by means of high-tension coupling bolts. Then, rods 7 (Fig. 8) are pivotally attached to the reinforcing element 2, the opposite ends of which have an anchor 6, longitudinal rods 5 are passed in the cavity of the pipes 3, and the opposite ends of the longitudinal rods 5 also have an anchor 6 at the end of the reinforcing element 2. Anchor 6 on the end sections of the longitudinal rods 5 and the inclined rods 7 do not fundamentally differ in the design solution.

Количество продольных стержней 5 способ их размещения в арматурном элементе 2 могут быть многовариантными ( фиг. 4 и 5) и зависят от требуемой жесткости и длины перекрываемого пролетного строения, характера разрушения эксплуатируемых балок, способа их загружения внешней нагрузкой. The number of longitudinal rods 5, the method of their placement in the reinforcing element 2 can be multivariate (Fig. 4 and 5) and depend on the required stiffness and length of the span to be blocked, the nature of the destruction of the operated beams, the method of loading them with an external load.

Свободными от анкеров 6 остаются те концы продольных стержней, на которые будут устанавливать и крепить домкрат натяжной для создания предварительного напряжения арматурного элемента 2. The ends of the longitudinal rods, on which the tensioning jack will be installed and fastened to create prestressing of the reinforcing element 2, remain free from anchors 6.

После выполнения всех подготовительных технологических операций осуществляют подъем арматурного каркаса, состоящего из жесткого арматурного элемента 2, в полости которого расположены продольные стержни 5, наклонных тяг 7, U-образных упоров 10, на высоту низа пролетного строения 1. Затем в опорных местах балок 1, где высверлены сквозные отверстия 9, устанавливают анкерное устройство 8, за которое и крепят наклонные тяги 7 (фиг. 1 и 7). После осуществления "подвески" всего арматурного каркаса выполняют предварительное напряжение наклонных тяг 7 путем стягивания труб 3 болтами. Величина предварительного напряжения тяг 7 не превышает 0,2 - 0,5 контролируемого расчетного усилия натяжения. После этого приступают к установке домкрата, его закреплению со свободным концом продольных стержней 5 и последующему предварительному напряжению всей арматурной системы каркаса на требуемую расчетную величину контролируемого напряжения, а затем и анкеровке гибкой продольной арматуры 5. After performing all preparatory technological operations, the reinforcing cage is raised, consisting of a rigid reinforcing element 2, in the cavity of which longitudinal rods 5, inclined rods 7, U-shaped stops 10 are located, to the height of the bottom of the span 1. Then, in the bearing places of the beams 1, where the through holes 9 are drilled, an anchor device 8 is installed, behind which the inclined rods 7 are fixed (Figs. 1 and 7). After the implementation of the "suspension" of the entire reinforcing cage, the preliminary tension of the inclined rods 7 is performed by tightening the pipes 3 with bolts. The magnitude of the prestressing rods 7 does not exceed 0.2 - 0.5 of the controlled design tension force. After that, they begin to install the jack, secure it with the free end of the longitudinal rods 5 and the subsequent prestressing of the entire reinforcing system of the frame by the required rated value of the controlled voltage, and then anchoring the flexible longitudinal reinforcement 5.

Арматурный каркас усиления балки работает следующим образом. The reinforcing frame reinforcing the beam works as follows.

При натяжении при помощи домкрата продольных стержней 5 гибкой арматуры домкрат работает по принципу двойного действия, в результате сжимается жесткий арматурный элемент 2, и предварительно напрягаются продольные стержни 5. При сжатии арматурного элемента 2 наклонные тяги 7 дополнительно напрягаются, и в результате образуется обратный выгиб балки 1 благодаря внутреннему изгибающему моменту, противоположному по знаку моменту от собственного веса балки 1 и внешней нагрузки. When tensioning with a jack of the longitudinal rods 5 of the flexible reinforcement, the jack operates on the principle of double action, as a result, the rigid reinforcing element 2 is compressed and the longitudinal rods are pre-stressed 5. When the reinforcing element 2 is compressed, the inclined rods 7 are additionally strained, and as a result, the beam is bent back 1 due to the internal bending moment, the opposite in sign moment from the dead weight of the beam 1 and the external load.

