Железобетонные балки перекрытия: размеры, ГОСТы, изготовление
Конструкция, выполненная из ЖБ балок, – самая распространенная и популярная форма опор, на которые устанавливаются плиты перекрытий. Их применение позволяет обеспечить правильное, то есть равномерное, распределение оказываемой нагрузки и добиться максимальной надежности и долговечности сооружения. Конструктивно балки представляют собой изделия из бетона, в середине которых имеется железная арматура. Наличие металлического элемента значительно увеличивает прочность.
Преимущества и недостатки железобетонных балок
Для того чтобы определить целесообразность использования ж/б балок для устройства перекрытий при строительстве частного дома рассмотрим их плюсы и минусы.
Можно выделить следующие преимущества балок из железобетона:
- Прочность – правильно подобранная или изготовленная такая балка прочнее деревянной;
- Огнестойкость – бетон материал не горючий;
- Жесткость – способность перекрывать большие пролеты без прогиба и вибрации;
- Устойчивость к влаге – особенно актуально при устройстве перекрытия над помещениями с повышенной влажностью.
Из недостатков можно выделить:
- Относительно большой вес – более высокая нагрузка на стены, а для погрузки и монтажа необходимы грузоподъемный механизм или машина (кран).
- Более высокая теплопроводность, по сравнению с изделиями из древесины;
- Более высокая стоимость, особенно готовых изделий, изготовленных на ЖБК.
Серия и маркировка
В законодательстве прописаны маркировки и серии для всех железобетонных балок, которые обязательно проставляются на продукте или в сопроводительной документации. Преимущественно в качестве каркаса используются профили прямоугольного типа, которые маркируются буквой P.
Однополочные разновидности имеют индекс PO. Если заказывались двухполочные балки – маркировка должна иметь вид РД. Если в конструкции балок отсутствуют полки, об этом свидетельствует идентификатор РБ. Если назначение железобетонного элемента сводится к строительству балкона, элемент определяется к классу РКП.
Дополнительно на конструкции указываются особенности элемента, устойчивость к негативным влияниям влаги, ультрафиолета и сейсмическим колебаниям.
Размеры железобетонных балок перекрытия для частного дома
Независимо от того, будете вы использовать готовые железобетонные балки или изготавливать сами необходимо определиться с их размерами. При этом можно ориентироваться на следующие показатели:
- Длина (L) их должна быть такой, чтобы их края (опорные части) заходили на несущие стены не менее чем по 20 см, то есть они должна быть длиннее перекрываемого пролета, не менее чем на 0,4 м;
- Высота (H) должна составлять, как минимум 1/20 (5%) от длины;
- Рекомендуемая ширина (B) должна соотноситься с высотой, как 5:7.
Каким балкам стоит отдать предпочтение?
Наилучшими технико-эксплуатационными параметрами обладает железобетонная продукция, выполненная в заводских условиях. Изготавливаются такие балки перекрытий по ГОСТам 24893.1-81/24893.2-81/20372-90. В этих нормативах описаны возможные размеры изделий, а также требующиеся технические параметры. Обратите внимание на маркировку изделий.
Например, выпускаются балки:
- Предназначенные для опоры наружных и внутренних стен, устройства основания для фундаментов сооружений. Они востребованы при сооружении промышленных, а также гражданских объектов. Изделия создаются из тяжелого бетона марки B20 с использованием напрягаемой и ненапрягаемой арматуры. Такие балки укладываются непосредственно на ЖБ колонны. Изделия данного типа могут иметь длину от 4,2 до 8 метров, ширина стандартная – 180 мм, а высота достигает 380 мм. Например, изделия могут иметь маркировку БСу-78.4, БСу – 80.4, БСу-42.3 и другие.
- Применяемые в качестве вкладных перекрытий. Изделия востребованы в гражданском и промышленном строительстве, используются в роли несущей конструкции. Они обеспечивают возможность выдерживать вес, который вышестоящая конструкция оказывает на опорные стены. Обычно для их заливки применяется бетон марки B15. Изделия могут иметь длину от 3,2 до 6,4 метра, при этом стандартная ширина варьируется от 180 до 380 мм, а высота – 220-400 мм. Типичная маркировка таких изделий: Б60.18.30-1Т, Б59.18.22-0,8Т и др.
Типичная маркировка таких изделий: Б60.18.30-1Т, Б59.18.22-0,8Т и др.Изготовление своими руками
В некоторых случаях возникает необходимость или желание изготовить такие железобетонные балки своими руками. Для того, чтобы сделать этого, необходимо изготовить для них опалубку. Проще всего это сделать из деревянных досок , толщиной 25-40 мм или фанеры (10-20 мм).
Форма и внутренние размеры опалубки должны соответствовать форме и размерам будущей балки, рассчитанные в соответствии с рекомендациями, приведенными выше. Изнутри опалубка покрывается полиэтиленовой пленкой или другим гидроизолирующим материалом.
