RU2313641C2

RU2313641C2 - Reinforcement member

Info

Publication number: RU2313641C2
Application number: RU2005138071/03A
Authority: RU
Inventors: Борис Васильевич Накашидзе (RU); Борис Васильевич Накашидзе; Павел Борисович Березин (RU); Павел Борисович Березин; Виталий Геннадьевич Сазыкин (RU); Виталий Геннадьевич Сазыкин
Original assignee: Борис Васильевич Накашидзе; Павел Борисович Березин; Виталий Геннадьевич Сазыкин
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-12-27
Also published as: RU2005138071A

Abstract

FIELD: construction, particularly members specially adapted to be used in pre-stressed constructions, namely to compensate losses of reinforcement pre-stressing.

SUBSTANCE: reinforcement member comprises end anchors and resilient compensators made as annular members and distributed at predetermined intervals along reinforcement member length. The annular members are formed of bent strips with concavities facing each other and define cavities to receive additional members. The additional members are made of bent strips with opposite concavities and convexities. Reinforcement member is bent along sinusoidal line described by the following equation: y=Sin x±1 relatively longitudinal axis of reinforcement member and is intercepted with retaining rings. Distance between adjacent compensators is equal to 2πn. Bent strips of compensator may have varying cross-sections increasing from compensator ends to mid-length part thereof.

EFFECT: increased load-bearing ability, increased operational reliability under any loads, increased duration of reactive force potential energy conservation and extended range of reinforcement member usage.

8 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к арматурным элементам, предназначенным для применения в предварительно напряженных строительных конструкциях.The invention relates to the field of construction, namely to reinforcing elements intended for use in prestressed building structures.

Известно конструктивное решение арматурного элемента, используемого для компенсации потерь предварительного напряжения в арматуре строительных конструкций из низкомодульных материалов, взаимодействующего, по меньшей мере, с одним концом арматуры, имеющей концевой анкер и поперечную пластину с компенсаторами в виде попарно расположенных изогнутых полос в корпусе элемента [1]. Однако такое техническое решение не обеспечивает достаточного эффекта предварительного напряжения строительной конструкции от напрягаемой арматуры по причине малых реактивных сил обжатия конструкций.A known structural solution of the reinforcing element used to compensate for the loss of prestressing in the reinforcement of building structures made of low-modulus materials interacting with at least one end of the reinforcement having an end anchor and a transverse plate with compensators in the form of pairwise arranged curved strips in the element casing [1 ]. However, this technical solution does not provide a sufficient effect of the prestressing of the building structure from the prestressed reinforcement due to the small reactive forces of the compression structures.

Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является арматурный элемент для сохранения длительного эффекта предварительного напряжения в арматуре и увеличения реактивных сил для обжатия строительной конструкции из низкомодульного материала, содержащий арматуру, взаимодействующую по длине с упругими компенсаторами в виде пустотелых элементов выпукло-вогнутого замкнутого контура [2].The closest set of features to the invention is a reinforcing element for maintaining the long-term effect of prestressing in the reinforcement and increasing reactive forces for compressing the building structure from low-modulus material, containing reinforcement that interacts along the length with elastic compensators in the form of hollow elements of a convex-concave closed loop [2 ].

В известном техническом решении упругие компенсаторы в виде пустотелых элементов выпукло-вогнутого замкнутого контура, взаимодействующих с напрягаемой арматурой по длине, позволяют длительно сохранить эффект преднапряжения в конструкции, а также увеличить реактивные силы благодаря суммированию сил обжатия компенсаторов. Однако использование таких арматурных элементов для создания и сохранения длительного эффекта преднапряжения в несущих балочных конструкциях показало на недостаточную несущую способность и изгибную жесткость компенсаторов потерь предварительного напряжения в арматуре. Это указывает на то, что запас потенциальной энергии в компенсаторах недостаточен для сохранения требуемого эффекта предварительного напряжения в арматуре. Выполненные натурные испытания арматурных элементов, содержащих пустотелые элементы выпукло-вогнутого очертания, и оценка их напряженно-деформированного состояния показали, что выпукло-вогнутое очертание упругих компенсаторов значительно увеличивает их деформативность, снижается прочность сечения в зоне выпуклого участка от максимального изгиба. Увеличение поперечного сечения элемента способствует увеличению общих размеров всего контурного очертания компенсаторов, что не всегда желательно при проектировании балочных пролетных строений. Переплетение арматурных стержней между соседними компенсаторами приводит к неравномерному перераспределению реактивных усилий от компенсаторов за счет возникающих сил трения между арматурными стержнями в местах перехлеста.In the known technical solution, elastic expansion joints in the form of hollow elements of a convex-concave closed loop, interacting with prestressed reinforcement in length, allow for a long-term preservation of the prestressing effect in the structure, and also to increase reactive forces due to the summation of the compression forces of the expansion joints. However, the use of such reinforcing elements to create and maintain a long-term effect of prestressing in load-bearing beam structures showed insufficient bearing capacity and bending stiffness of compensators for prestress losses in reinforcement. This indicates that the potential energy reserve in the compensators is insufficient to maintain the required pre-stress effect in the reinforcement. The performed full-scale tests of reinforcing elements containing hollow elements of a convex-concave shape, and an assessment of their stress-strain state showed that the convex-concave shape of elastic compensators significantly increases their deformability, and the section strength in the zone of the convex section decreases from maximum bending. An increase in the cross section of the element contributes to an increase in the overall dimensions of the entire contour outline of the compensators, which is not always desirable when designing beam spans. The interweaving of reinforcing bars between adjacent expansion joints leads to an uneven redistribution of reactive forces from the compensators due to the arising friction forces between the reinforcing bars in the places of overlap.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение несущей способности компенсатора, увеличение запаса потенциальной энергии реактивных сил для всей напрягаемой арматурной системы, обеспечение гарантированной надежности его работы при любых видах нагрузок, а также расширение области использования.The problem to which the invention is directed is to increase the bearing capacity of the compensator, increase the potential energy reserve of the reactive forces for the entire prestressed reinforcing system, ensure guaranteed reliability of its operation under all types of loads, and also expand the scope of use.

Технический результат достигается за счет использования упругих свойств кольцевого замкнутого контура и упругих элементов разнообразной конструктивной формы, расположенных в его полости, обладающих значительной упругостью и нелинейным характером деформирования; возможности изменения схемы чередования конструктивных решений упругих элементов по длине арматурного элемента; варьирования поперечным сечением изогнутых полос кольцевого замкнутого контура и упругих элементов, расположенных в его полости, а также использования фиксирующих колец, позволяющих перехватывать арматурные стержни между соседними компенсаторами с возможностью свободного их перемещения по длине арматурного элемента, значительного снижения сил трения в местах сопряжения арматурных стержней. Таким образом, создаются большие реактивные силы и потенциальный запас энергии для сохранения длительного эффекта и гарантированного преднапряжения в арматурном элементе, а также достигаются высокие демпфирующие свойства, сохраняющиеся длительно во времени при действии как динамических, так и пульсирующих нагрузок.The technical result is achieved through the use of the elastic properties of an annular closed loop and elastic elements of various structural forms located in its cavity, which have significant elasticity and non-linear character of deformation; the possibility of changing the alternation pattern of structural solutions of elastic elements along the length of the reinforcing element; varying the cross section of the curved stripes of the annular closed loop and elastic elements located in its cavity, as well as the use of fixing rings that allow you to intercept the reinforcing bars between adjacent expansion joints with the possibility of their free movement along the length of the reinforcing element, a significant reduction in the friction forces at the junctions of the reinforcing bars. Thus, large reactive forces and a potential energy reserve are created to maintain a long-lasting effect and guaranteed prestressing in the reinforcing element, and high damping properties are achieved that persist for a long time under the action of both dynamic and pulsating loads.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в арматурном элементе, содержащем арматуру с концевыми анкерами, изогнутую по синусоиде и переплетеную между соседними компенсаторами потерь предварительного напряжения в арматуре, упругие компенсаторы выполнены в виде кольцевых контуров, образованных из изогнутых полос со встречно направленной вогнутостью, шарнирно соединенных между собой, при этом в полостях кольцевых контуров расположены упругие элементы +-образной, либо Ж-образной формы, образованных из попарно изогнутых полос со встречно направленной вогнутостью, закрепленных своими вершинами к шарнирам кольцевого контура, при этом арматура между соседними компенсаторами перехвачена фиксирующими кольцами с возможностью свободного перемещения и контактирования с компенсаторами в шарнирах кольцевого контура. При этом упругие элементы, расположенные в полостях кольцевых контуров, могут быть в виде полых фигур образованных из трех, четырех, пяти, шести изогнутых полос со встречно направленной выпуклостью. Изогнутые полосы компенсатора могут быть с переменным поперечным сечением, увеличивающимся от концов к середине их длины.The essence of the invention lies in the fact that in a reinforcing element containing reinforcement with end anchors, curved in a sinusoid and interwoven between adjacent compensators for loss of prestressing in the reinforcement, elastic compensators are made in the form of ring loops formed from curved strips with counter-directed concavity, articulated interconnected, while in the cavities of the annular contours there are elastic elements of a + -shaped or Zh-shaped, formed from pairwise curved strips with counter-directed concavity, fixed with their vertices to the hinges of the annular contour, while the reinforcement between adjacent expansion joints is intercepted by the locking rings with the possibility of free movement and contact with the compensators in the hinges of the annular contour. In this case, the elastic elements located in the cavities of the annular contours can be in the form of hollow figures formed of three, four, five, six curved strips with an opposite direction convexity. The curved stripes of the compensator can be of variable cross section, increasing from the ends to the middle of their length.

Выполнение компенсаторов потерь предварительного напряжения в виде кольцевых замкнутых контуров, образованных из изогнутых полос со встречно направленной вогнутостью, шарнирно соединенных между собой, в полостях которых установлены упругие элементы из изогнутых полос, шарнирно закрепленных своими концами к шарнирам кольцевого контура, и имеющие возможность контактирования с напрягаемой арматурой, расположенной по внешнему кольцевому контуру и перехваченной фиксирующими кольцами между соседними компенсаторами, позволяет получить в сравнении с известным техническим решением новые свойства, заключающиеся в создании достаточно больших реактивных сил и увеличении запаса потенциальной энергии для создания и длительного сохранения эффекта предварительного напряжения в арматуре, повышение несущей способности и надежности в работе по компенсации потерь начально созданных напряжений в арматуре, образующихся по причине ползучести и релаксации низкомодульного материала строительной конструкции; также благодаря нелинейному деформированию и способу размещения в полости кольцевых замкнутых контуров упругих элементов из изогнутых полос как со встречно направленной вогнутостью, так и со встречно направленной выпуклостью, а также схемы размещения чередующихся упругих элементов по длине напрягаемой арматуры, создаются высокие демпфирующие свойства и несущие способности, длительно сохраняющиеся во времени при различных силовых воздействиях на конструкцию.The implementation of compensators for prestress losses in the form of annular closed loops formed from curved strips with an opposite direction of concavity, pivotally connected to each other, in the cavities of which are installed elastic elements of curved strips pivotally mounted with their ends to the hinges of the annular contour, and having the ability to contact fittings located on the outer annular contour and intercepted by the retaining rings between adjacent expansion joints, allows to obtain in comparison with the known technical solution, new properties consisting in the creation of sufficiently large reactive forces and an increase in the potential energy reserve for creating and long-term preservation of the prestressing effect in the reinforcement, increasing the bearing capacity and reliability in work to compensate for the losses of initially created stresses in the reinforcement the reason for creep and relaxation of the low-modular material of the building structure; also, due to non-linear deformation and the method of placing elastic elements from curved strips in the cavity of annular closed loops both with counter-directed concavity and counter-directed convexity, as well as the arrangement of alternating elastic elements along the length of the prestressed reinforcement, high damping properties and load-bearing capacities are created, persisting over time with various force effects on the structure.

На фигуре 1 изображен арматурный элемент с компенсаторами потерь предварительного напряжения в арматуре, общий вид; на фигуре 2, 3 - варианты выполнения сборного арматурного элемента в аксонометрии, в напряженном состоянии; на фигурах 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 - варианты выполнения компенсаторов, общий вид и в аксонометрии; на фигуре 12 - опытно-экспериментальная установка.The figure 1 shows the reinforcing element with compensators for the loss of prestressing in the reinforcement, general view; in figure 2, 3 - embodiments of the precast reinforcing element in a perspective view, in a stressed state; in figures 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 - embodiments of compensators, General view and in a perspective view; figure 12 is a pilot installation.

Арматурный элемент содержит, по меньшей мере, три продольных стержня 1, которые взаимодействуют с другими компенсаторами 2 при помощи концевых анкеров 3. Упругие компенсаторы 2 выполнены в виде кольцевых контуров, образованных из изогнутых полос со встречно направленной вогнутостью, шарнирно соединенных между собой, а в полости кольцевых контуров расположены упругие элементы, причем очертание упругих элементов может быть выполнено, например, в виде +-образной формы, образованной из попарно изогнутых полос со встречно направленной вогнутостью - 4, Ж-образной формы - 5, полых многоугольных фигур, образованных из трех изогнутых полос со встречно направленной выпуклостью - 6, четырех - 7, пяти - 8, шести - 9. Изогнутые полосы компенсаторов 2 могут быть выполнены с переменным сечением, увеличивающимся от концов к середине их длины как для упругих элементов - 10, так и кольцевого контура - 11.The reinforcing element contains at least three longitudinal rods 1, which interact with other compensators 2 using end anchors 3. The elastic compensators 2 are made in the form of annular contours formed of curved strips with opposite direction concavity, pivotally connected to each other, and in the cavity of the annular contours are elastic elements, and the outline of the elastic elements can be performed, for example, in the form of a + -shaped shape formed from pairwise curved strips with a counter direction concave 4, L-shaped - 5, hollow polygonal figures formed of three curved stripes with an opposite direction convexity - 6, four - 7, five - 8, six - 9. Curved stripes of compensators 2 can be made with a variable section, increasing from the ends to the middle of their length for both elastic elements - 10, and the annular contour - 11.

Сборку арматурного элемента производят следующим образом. По крайней мере, три продольных арматурных стержня 1 объединяют на одном концевом участке анкером 3. Затем другие свободные концы арматурных стержней 1 пропускают сквозь заранее подготовленные фиксирующие кольца 12. Количество фиксирующих колец 12 соответствует количеству периодов синусоиды, устанавливаемых с шагом 2πn по длине арматурного элемента, описываемого графиком функции y=Sin х±1. Внутренний диаметр фиксирующих колец 12 равен 3...4 диаметра одного арматурного стержня 1. После установки требуемого количества фиксирующих колец 12 свободные концы арматурных стержней 1 объединяют анкером 3. Затем на определенном участке по длине арматурного элемента с шагом 2πn (в середине каждого полупериода синусоиды) между стержнями 1 устанавливают компенсатор 2 в сборе таким образом, чтобы арматурные стержни 1 контактировали с внешним кольцевым контуром компенсатора 2 в шарнирных соединениях и свободно перемещались. В полости кольцевого контура компенсатора 2 расположены упругие элементы. Конструктивное решение упругих элементов может быть разнообразным как по форме (фиг.4...9), так и поперечному сечению (фиг.10, 11), зависит от требуемого реактивного усилия в компенсаторе 2 для создания и сохранения эффекта предварительного напряжения в арматурных стержнях 1, соответственно и строительной конструкции (не показана).Assembly of the reinforcing element is as follows. At least three longitudinal reinforcing bars 1 are joined at one end portion by an anchor 3. Then, the other free ends of the reinforcing bars 1 are passed through previously prepared fixing rings 12. The number of fixing rings 12 corresponds to the number of sinusoid periods set in increments of 2πn along the length of the reinforcing element, described by the graph of the function y = Sin x ± 1. The inner diameter of the fixing rings 12 is 3 ... 4 of the diameter of one reinforcing bar 1. After setting the required number of fixing rings 12, the free ends of the reinforcing bars 1 are joined with an anchor 3. Then, in a certain section, along the length of the reinforcing element with a step of 2πn (in the middle of each half-wave of a sinusoid ) between the rods 1 install the compensator 2 assembly in such a way that the reinforcing rods 1 are in contact with the outer annular contour of the compensator 2 in the swivel joints and move freely. In the cavity of the annular contour of the compensator 2 are elastic elements. The design solution of the elastic elements can be varied both in shape (Figs. 4 ... 9) and in cross-section (Figs. 10, 11), depending on the required reactive force in the compensator 2 to create and maintain the effect of prestressing in the reinforcing bars 1, respectively, and a building structure (not shown).

Арматурный элемент работает следующим образом. Для выполнения предварительного обжатия строительной конструкции (не показана) с целью создания в ней внутренних напряжений, противоположных по знаку напряжениям от внешней нагрузки, осуществляют натяжение арматурных стержней 1 домкратом, соединенным с концевым анкером 3. При натяжении арматурных стержней 1 компенсаторы 2, установленные с определенным шагом вдоль арматурного элемента, начинают деформироваться, в результате этого арматурный элемент удлиняется, концевые анкерные участки с анкерами 3, взаимодействующие с обжимаемой строительной конструкцией (не показана), приобретают мощное реактивное усилие (потенциальную энергию). Величиной обжатия строительной конструкции реактивными усилиями можно варьировать путем установки суммарного количества компенсаторов 2, путем чередования разнообразных конструктивных форм упругих элементов по длине арматурного элемента. Большое разнообразие конструктивных форм упругих элементов компенсатора 2 позволяет создавать реактивные усилия в арматурном элементе как вдоль, так и поперек строительной конструкции, может быть переменным по длине.The reinforcing element operates as follows. To perform preliminary compression of a building structure (not shown) in order to create internal stresses in it, which are opposite in sign from the stresses from the external load, the reinforcing bars 1 are tensioned with a jack connected to the end anchor 3. When the reinforcing bars 1 are tensioned, compensators 2 installed with a certain by a step along the reinforcing element, they begin to deform, as a result of which the reinforcing element lengthens, the end anchor sections with anchors 3 interacting with the crimped With a solid construction (not shown), they acquire a powerful reactive force (potential energy). The magnitude of the compression of the building structure by reactive efforts can be varied by setting the total number of compensators 2, by alternating a variety of structural forms of elastic elements along the length of the reinforcing element. A wide variety of structural forms of the elastic elements of the compensator 2 allows you to create reactive forces in the reinforcing element both along and across the building structure, can be variable in length.

После натяжения арматурных стержней 1 до требуемой контролируемой величины предварительного натяжения осуществляют их крепление и фиксирование в строительной конструкции (не показана) известными способами. В результате действия реактивных сил от арматурного элемента строительная конструкция подвергается мощному обжатию, в результате возникают внутренние напряжения, позволяющие снизить деформативность и трещинообразование от действия внешних нагрузок (статических, динамических, пульсирующих), расширяется область использования композитных материалов в строительных конструкциях, увеличивается их несущая способность и надежность.After tensioning the reinforcing bars 1 to the desired controlled value of the preliminary tension, they are fastened and fixed in a building structure (not shown) by known methods. As a result of the action of reactive forces from the reinforcing element, the building structure is subjected to powerful compression, as a result, internal stresses arise, which reduce deformability and crack formation from external loads (static, dynamic, pulsating), the field of use of composite materials in building structures expands, their load-bearing capacity increases and reliability.

При длительном воздействии внешних нагрузок на строительную конструкцию и внутреннее обжатие реактивными силами в материале конструкции происходят явления ползучести и релаксации, которые приводят к потере начально созданных сил и напряжений в арматуре, соответственно и в конструкции. Компенсаторы 2, выполненные в виде кольцевых контуров с упругими элементами разнообразной конструктивной формы, мгновенно реагируют на изменения деформаций как в материале конструкций, так и в самой арматуре, в результате этого в арматурных стержнях 1 длительно сохраняется заданный эффект предварительного напряжения, соответственно и в строительной конструкции. Благодаря разнообразию конструктивных форм упругих элементов в компенсаторах 2 и возможности варьирования переменным сечением изогнутых полос, из которых формируются кольцевые контуры и упругие элементы, арматурный элемент приобретает дополнительные преимущества в сравнении с известными техническими решениями - значительное увеличение реактивных сил обжатия конструкции, обеспечение достаточной прочности и надежности работы элементов компенсатора, повышение демпфирующих свойств, расширение области применения в конструкциях зданий и сооружений.With prolonged exposure to external loads on the building structure and internal compression by reactive forces, creep and relaxation phenomena occur in the material of the structure, which lead to the loss of the initially created forces and stresses in the reinforcement, respectively, in the structure. Compensators 2, made in the form of annular contours with elastic elements of various structural shapes, instantly respond to changes in deformations both in the material of structures and in the reinforcement itself, as a result of which the predetermined pre-stress effect is retained for a long time in reinforcing bars 1, respectively, and in the building structure . Due to the variety of structural forms of elastic elements in expansion joints 2 and the possibility of varying the curved stripes from which the ring contours and elastic elements are formed by a variable cross section, the reinforcing element acquires additional advantages in comparison with the known technical solutions — a significant increase in the reaction forces of the compression structure, ensuring sufficient strength and reliability the operation of the elements of the compensator, increasing the damping properties, expanding the scope in the construction th and structures.

Изобретение позволяет повысить надежность работы компенсаторов и длительно сохранять эффект предварительного напряжения в строительных конструкциях из дерева, полимербетонов, железобетона, композитных материалов, обладающих свойствами длительной ползучести, трещинообразования, деформациями последействия при длительных нагрузках; снижать резонансные явления от действия подвижной, пульсирующей, динамической нагрузок, может быть использовано по функциональному назначению как демпфер в строительных конструкциях, для промышленного оборудования, в различных сооружениях многоцелевого назначения.The invention improves the reliability of the compensators and preserves the effect of prestressing in building structures made of wood, polymer concrete, reinforced concrete, composite materials with the properties of long creep, cracking, aftereffects under prolonged loads; reduce resonance phenomena from the action of mobile, pulsating, dynamic loads, can be used for its intended purpose as a damper in building structures, for industrial equipment, in various multi-purpose buildings.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ 2109894, кл. Е04С 5/08. Бюл.12, 1998.1. RF patent 2109894, cl. E04C 5/08. Bul. 12, 1998.

2. Патент РФ 2211900, кл. Е04С 5/08. Бюл.25, 2003.2. RF patent 2211900, cl. E04C 5/08. Bul. 25, 2003.

Claims

1. The reinforcing element containing reinforcement with end anchors, curved in a sinusoid and interwoven between adjacent elastic compensators for loss of prestressing in the reinforcement, characterized in that the elastic compensators are made in the form of ring loops formed from curved strips with opposite direction concavity pivotally connected between by itself, while in the cavities of the annular contours there are elastic elements of a + -shaped, or L-shaped, formed from pairwise curved strips with opposite directions concavity, fixed with their vertices to the hinges of the annular contour, or elastic elements of hollow figures formed of 3, 4, 5 or 6 curved strips with an opposite direction convexity, interconnected with the inner annular contour.

2. The reinforcing element according to claim 1, characterized in that the curved stripes of the elastic compensator are made with a variable cross section, increasing from the ends to the middle of their length.