Изобретение позволяет повысить степень обжатия и эффект предварительного напряжения благодаря комбинированному совмещению жесткой арматуры в виде полого длинномерного элемента и гибких продольных стержней, расположенных в полости. Жесткий арматурный элемент первоначально сжимается в момент предварительного напряжения /растяжения/ гибких продольных стержней, в то время как наклонные тяги стремятся его растягивать. При действии внешней нагрузки через систему наклонных тяг жесткий арматурный элемент претерпевает изменение нормальных напряжений от сжатия до растяжения, а этому препятствуют реактивные усилия в гибкой арматуре, находящейся в его полости. The invention allows to increase the degree of compression and the effect of prestressing due to the combined combination of rigid reinforcement in the form of a hollow lengthy element and flexible longitudinal rods located in the cavity. A rigid reinforcing element initially contracts at the moment of prestressing / tension / flexible longitudinal rods, while inclined rods tend to stretch it. Under the action of an external load through a system of inclined rods, a rigid reinforcing element undergoes a change in normal stresses from compression to tension, and this is prevented by reactive forces in the flexible reinforcement located in its cavity.

Таким образом, появляются большие возможности варьирования жесткостью комбинированного армирования. Совместная взаимосвязь наклонных тяг и продольного арматурного элемента позволяет упростить процесс предварительного напряжения балки, а также наклонных тяг и контроль величины их натяжения. Надежная защита напрягаемых продольных стержней от коррозии, перепада температур, механических повреждений благодаря полому жесткому арматурному элементу позволяет использовать новые виды армирующих материалов, обладающих высокой прочностью. Так например, использование высокопрочной низкомодульной стеклопластиковой арматуры позволит получить дополнительный эффект, заключающийся в значительном уменьшении потерь предварительного напряжения, так как низкомодульность выполняет роль компенсатора релаксации. Thus, there are great opportunities for varying the stiffness of the combined reinforcement. The joint relationship of the inclined rods and the longitudinal reinforcing element allows to simplify the process of prestressing the beam, as well as inclined rods and control the magnitude of their tension. Reliable protection of prestressed longitudinal rods against corrosion, temperature differences, mechanical damage due to the hollow rigid reinforcing element allows the use of new types of reinforcing materials with high strength. For example, the use of high-strength low-modulus fiberglass reinforcement will provide an additional effect consisting in a significant reduction in prestress losses, since low-modulus plays the role of a relaxation compensator.

Изобретение может быть использовано также для усиления сжатоизогнутых стержней типа опоры, колонны и т.п., а также в составных сечениях изгибаемых бимодульных конструкциях, например в деревобетонных мостовых балках. The invention can also be used to reinforce compressed-curved rods such as supports, columns, etc., as well as in composite sections of bent bimodule structures, for example, in wood-concrete bridge beams.

Claims

1. Reinforced beam reinforced concrete span, mainly a bridge, including a plate with a rib and a metal reinforcement system in the form of tensile longitudinal rods, inclined rods, fasteners and plates, characterized in that the metal reinforcement system of the beam is equipped with rigid reinforcing elements made in the form of adjacent to the lower part of the rib of at least one or two pipes with transverse mounting discs, in the cavity of which are located tensile longitudinal rods, fixed with their ends to transverse mounting discs, and the mounting elements are made in the form of questionnaire devices, pairwise coaxially mounted on opposite sides of the rib in its upper supporting parts and connected to the upper ends converging into a knot of the inclined rods pivotally connected with their opposite ends to the outer surface of the rigid reinforcing element, starting from the edges to its middle part with a step equal to 1/4 - 1/7 of the span to be covered, while the inclined rods are made of variable length, decreasing to the ends of the beam, and the plates are fixed to pipes of a rigid reinforcing element.

2. The beam according to claim 1, characterized in that the number of tensioned longitudinal rods located in the pipe in the middle of the beam exceeds the number of corresponding rods located in the edge parts of the beam.

3. The beam according to claim 1, characterized in that the anchor devices are pivotally mounted rotatably on axes fixed in the edge of the beam.