Основные характеристики
Современные ЖБ изделия обладают отличительными особенностями на основании: типа продукта, формы, размера. Наиболее популярны сегодня конструкции стропильного и фундаментного типа. Стропильная балка участвует в формирования крыши. Все виды бетонных изделий с металлическим каркасом отличаются долговечностью, огнестойкостью, лёгкостью установки и неприхотливостью к обслуживанию.
Основные характеристики предварительно напряженных железобетонных балок
В каких элементах конструкции применяется?
Такие металлические изделия с каждым днем открывают новую сферу использования. Спрос на них побудит производителей совершенствовать процесс создания балок. Сегодня они используются не только в многоэтажном, но и в частном строительстве.
Двутавровые конструкции хорошо переносят сопротивление на изгиб. Их целесообразно включать в конструкции несущих элементов:
- Колонн.
- Элементов перекрытия.
- Подвесных путей.
- Конструкции рам вагонов, автомобилей и специальной техники.
- Каркаса шахт и тоннелей.
В конструкциях средненагруженных ферм используется широкополочный двутавр. Для того чтобы снизить себестоимость постройки без уменьшения прочности сооружения необходим точный расчет и выбор балок. Доверить такую процедуру необходимо профильным архитектурным или конструкторским фирмам. Специалисты этих бюро проведут расчет согласно:
- Нормативной нагрузке (используется соответствующий ГОСТ).
- Количества элементов, использующихся в одной балке.
- Усредненное значение сопротивления (согласно марке стали).
При использовании перекрытий из балок такого профиля в качестве опоры служат железобетонные, металлические или кирпичные колонны и стены. Монтаж опалубки и возведение опор производится с использованием измерительного оборудования. Двутавры монтируются на опоры так, чтобы они заходили на опору минимум на 20 см.
При необходимости стыковки элементов используется требование СП 16.13330.2011. В нем прописывается три способа такой процедуры:
- Сваркой встык заранее профрезерованных торцов.
- Накладок на болтовых или сварки.
- Фланцев и болтов.
Двутавровая балка соединяется с колонной болтами. Установка производится с помощью временных соединений, которые затем заменяются основными. После установки такой балки ее необходимо защитить от коррозии. Для этого используются специальные лакокрасочные составы. Пока основное крепление не будет установлено, эксплуатировать балку запрещено.
Конструкции с использованием таких элементов отличаются высокой надежностью и долговечностью.
| Нормальные двутавры (без уклона внутренних граней полок | |||||
| Размеры профиля | Площадь сечения, F , кв.см | Масса 1м, кг/м | |||
| b | s | t | R | ||
| мм | |||||
| 100 | 5,5 | 8 | 11 | 27,16 | 21,3 |
| 124 | 5 | 8 | 12 | 32,68 | 25,7 |
| 125 | 6 | 9 | 12 | 37,66 | 29,6 |
| 149 | 5,5 | 8 | 13 | 40,8 | 32 |
| 150 | 6,5 | 9 | 13 | 46,78 | 36,7 |
| 174 | 6 | 9 | 14 | 52,68 | 41,4 |
| 175 | 7 | 11 | 14 | 63,14 | 49,6 |
| 199 | 7 | 11 | 16 | 72,16 | 56,6 |
| 200 | 8 | 13 | 16 | 84,12 | 66 |
| 199 | 8 | 12 | 18 | 84,3 | 66,2 |
| 200 | 9 | 14 | 18 | 96,76 | 76 |
| 199 | 8,8 | 12 | 20 | 92,38 | 72,5 |
| 199 | 9 | 14 | 20 | 101,27 | 79,5 |
| 200 | 10 | 16 | 20 | 114,23 | 89,7 |
| 220 | 9,5 | 13,5 | 24 | 113,36 | 89 |
| 220 | 10 | 15,5 | 24 | 124,75 | 97,9 |
| 199 | 10 | 15 | 22 | 120,45 | 94,6 |
| 200 | 11 | 17 | 22 | 134,41 | 105,5 |
| широкополочные двутавры | |||||
| 150 | 6 | 9 | 13 | 39,01 | 30,6 |
| 175 | 7 | 11 | 16 | 56,24 | 44,1 |
| 200 | 8 | 12 | 18 | 72,38 | 56,8 |
| 201 | 9 | 15 | 18 | 87,38 | 68,6 |
| 249 | 8 | 11 | 20 | 83,17 | 65,3 |
| 250 | 9 | 14 | 20 | 101,51 | 79,7 |
| 299 | 9,5 | 12,5 | 22 | 112,91 | 88,6 |
| 300 | 10 | 16 | 22 | 135,95 | 106,7 |
| 300 | 11 | 18 | 24 | 157,38 | 123,5 |
| 300 | 11 | 15 | 26 | 145,52 | 114,2 |
| 300 | 14,5 | 17,5 | 26 | 176,34 | 138,4 |
| 300 | 15,5 | 20,5 | 26 | 198,86 | 156,1 |
| 300 | 16,5 | 23,5 | 26 | 221,38 | 173,8 |
| колонные двутавры | |||||||
| Обозначение профиля | Размеры профиля | Площадь сечения, F , кв. см | Масса 1м, кг/м | ||||
| h | b | s | t | R | |||
| мм | |||||||
| 20К1 | 196 | 199 | 6,5 | 10 | 13 | 52,69 | 41,4 |
| 20К2 | 200 | 200 | 8 | 12 | 12 | 63,53 | 49,9 |
| 25К1 | 246 | 249 | 8 | 12 | 16 | 79,72 | 62,6 |
| 25К2 | 250 | 250 | 9 | 14 | 16 | 92,18 | 72,4 |
| 25К3 | 253 | 251 | 10 | 15,5 | 16 | 102,21 | 80,2 |
| 30К1 | 298 | 299 | 9 | 14 | 18 | 110,8 | 87 |
| 30К2 | 300 | 300 | 10 | 15 | 18 | 119,78 | 94 |
| 30К3 | 300 | 305 | 15 | 15 | 18 | 134,78 | 105,8 |
| 30К4 | 304 | 301 | 11 | 17 | 18 | 134,82 | 105,8 |
| 35К1 | 342 | 348 | 10 | 15 | 20 | 139,03 | 109,1 |
| 35К2 | 350 | 350 | 12 | 19 | 20 | 173,87 | 136,5 |
| 40К1 | 394 | 398 | 11 | 18 | 22 | 186,81 | 146,6 |
| 40К2 | 400 | 400 | 13 | 21 | 22 | 218,69 | 171,7 |
| 40К3 | 406 | 403 | 16 | 24 | 22 | 254,87 | 200,1 |
| 40К4 | 414 | 405 | 18 | 28 | 22 | 295,39 | 231,9 |
| 40К5 | 429 | 400 | 23 | 35,5 | 22 | 370,49 | 290,8 |
| ДВУТАВРЫ С УКЛОНОМ ВНУТРЕННИХ ГРАНЕЙ ПОЛОК | |||||||
| Обозначение профиля | Размеры профиля | Площадь сечения, F , кв. см | Масса 1м, кг/м | ||||
| h | b | s | t | R | |||
| мм | |||||||
| ГОСТ 19425-74 | |||||||
| 24М | 240 | 110 | 8,2 | 14 | 10,5 | 48,7 | 38,3 |
| 30М | 300 | 130 | 9 | 15 | 12 | 64 | 50,2 |
| 36М | 360 | 130 | 9,5 | 16 | 14 | 73,8 | 57,9 |
| 45М | 450 | 150 | 10,5 | 18 | 16 | 98,8 | 77,6 |
| ГОСТ 8239-89 | |||||||
| 60 | 600 | 190 | 12 | 17,8 | 20 | 138 | 108 |
Требования по ГОСТу
По ГОСТам к железобетонным балкам перекрытия предъявляются строгие требования относительно базовых технических характеристик. К таковым относится прочность.
В зависимости от назначения предельные нормативы выглядят так:
- 105 кг/кв.м — для чердачных и жилых помещений;
- 210 кг/кв.м — для цоколей и межэтажных перекрытий.
Жесткость соответственно должна быть 1 к 200 и 1 к 250. Теплоизоляционные и акустические свойства должны соответствовать требованиям нормативных документов по отношению к конкретному строению. При необходимости повышения показателей допустимо применение улучшающих заполнителей для проемов и обшивочных материалов.
Рекомендации
Вам могут быть интересны другие статьи из этой категории:
- все конструкции имеют нормативы изготовления и использования, ЖБ элементы не исключение. Железобетонные плиты перекрытия ГОСТ устанавливает длины, толщину, ширину и материал конструкции;
- какие виды фундаментов для частного дома являются самыми перспективными, долговечными и выгодными для конкретного здания и региона проживания; как работать с бетоном в морозы. Здесь поможет добавка для бетона противоморозная, которая позволяет цементировать при температуре до -30°С без электрического подогрева;
- в любом здании есть проёмы. Если знать размеры перемычек железобетонных для окон и дверей, можно предотвратить закладывание или расширение проёмов на этапе отделки;
- один из лучших и самых простых вариантов создания опалубки является разборная или неразборная пластиковая конструкция. Пластиковая опалубка для фундамента помогает добиться идеальной геометрии, прочности и устраняет различные дефекты строения;
- проектирование – это один из первых и основных этапов в строительной сфере. Проекты гаражей из пеноблоков помогут подобрать лучшую, комфортную и практичную планировку помещений;
- Железобетонные балки созданы для простой установки в высоконагруженных зданиях. От этапа заказа до монтажа плит проходит всего несколько дней. Строение удаётся возвести за считанные недели.
