Предварительно напряженных балок

Предварительно напряженные балки сейчас применяют в основном при пролетах 12 и 18 м и иногда при 24 м. Они оказываются экономичней ферм по расходу стали и бетона при пролетах 12 и 18 м (6-метровый шаг). Односкатные и плоские кровли образуются балками с параллельными поясами, а двускатные кровли – двускатными балками. Балки бывают сплошные и решетчатые, прямоугольного и двутаврового сечений. Балки двутаврового сечения сплошные экономичнее на 13¸17 % по расходу стали и бетона, чем решетчатые прямоугольного сечения. Изготавливаются балки преимущественно цельными.

В качестве материалов применяют бетон класса В25¸В40 и проволочную, стержневую или канатную арматуру, натягиваемую на упоры или бетон. Чаще в балках покрытий применяют натяжение на упоры, используя высокопрочную проволоку или горячекатаные стержни периодического профиля. По расходу стали, как правило, более экономичными оказываются балки с высокопрочной проволочной арматурой, затем с канатной и наименее – со стержневой. По объему бетона независимо от применяемой арматуры балки одного типа оказываются примерно одинаковыми.

Предварительные размеры балок назначают, ориентируясь на типовые конструкции.

Расчетная схема балок всех типов – однопролетная шарнирно-опертая (простая) балка. Сосредоточенную нагрузку, если число действующих сил 4 и более, можно «размазать» и заменить равномерно распределенной.

Балки рассчитываются на прочность по нормальным и наклонным сечениям, а также на трещиностойкость и жесткость.

Расчет на прочность по нормальным сечениям балок с параллельными поясами производится по максимальному изгибающему моменту (при равномерно распределенной нагрузке – по середине пролета). Для двускатных балок наиболее опасное сечение находится не в середине пролета, где балка имеет максимальную высоту, а на расстоянии от опоры, определяемом по формуле

, (84)

где i – уклон верхнего пояса;

– полезная высота сечения на опоре;

l – пролет балки.

Как следует из (84), размер х существенно зависит от высоты балки на опоре. Для реальных балок покрытия х = (0,35¸0,40) l. В результате расчета определяется площадь продольной арматуры и уточняются размеры поперечного сечения.

Отдельные проволоки периодического профиля в балках с натяжением арматуры на упоры должны размещаться с зазором 10¸15 мм. Может быть допущено попарное размещение проволок.

В балках с натяжением арматуры на бетон часть арматурных пучков может иметь криволинейное очертание. В этом случае толщина стенки определяется размером арматурных каналов и минимальным защитным слоем (20 мм).

Расчет наклонных сечений на действие поперечных сил производится в соответствии с указаниями пп. 3.30¸3.38 [6]. В результате расчета определяются шаг и диаметр поперечных стержней сварных каркасов, армирующих стенку.

Расчет по образованию и раскрытию трещин выполняется в соответствии с пп. 4.1¸4.13 [6].

Приопорный узел балки усиливают дополнительными сетками в торцах для надежной передачи усилий предварительного обжатия. Они устанавливаются обычно на расстоянии 50¸70 мм в количестве не менее 4 штук из расчета на местное смятие (пп. 5.15, 5.16 [6]).

Диаметр арматуры сеток не менее 5 мм, размер ячейки 45¸100 мм. Для предотвращения образования продольных горизонтальных трещин на опоре устанавливают дополнительные поперечные стержни, надежно приваренные к закладным деталям. Они располагаются на участке длиной не более . Для повышения трещиностойкости опорного узла иногда устанавливают предварительно напряженные поперечные стержни.

Отверстия в стенках решетчатых балок не должны попадать в зону действия максимальных поперечных сил, и они отодвигаются от опор на 1/64¸1/7 пролета. Обычно отверстия имеют форму вытянутого восьмиугольника длиной 900¸1000 мм с перемычками между ними по 500¸600 мм. Расстояния от нижней и верхней поверхностей отверстия до нижней и верхней граней балки назначают порядка 240¸400 мм. Отверстия окаймляются по контуру стержневой арматурой диаметром 10¸12 мм, сваренной с поперечными стержнями.

Коньковое сечение двускатных балок (с полкой в сжатой зоне) должно быть достаточным для восприятия равнодействующей от сил сжатия в верхних полках. При наличии в коньке ребра она может быть воспринята вертикальными стержнями, армирующими это ребро. При отсутствии ребра необходимо предусмотреть в каркасе стенки дополнительные поперечные стержни периодического профиля, расположенные на участке длиной не более 1/3 высоты сечения балки в коньке и приваренные к продольным стержням каркасов. Для усиления конька применяют также специальные закладные детали.

Расчет прочности балки на усилия, возникающие при обжатии бетона, транспортировании и монтаже, и расчет прогибов в курсовом проекте разрешается не производить.

Пример конструирования балки приведен на рис. 1.16.

Рис. 16. Пример конструирования предварительно напряженной

балки покрытия