Двутавровая балка или балка с двумя Т-образными балками представляет собой несущую конструкцию, которая напоминает две Т-образные балки, соединенные друг с другом бок о бок. Прочная связь полки (горизонтальной секции) и двух стенок (вертикальных элементов, также известных как стержни) создает конструкцию, способную выдерживать высокие нагрузки при большом пролете. Типичные размеры двутавровых балок составляют до 15 футов (4,6 м) по ширине полки, до 5 футов (1,5 м) по глубине стенки и до 80 футов (24 м) или более по длине пролета. Двутавровые балки изготавливаются из предварительно напряженного бетона , что позволяет сократить время строительства. [1]
Разработки двутавровых балок начались в 1950-х годах двумя независимыми инициативами, одна из которых была основана компанией Leap Associates Гарри Эдвардсом во Флориде, а другая — компанией Prestressed Concrete of Colorado. Они спроектировали крылья, чтобы расширить структурный канал , чтобы охватить большую площадь при меньших затратах. [2] В 1951 году Гарри Эдвардс и Пол Зия спроектировали предварительно напряженную двутавровую секцию шириной 4 фута (1,2 м). Ненапряженные двутавровые балки были построены в Майами в 1952 году, а затем в 1953 году — предварительно напряженные двутавровые балки. Отдельно инженеры компании Prestressed Concrete of Colorado разработали и построили первую предварительно напряженную двутавровую балку шириной 6 футов (1,8 м), названную «двойной тавровой балкой», в конце 1952 года. Первые пролеты двутавровых балок составляли от 20 футов (6,1 м) до 25 футов (7,6 м). Эти двутавровые пролеты впервые были использованы при строительстве холодильного склада для компании Beatrice Foods в Денвере . [3]
Ранние двутавровые пролеты в 25 футов (7,6 м) быстро выросли до 50 футов (15 м). Институт сборного/напряженного бетона (PCI) впервые опубликовал расчет несущей способности двутавровых балок (таблицы нагрузок) в Справочнике по проектированию PCI в 1971 году. Таблицы нагрузок используют код для идентификации типа двутаврового пролета с использованием ширины в футах, за которой следует «DT», а затем глубина в дюймах, например, 4DT14 предназначен для двутавровых балок шириной 4 фута (1,2 м) и глубиной 14 дюймов (36 см). В первой публикации было семь типов двутавровых балок от 4DT14 до 10DT32. В список входил 8DT24, который оказался самым популярным типом двутавровых балок, используемым для пролетов длиной 60 футов (18 м) в течение нескольких десятилетий. В настоящее время распространенным типом двутаврового сечения является 12DT30 с 4-дюймовой (10 см) предварительным покрытием на фланце. Этот тип включен в PCI Design Handbook с 1999 года. [3]
Первым зданием со всеми предварительно напряженными бетонными колоннами, балками и двутаврами было двухэтажное офисное здание в Уинтер-Хейвене, Флорида , спроектированное и построенное в 1961 году Джином Лиди . Лиди экспериментировал при строительстве своего архитектурного офиса, используя структурные элементы из предварительно напряженного бетона и проектируя новые «двухтавровые» структурные элементы. [4]
Вначале применение двутавровых балок ограничивалось многоэтажными конструкциями парковок и кровельными конструкциями зданий, но теперь их используют и в конструкциях автомагистралей. [1]
Двутавры изготавливаются на заводах. Процесс такой же, как и в производстве других предварительно напряженных бетонных конструкций , путем их сборки на предварительно напряженных станинах. Станины для изготовления двутавров имеют типичные размеры для области, в которой будут использоваться двутавры. В большинстве случаев длина предварительно напряженных станин составляет около 200–500 футов (61–152 м). [1]
В нежилых зданиях конструкция крыши может быть плоской. Конструкционный бетон является альтернативой для строительства плоской крыши. Существует три основные категории для такого метода: сборный/предварительно напряженный, монолитный и оболочка . В сборной/предварительно напряженной бетонной кровле двойные тавры являются наиболее распространенными изделиями, используемыми для пролета крыши до 60 футов (18 м). [5]
Современные многоэтажные парковочные конструкции строятся из сборных / предварительно напряженных бетонных систем. Системы полов в основном строятся из предварительно покрытых сверху двутавровых балок. Эта система произошла от более раннего использования систем тавров, где фланцы Т-образных балок были соединены. Затем бетон заливается поверх тавров во время строительства для создания поверхности пола, поэтому этот процесс называется бетонированием на месте. В двутавровых конструкциях верхний бетон обычно изготавливается на заводе как неотъемлемая часть сборной двутавровой конструкции. Двутавровые балки соединяются во время строительства без покрытия сверху бетоном для создания поверхности пола парковочной конструкции. [6]