Если знать размеры перемычек железобетонных для окон и дверей, можно предотвратить закладывание или расширение проёмов на этапе отделки;Что такое «двутавр»?
Для многих фирм сегодня первоочередной задачей стоит строительство надежных и недорогих домов, причем в сравнительно короткий срок. А эти задачи решают в большей степени используемые строительные материалы.
Двутавровая балка конкретно в России до недавнего времени применялась только в промышленной сфере, но сегодня становится все популярнее. Появление в последние годы новых видов двутавров позволило успешно задействовать их при строительстве обычных жилых домов.
А «двутавром» в строительстве называют деревянный или металлический профиль, который имеет сечение, похожее на букву «Н». Сам термин произошел от «тавр», что означает «рога быка».
На отечественном рынке сортамент двутавра пока небольшой, т.к. сам продукт еще малоизвестный и немногие производители его представляют. А вот за рубежом применяются достаточно интересные его виды, где сочетаются инженерная мысль и законы физики.
Достоинства, недостатки сварных двутавров
Сварные балки используют для создания конструкций небольших размеров.
Такой способ производства имеет свои плюсы:
- Возможность получения детали необходимого размера; в спецификации указывают длину изделия, ширину полосы, высоту балки по отдельности; можно получить изделие любых размеров, сложности;
- Добавочные особенности конструкции; в процессе изготовления можно соединить полосы различной ширины, толщины, из разных металлов, добавить фланцы, ребра жесткости, крепежные элементы, сделать выемки, вырезы, перфорацию; на прокатном стане такие операции попросту невозможны;
- При одинаковых показателях механической прочности, жесткости сварные двутавры имеют меньший вес.
Отмечают следующие недостатки сварных балок:
- Наличие соединительного шва; он портит внешний вид, может привести к снижению прочности, локальным деформациям;
- Необходимость использовать дополнительные элементы для повышения прочности: накладки, ребра жесткости, откосы.
Используя двутавровые балки в строительстве, создании сложных конструкций, инженеры учитывают их сильные, слабые особенности. Они стремятся максимально использовать достоинства, минимизировать влияние недостатков.
Как узнать точный вес строительного двутавра?
Необходимо упомянуть о важной составляющей производства металлоконструкций, с технической точки зрения — это расчет веса двутаврового профиля, используемого для каждого проекта. Расчет основывается на номере профиля, который можно найти в сортаменте двутавров, там же можно увидеть массу и площадь поперечного сечения. Стоит обратить внимание, что в таблице указанна масса одного погонного метра.
Для того, чтобы узнать вес двутавровой балки — можно взвесить материал.
Важно понимать, что эту процедуру производят только во время отгрузки строительного двутавра, чтобы узнать сколько точно поставщик отпускает заказчику.
Однако существуют отдельные случаи, когда взвесить балки не возможно в принципе. В этой ситуации помогут математические вычисления. Для этого берут отдельные балки двутавра и рассчитывают умножением длинны на массу одного погонного метра. Важно понимать, что все целый метраж изделия в таких конкретных случаях можно будет узнать, замерив длину. Удельный вес двутавровой металлоконструкции рассчитывают по одному из способов:
- Смотрят величину характеристик прописанных в таблице государственного стандарта.
- Рассчитывают вручную.
Стоит знать, что значения погонного метра балки выяснялись вручную расчетными способами. Расчеты применялись для балок с номинальным размером, а плотность металла принималась абсолютно идентичной средней величиной.
Реальные материалы часто производятся с размерами, немного различными от базовых. Как раз эта разница и допускается по ГОСТу, и называется предельно возможными отклонениями при производстве.
Масса Жб балок — Справочник массы
главная ⇒ строймат ⇒ жби
Типовая железобетонная балка 1ПБ 10-1п длиной 1000 (мм), шириной 120 (мм), высотой 65 (мм) весит 20 (кг), диапазон массы стандартных балок варьируется от 20 (кг) до 197 (кг).
Параметры стандартных железобетонных балок:
Размеры стандартной балки указаны в формате «длина/ширина/высота».
- Масса одной балки из железобетона: 1ПБ 10-1п 1000х120х65 (мм) – 20 (кг), 1ПБ 13-1п 1290х120х65 (мм) – 25 (кг), 2ПБ 10-1п 1000х120х140 (мм) – 42 (кг), 2ПБ 13-1п 1290х120х140 (мм) – 54 (кг), 2ПБ 16-2п 1550х120х140 (мм) – 65 (кг), 2ПБ 17-2п 1680х120х140 (мм) – 69 (кг), 2ПБ 19-3п 1940х120х140 (мм) – 81 (кг).
Важно: маркировка железобетонной балки содержит её параметры и тип, например «2ПБ 16-2п» означает, что это балка типа ПБ длиной 1550 (мм), поперечного сечения № 2, с двумя монтажными петлями.
| Общая масса ЖБ балок | |||
|---|---|---|---|
| Чертеж Чертеж и параметры типовой модели | m (кг) Предел массы колец в (кг) | Бетон Марка класса бетона | Норматив Нормативный документ |
Балки | от 20 (кг) до 2175 (кг) | 200/15 | ГОСТ 948-84 |
| Таблица массы типовых ЖБ балок, ГОСТ 948-84 | ||
|---|---|---|
| Маркировка Маркировка столба | m (т) Предел массы колец в (т) | Бетон Масса класса бетона |
| 1 ПБ-13-1П | 0,025 | 200/15 |
| 2 ПБ-10-1П | 0,043 | 200/15 |
| 2 ПБ-13-1П | 0,054 | 200/15 |
| 2 ПБ-16-2П | 0,065 | 200/15 |
| 2 ПБ-17-3П | 0,071 | 200/15 |
| 2 ПБ-19-3П | 0,081 | 200/15 |
| 2 ПБ-22-3П | 0,092 | 200/15 |
| 2 ПБ-25-3П | 0,103 | 200/15 |
| 2 ПБ-26-4П | 0,109 | 200/15 |
| 3 ПБ-13-37П | 0,085 | 200/15 |
| 3 ПБ-16-37П | 0,102 | 200/15 |
| 3 ПБ-18-37П | 0,119 | 200/15 |
| 3 ПБ-18-8П | 0,119 | 200/15 |
| 3 ПБ-21-8П | 0,137 | 200/15 |
| 3 ПБ-25-8П | 0,162 | 200/15 |
| 5 ПБ-18-27П | 0,250 | 200/15 |
| 5 ПБ-21-27П | 0,285 | 200/15 |
| 5 ПБ-25-27П | 0,338 | 200/15 |
| 5 ПБ-25-37П | 0,338 | 200/15 |
| 5 ПБ-27-27П | 0,375 | 200/15 |
| 5 ПБ-27-37П | 0,375 | 200/15 |
| 5 ПБ-30-27П | 0,410 | 200/15 |
| 5 ПБ-30-37П | 0,410 | 200/15 |
| 5 ПБ-31-27П | 0,428 | 200/15 |
Влияние размеров поперечного сечения на жесткость и прогиб железобетонных балок
Серия: Успехи инженерных исследований
Авторы
Berkat Cipta Zega, Hakas Prayuda, Dimas Putra Mulia
Автор, ответственный за переписку
Berkat Cipta Zega
Доступен онлайн 24 ноября 2020 г.
- DOI
- 10.2991/aer.k.201124.047Как использовать DOI?
- Ключевые слова
- Прогиб, максимальная нагрузка, трещины, железобетонная балка, ответ-2000
- Abstract
Прочность железобетона можно планировать различными способами, выполняя расчеты вручную, испытания на прочность на сжатие или испытания с использованием приложений. Таким образом, можно получить точный результат, одним из которых является использование прикладной программы Response-2000. Это исследование направлено на получение выходных результатов программы Response-2000 в виде значений прогиба, максимальной нагрузки, ширины трещины и жесткости. Исследование проводилось путем моделирования балочных образцов с различными размерами, но площадь поперечного сечения была такой же, как у общей модели из 10 образцов. Результаты анализа показывают, что при одинаковой площади поверхности, но форма профиля, а также разные размеры балки сильно влияют на величину прогиба, максимальную нагрузку, ширину трещины и жесткость.
- Copyright
- © 2020, Авторы. Опубликовано Атлантис Пресс.
- Открытый доступ
- Это статья в открытом доступе, распространяемая по лицензии CC BY-NC (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/).
Скачать статью (PDF)
- Название тома
- Proceedings of the International Joint Conference on Science and Engineering (IJCSE 2020)
- Series
- Advances in Engineering Research 9001 8
- Дата публикации
- 24 ноября 2020 г.
- ISBN
- 10.2991/aer.k.201124.047
- ISSN
- 2352-5401
- DOI
- 10.2991/aer.k.20112 4.047Как использовать DOI?
- Авторское право
- © 2020, Авторы. Опубликовано Атлантис Пресс.
- Открытый доступ
- Это статья в открытом доступе, распространяемая по лицензии CC BY-NC (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/).
Цитировать эту статью AU — Беркат Чипта Зега AU — Хакас Праюда AU — Димас Путра Мулия ПГ — 2020 ДА — 24.11.2020 TI — Влияние размеров поперечного сечения на жесткость и прогиб железобетонных балок BT — Материалы Международной объединенной конференции по науке и технике (IJCSE 2020) ПБ — Атлантис Пресс СП — 259ЭП-266 СН — 2352-5401 УР — https://doi.org/10.2991/aer.k.201124.047 ДО — 10.2991/аэр.к.201124.047 ID — Зега2020 Скорая помощь —
загрузить .riscopy в буфер обмена
Мосты из предварительно напряженного бетона — Исторические мосты
Мосты из предварительно напряженного бетона
Как построить мостовую балку из предварительно напряженного бетона? Проведите краткий обзор процесса сборного железобетона.
Что такое предварительно напряженный бетон?
Основные виды бетона
Существует множество технических разновидностей современного бетона, но в исторических зданиях и мостах обычно использовались три основных типа: простой или неармированный бетон, железобетон и предварительно напряженный бетон.
Бетон, как и камень, очень прочен при сжатии и хорошо работает, например, при использовании в качестве вертикальной колонны или опорной стойки. При горизонтальном использовании в качестве плиты или балки бетон обычно может перекрывать только короткие расстояния, прежде чем он начнет трескаться и разрушаться, если его не сделать толще. Глубина и вес простой бетонной балки вскоре становятся слишком большими и непрактичными для более длинных горизонтальных пролетов, необходимых в зданиях и мостах.
Строители узнали, что добавление металлических арматурных стержней в бетонную балку или плиту позволит пролететь большее расстояние, прежде чем треснет.
В результате железобетон стал важным конструкционным материалом для строительства мостов после 1900 года. Практически весь современный бетон армирован металлом.
Вот несколько пояснений о предварительно напряженном бетоне и о том, как он работает:
- История предварительно напряженного бетона — первые пятьдесят лет (YouTube)
- Основы предварительно напряженного бетона с профессором Крисом Бургойном
- Что такое предварительно напряженный бетон? Часть 1 (Ютуб)
- Достижение высокого уровня сжатия в балке, часть 2 (YouTube)
- Влияние ползучести на предварительно напряженный бетон, часть 3 (YouTube)
- Где в балке проходят тросы предварительного напряжения? Часть 4 (Ютуб)
- Предварительно напряженный бетон (введение) PC1 (YouTube)
Предварительно напряженный бетон
Даже железобетон имеет ограниченную способность выдерживать большие расстояния до того, как растрескается и разрушится под нагрузкой.
За годы до Второй мировой войны европейские инженеры экспериментировали с новой системой обработки бетона, чтобы еще больше увеличить длину пролета при меньшем весе. Эта система стала известна как «предварительно напряженный» бетон, потому что к бетонной балке применялось растяжение или напряжение до того, как она была установлена на место.
Один из первых инженеров, Гюстав Магнель, сравнил эту систему с удерживанием ряда книг, плотно прижав их с каждого конца и подняв в воздух. Аналогичным образом бетонная балка может быть плотно закреплена с каждого конца с помощью стального стержня или троса. Бетонная балка «предварительно напряжена», потому что напряжение создается до или «до» фактического использования балки при приложении рабочего напряжения.
Правильно спроектированная балка из предварительно напряженного бетона может прокладываться на большие расстояния, чем железобетонная балка, она тоньше, легче по весу и использует меньше бетона, не трескаясь и не ломаясь.
Рисунок 1.
Вот рисунок бельгийского инженера Гюстава Магнеля, который объясняет предварительное напряжение, показывая, как ряд книг, плотно прижатых друг к другу, становится балкой, способной поддерживать большее количество книг.
Рисунок 2. В апреле 1960 года журнал «Minnesota Highways» опубликовал эту карикатуру, чтобы проиллюстрировать преимущества предварительного натяжения бетонной балки для предотвращения растрескивания под нагрузкой.
Типы предварительно напряженного бетона
Предварительно напряженный бетон создается с помощью одного из двух процессов: постнатяжения и предварительного натяжения.
Последующее натяжение
В самом простом типе балок из предварительно напряженного бетона использовались стальные тросы для плотного связывания ряда бетонных блоков встык. Это похоже на поднятие ряда книг, прижав их друг к другу с каждого конца. Это называется «пост-натяжение», потому что бетонные блоки натягиваются после того, как они произведены с помощью обычного процесса литья бетонных блоков.
Портативное гидравлическое домкратное устройство натягивает тросы, создавая необходимое натяжение.
Вместо использования отдельных блоков можно отлить единый бетонный блок с трубами или трубопроводом внутри для натяжных тросов, которые будут добавлены позже. Этот метод использовался на нескольких ранних мостах Миннесоты.
Система пост-натяжения требовала простого оборудования и могла быть установлена практически в любом месте, в том числе на мостовой площадке. Фактически, первый мост из предварительно напряженного бетона в Миннесоте был с пост-напряжением.
Поскольку последующее натяжение было ограничено меньшими балками и плитами, альтернативный метод предварительного натяжения стал отраслевым стандартом после первых лет.
Рисунок 3. Это фрагмент первоначального инженерного плана 1957 года для конструкции плиты с постнапряжением для моста 9065, первоначально расположенного на шоссе 61 к югу от Вайноны, но теперь замененного.
Показаны пары поперечных сечений двух плит: нижняя пара относится к одной из двух плит снаружи пролета и называется «фасцией» или внешними плитами. Внизу справа — разрез конца плиты, а внизу слева — центр плиты, показывающий цилиндрические полые центры каждой плиты, экономящие бетон и вес. Верхняя пара взята из одной из внутренних плит, снова показывая конец вверху справа и центр вверху слева. Горизонтальный ряд точек чуть выше нижней части балки представляет собой расположение стальных прядей, протянутых через плиту после затвердевания бетона и затем натянутых.
Предварительное натяжение
Предварительное натяжение стало еще одним способом предварительного напряжения бетона. При предварительном натяжении бетон заливается вокруг уже натянутых тросов и дает возможность затвердеть и удерживать тросы на месте. Когда бетон затвердеет и затвердеет, концы натянутых тросов обрезаются, и натяжение передается на балку или плиту.
Все предварительно напряженные мостовые балки сегодня изготавливаются с использованием процесса предварительного натяжения, который является более сложным, чем процесс последующего натяжения.
Предварительное натяжение требует строительства больших «литейных станин» для удержания стальных тросов, называемых «прядями», в сильно натянутом состоянии, пока вокруг них заливают бетон в формах.
С помощью предварительного натяжения производители изготовили балки и плиты гораздо большего размера. Литейные площадки были построены в длинных фабричных зданиях, что позволяло вести производство круглый год в контролируемых условиях. Длина предварительно натянутых балок была ограничена транспортными ограничениями между заводом и площадкой моста, а также наличием кранов, способных поднимать балки на место. В отличие от стальных балок, которые можно было перевозить более короткими секциями и скреплять болтами на площадке моста, балки из предварительно напряженного бетона нужно было перевозить на грузовиках в готовом виде, и их нельзя было собрать из более коротких блоков.
Рис. 4. Фрагмент первоначального инженерного плана 1958 года для конструкции предварительно напряженных балок моста 6579 в Сент-Поле (сейчас заменен).
Здесь показаны три поперечных сечения одной балки или балки. Слева (А-А) — вид с торца, а в центре и справа — два вида в средних точках. На чертежах видно, что балка имеет форму двутавровой балки, за исключением концов, где она утолщена для предотвращения растрескивания. Точки на сечениях представляют расположение предварительно напряженных стальных прядей, которые проходят от одного конца до другого. Эти пряди залиты внутри бетонной балки.
Первые мосты из предварительно напряженного бетона
Первый в США: мост Уолнат-Лейн, Филадельфия, 1950 г.
Мост Уолнат-Лейн в Филадельфии, строительство которого было завершено в конце 1950 года, считается первым крупным мостом из предварительно напряженного бетона в США. Гюстав Магнель, бельгийский инженер, и Чарльз Золлман, ученик Магнеля, спроектировали мост. Каждая из предварительно напряженных бетонных балок была отлита на площадке моста в виде единой детали. После того, как бетон затвердеет и затвердеет, кабель будет протянут встык через предусмотренное отверстие.
Домкратное устройство натянуло трос, который затем был закреплен на месте. Оригинальные балки и надстройка были заменены в 1989-90.
Рисунок 5. Мост Уолнат-Лейн, Филадельфия, фото Исторического американского инженерного реестра (HAER). На этом документальном снимке, сделанном в 1968 году, показан пролет моста Уолнат-Лейн, состоящий из параллельных рядов предварительно напряженных бетонных балок с последующим натяжением, расположенных близко друг к другу. Изображение получено из Библиотеки Конгресса.
Первый в Миннесоте: мост Лейк-Сити, Лейк-Сити, Миннесота, 1953 г.
В 1952 году братья Норберт и Леонард Соукуп основали компанию Northern States Prestressed Concrete Co., чтобы построить первый в Миннесоте мост из предварительно напряженного бетона с использованием метода последующего натяжения. Они собрали ряды специально разработанных бетонных блоков, стянули их вместе в длинный ряд с помощью тросов и создали ряд блок-балок из предварительно напряженного бетона.
Балки создали пролет для моста, по которому проходило местное движение от шоссе 61 США до лагеря бойскаутов за пределами Лейк-Сити. С тех пор мост был заменен.
Рис. 6. Строительство моста в Лейк-Сити в серии пронумерованных изображений: (1) Блочные балки с пост-напряжением были собраны на заводе компании Northern States Prestressed Concrete Co. в Миннеаполисе и доставлены грузовиками на строительную площадку моста недалеко от Лейк-Сити. , недалеко от шоссе. 61. (2) Крупный план трех блочных балок, лежащих на земле рядом с работным домом. Натяжной трос виден сбоку от ближайшей балки. (3) Вид на одну блок-балку на месте от центральной опоры до дальнего устоя, отходящую от камеры, со второй балкой, опускаемой краном. (4) Все блочные балки на месте. (5) Рабочие на блочно-балочном пролете готовятся к установке поперечных тросов, связывающих балки вместе, бок о бок.
Рисунок 7. Это реклама компании Northern States Prestressed Concrete Co.
с иллюстрацией их блочных балок, используемых для пролетов моста в Лейк-Сити. Сравните этот вид с фотографией балок на Рисунке 6 (см. вид 2 вверху справа), на котором показана сторона балки с натянутой прядью снаружи балки. Объявление из «Строительного вестника» от 6 августа 1953 г.
Первый в Миннесоте: Мост 9053, Блумингтон, 1957 г.
После строительства моста в Лейк-Сити братья Соукуп построили завод для своей новой компании Prestressed Concrete, Inc. в растущем пригороде Розвилля, штат Миннесота, по производству предварительно напряженных железобетонных балок. Чарльз Золлман, работавший на мосту Уолнат-Лейн, консультировал братьев по проектированию литейных станин для нового завода. На литейном заводе Розвилля компания Soukups производила балки из предварительно напряженного бетона для зданий и мостов, в том числе для первого крупного моста из предварительно напряженного бетона в Миннесоте, рассчитанного на 94-я улица над новым шоссе Interstate 35W.
Мост с его оригинальными балками до сих пор несет 94-ю улицу и внесен в Национальный реестр исторических мест.
Рисунок 8. Первый крупный мост из предварительно напряженного бетона в Миннесоте, мост 9053, по которому проходит 94-я улица через межштатную автомагистраль 35W в Блумингтоне, штат Миннесота.
Рис. 9. Реклама нового литейно-производственного завода братьев Соукуп, Prestressed Concrete, Inc., в расширяющемся послевоенном пригороде городов-побратимов Розвилля. Здесь изготовили предварительно напряженные железобетонные балки для 9-го моста.053. Разработанный для ограждения линейных литейных станин, он состоял из длинного ограждения с вертикальным блоком для размещения бетонного завода, что позволяло работать круглый год в условиях с регулируемым климатом. Северо-западный архитектор, май — июнь 1957 г.
Предварительно напряженные мосты и автомагистраль между штатами в 1950-е годы
Созданная в соответствии с Федеральным законом о шоссейных дорогах 1956 года, новая система автомагистралей между штатами потребовала строительства тысяч новых мостов по всей стране.
Новые автомагистрали, спроектированные как автострады, нигде не будут иметь транспортных развязок. Все автомагистрали и железные дороги будут проходить над или под новыми межштатными автомагистралями. Поскольку дизайн новой межштатной автомагистрали был настолько однородным и соответствовал оригинальной четырехполосной системе, большинство мостов были похожи по форме и длине. Этим требованиям идеально подошла новая система из предварительно напряженного бетона, которая легко производила большое количество однородных балок, отлитых на заводах за пределами площадки, в контролируемых заводских условиях, независимо от погоды и условий на площадке. Кроме того, новые балки из предварительно напряженного бетона оказались конкурентоспособными по размеру и стоимости по сравнению со стальными балками, особенно когда сталь была дефицитной и дорогой в XIX веке.50-е годы.
Межгосударственная система помогла практически за одну ночь создать крупную отрасль по производству предварительно напряженного бетона.
Одни и те же заводы часто производили балки, плиты и доски для крыш и полов для строительства множества новых торговых центров, школ, стадионов, офисов и других построек в пригородах, к которым ведут межштатные автомагистрали.
Рисунок 10. Эти эскизы межштатной автомагистрали показывают постоянную конструкцию и размеры моста для пересечения четырех полос движения в различных ситуациях. Длина пролетов остается неизменной для моста за мостом.
Мосты из предварительно напряженного бетона в Миннесоте
Исторические предварительно напряженные мосты
| Мост № | Год постройки | Местоположение |
|---|---|---|
| 9053 | 1957 | округ Хеннепин, Блумингтон (также обсуждалось выше ) |
| 9082 | 1958 | Округ Хеннепин, Блумингтон |
| 9108 | 1958 | Округ Дакота, Инвер-Гроув-Хайтс |
| 9109 | 1958 | Округ Дакота, Инвер-Гроув-Хайтс |
| 9232 | 1958 | округ Сент-Луис, Хиббинг |
| 9407 | 1958 | Округ Олмстед, Рочестер |
| 27547 | 1970 | Округ Хеннепин, Миннеаполис (пример с пост-натяжением) |
Категории
- Что такое предварительно напряженный бетон?
- Основные типы бетона
- Предварительно напряженный бетон
- Типы предварительно напряженного бетона
- Последующее натяжение
- Предварительное натяжение
- Первые мосты из предварительно напряженного железобетона
- Первый в США: мост Уолнат-Лейн, Филадельфия, 1950 г.
- Первый в США: мост Уолнат-Лейн, Филадельфия, 1950 г.