Преимущество предварительно уложенных двойных тавров заключается в более высоком качестве бетона для более прочной поверхности, что снижает износ от движения. Заводы могут производить укладку с минимальной прочностью бетона 5000 фунтов на квадратный дюйм. В некоторых областях прочность может составлять 6000-8000 фунтов на квадратный дюйм. Это сопоставимо с уложенной на месте бетонной укладкой с более низкой прочностью бетона 4000 фунтов на квадратный дюйм. [6]
Обычно двутавры подвешиваются над опорной конструкцией. Это достигается за счет наличия загнутых концов на стенках двутавров (на фото). Загнутые концы чувствительны к образованию трещин в области опоры. Рекомендация по предотвращению образования трещин заключается в том, чтобы включить в конструкцию двутавров арматурную сталь для передачи нагрузки от опорной зоны (уменьшенной глубины) к полной глубине стенки. [6] В случае, если трещины развиваются после того, как конструкция парковки уже находится в эксплуатации, необходимы другие методы обеспечения внешней поддержки двутавров. Одной из таких альтернатив является использование внешне связанного армированного углеродным волокном полимера (FRP) для обеспечения армирования. [7]
Сборные конструкции мостов использовались во многих мостовых конструкциях для сокращения времени строительства. В Соединенных Штатах предпринимаются попытки разработать сборные элементы и системы мостов во многих штатах. Двутавровая конструкция является альтернативой для коротких и средних пролетов от 40 до 90 футов (от 12 до 27 м). Существует много стандартов, таких как двутавровая балка Техасского департамента транспорта и северо-восточная экстремальная тавровая балка (NEXT) Северо -Востока . [8]
Преимущество использования двойных тавров для замены мостов заключается в сокращении времени строительства. Техас поставил себе цель сократить замену мостов с короткими пролетами до одного месяца или меньше вместо 6 месяцев при традиционном строительстве мостов. [9]
Разработка NEXT Beam началась в 2006 году Институтом сборного/напряженного бетона (PCI) North East для обновления регионального стандарта по ускоренному строительству мостов (ABC). Проект NEXT Beam был вдохновлен двутавровыми конструкциями, которые использовались для строительства плит железнодорожных платформ. Использование двутавровых балок с широкими полками позволяет использовать меньше балок и удерживать их на месте для формирования настила, что приводит к сокращению времени строительства. Первая конструкция была представлена в 2008 году под названием «NEXT F» с толщиной полки 4 дюйма (10 см), требующей 4-дюймового (10 см) верхнего слоя. Он использовался для строительства моста Maine State Route 103 , который пересекает реку Йорк . Семипролетный мост длиной 510 футов (160 м) был завершен в 2010 году как первый мост NEXT Beam. Вторая конструкция была представлена в 2010 году для моста Сибли-Понд на границе Канаана и Питтсфилда, штат Мэн . Конструкция называлась «NEXT D» с толщиной фланца 8 дюймов (20 см), которая не требует настила, что позволяет наносить износостойкую поверхность непосредственно на балки. Сочетание F и D под названием «NEXT E» было представлено в 2016 году. [10] [11]
Проблемы использования двутавровых балок в мостовых конструкциях включают продольные трещины мостового настила . Поскольку точки соединения между двутавровыми балками расположены продольно вдоль транспортного потока, любые боковые движения двутавровых балок могут привести к продольному растрескиванию дорожного покрытия. К ним относится дифференциальное вращение фланцев двутавровых балок, которое может привести к подъему или растрескиванию асфальтового покрытия. Разделение фланцев может привести к провисанию асфальта в зазоре, образуя отражающую трещину. Чтобы уменьшить эти проблемы, было разработано много методов управления боковыми соединениями двутавровых балок. Материалами, используемыми в соединениях, являются подкладные стержни , стальные стержни, сварные пластины и затирки . [12]
Двутавры использовались в вертикальных несущих элементах, таких как наружные стены [3] и подпорные стенки [13] .
При использовании несущих стеновых панелей из двутавровых балок можно значительно сократить время строительства, поскольку большая площадь стен может быть покрыта за короткий промежуток времени. Использование несущих стеновых панелей из двутавровых балок в сочетании с крышей из двутавровых балок может уменьшить количество внутренних колонн, поскольку элементы крыши из двутавровых балок могут иметь большие пролеты, а концы соединены с стенами из двутавровых балок для передачи нагрузок. Кроме того, потолок можно поднять выше, поскольку элементы стены из двутавровых балок также могут иметь большие пролеты. Это подходит для складов, поскольку требуется большая площадь с высоким потолком, но без окон. Этот тип строительства используется с 1970-х годов. [14] Precast Prestressed Concrete Institute включил стеновые панели из двутавровых балок в свой PCI Design Handbook в период с 1971 по 2010 год. [15]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь ){{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )