stringtranslate.com

Т-образная балка

Схема двух Т-образных балок

Т -образная балка (или тавровая балка ), используемая в строительстве , представляет собой несущую конструкцию из железобетона , дерева или металла с поперечным сечением в форме заглавной буквы «Т» . Верхняя часть Т-образного поперечного сечения служит фланцем или элементом сжатия , противостоящим сжимающим напряжениям . Стенка (вертикальное сечение) балки под сжатой полкой служит для сопротивления сдвиговому напряжению . При использовании для автодорожных мостов [1] балка включает в себя арматурные стержни в нижней части балки для сопротивления растягивающим напряжениям, возникающим при изгибе . [2]

У тавровой балки есть большой недостаток по сравнению с двутавровой балкой (с формой 'Ɪ'), поскольку у нее нет нижнего пояса, с помощью которого можно было бы справиться с растягивающими силами , применимыми к стальному сечению. Один из способов сделать тавровую балку более эффективной конструктивно — использовать перевернутую тавровую балку с плитой перекрытия или мостовым настилом, соединяющим верхние части балок. При правильном выполнении плита действует как сжатый пояс.

История

Т-образная балка — это структурный элемент, способный выдерживать большие нагрузки за счет сопротивления в балке или за счет внутренних армирований. В некоторых отношениях Т-образная балка восходит к тому времени, когда человек впервые построил мост с опорой и настилом. В конце концов, Т-образная балка, в каком-то смысле, не более чем столб с горизонтальной кроватью наверху или, в случае перевернутой Т-образной балки, внизу. [3] Вертикальная часть, несущая натяжение балки, называется стенкой или стержнем, а горизонтальная часть, несущая сжатие, называется фланцем. Однако используемые материалы со временем изменились, но основная структура осталась прежней. Такие конструкции Т-образных балок, как путепроводы, здания и парковки, имеют дополнительный материал, добавленный на нижней стороне, где стенка соединяется с фланцем, чтобы уменьшить уязвимость Т-образной балки к сдвиговому напряжению. [4] Однако, если более глубоко изучить конструкцию Т-образных балок, можно заметить некоторые различия.

Дизайны

В отличие от двутавровой балки, у тавровой балки отсутствует нижний фланец, что обеспечивает экономию материалов, но снижает сопротивление растягивающим силам. [5] Конструкции тавровых балок бывают разных размеров, длин и ширин, чтобы соответствовать месту их использования (например, автодорожный мост, подземная парковка) и тому, как они должны противостоять напряжениям растяжения, сжатия и сдвига, связанным с изгибом балки в их конкретном применении. Однако простота тавровой балки ставится под сомнение некоторыми исследователями более сложных конструкций балок; например, группа исследователей испытала предварительно напряженные перевернутые тавровые балки с круглыми отверстиями в стенках [6] со смешанными, но в целом благоприятными результатами. Дополнительное время и усилия, вложенные в создание более сложной конструкции, могут оказаться полезными, если она впоследствии будет использоваться в строительстве . Для конкретного применения тавровой балки также необходимо выбрать наиболее подходящие материалы.

Материалы

Стальные тавровые балки

Процесс изготовления стальных тавровых балок включает: горячую прокатку, экструзию, сварку пластин и прессовую посадку. Процесс соединения больших роликов двух стальных пластин путем их зажима вместе, называемый прессовой посадкой, является обычным процессом для ненесущих балок. Реальность такова, что для большинства дорог и мостов сегодня более практично также вводить бетон в конструкцию. Большинство конструкций тавровых балок не изготавливаются только из стали или бетона, а из композита из этих двух материалов, а именно из железобетона. [7] Хотя этот термин может относиться к любому из ряда средств армирования, как правило, определение ограничивается бетоном, залитым вокруг арматуры. Это показывает, что при рассмотрении материалов, доступных для задачи, инженерам необходимо учитывать возможность того, что ни один отдельный материал не подходит для работы; скорее, лучшим решением может быть объединение нескольких материалов. Таким образом, сталь и бетон вместе могут оказаться идеальными.

Железобетонные тавровые балки

Бетон сам по себе является хрупким и, таким образом, чрезмерно подвержен напряжениям сдвига, с которыми сталкивается Т-образная балка, где встречаются стенка и полка. Вот почему сталь сочетается с бетоном в Т-образных балках. Проблема напряжения сдвига может привести к поломкам полок, отсоединяющихся от стенок под нагрузкой. [8] Это может оказаться катастрофическим, если позволить этому произойти в реальной жизни; отсюда и вполне реальная необходимость смягчить эту возможность с помощью армирования бетонных Т-образных балок. В таких композитных конструкциях возникает много вопросов относительно деталей конструкции, включая то, каким может быть идеальное распределение бетона и стали: «Для оценки целевой функции необходимо соотношение затрат стали и бетона». [9] Это показывает, что для всех аспектов конструкции композитных Т-образных балок уравнения составляются только при наличии достаточной информации. Тем не менее, есть аспекты проектирования, которые некоторые, возможно, даже не рассматривали, такие как возможность использования внешнего армирования на основе ткани, как описано Чаджесом и др., которые говорят о своих испытанных балках: «Все балки не выдержали сдвиг, а балки с композитным армированием показали превосходные характеристики сцепления. Для балок с внешним армированием было достигнуто увеличение предельной прочности на 60–150 процентов». [4] Когда дело доходит до сопротивления сдвиговым силам, внешнее армирование является допустимым вариантом для рассмотрения. Таким образом, в целом, многочисленные важные аспекты проектирования тавровых балок производят впечатление на студентов инженерных специальностей.

Проблемы

Проблема с тавровой балкой по сравнению с двутавровой балкой заключается в отсутствии нижнего фланца. Кроме того, это делает балку не такой универсальной, поскольку более слабая сторона не имеет фланца, что делает ее менее прочной на растяжение.

Бетонные балки часто заливаются как единое целое с плитой, образуя гораздо более прочную Т-образную балку. Эти балки очень эффективны, поскольку часть плиты несет сжимающие нагрузки, а арматурные стержни, размещенные в нижней части стержня, несут растяжение. Т-образная балка обычно имеет более узкий стержень, чем обычная прямоугольная балка. Эти стержни обычно располагаются на расстоянии от 4'-0” друг от друга до более чем 12'-0”. Часть плиты над стержнем спроектирована как односторонняя плита, охватывающая стержни. [ необходима цитата ]

Двутавровые балки

Двутавровая балка или двутавровая балка — это несущая конструкция, которая напоминает две Т-образные балки, соединенные друг с другом. Двутавровые балки изготавливаются из предварительно напряженного бетона с использованием предварительно напряженных постелей длиной около 200 футов (61 м) — 500 футов (150 м). Прочная связь фланца (горизонтальной секции) и двух стенок (вертикальных элементов) создает конструкцию, способную выдерживать высокие нагрузки при большом пролете. Типичные размеры двутавровых балок составляют до 15 футов (4,6 м) по ширине фланца, до 5 футов (1,5 м) по глубине стенки и до 80 футов (24 м) или более по длине пролета. [10]

Ссылки

  1. ^ "NCDOT: Железобетонные мосты с тавровыми балками".
  2. ^ Чинг, Фрэнсис Д.К. (1995). Визуальный словарь архитектуры . Нью-Йорк: John Wiley and Sons. стр. 203. ISBN 978-0-471-28451-2.
  3. ^ Эмброуз, Джеймс; Трипени, Патрик (2007). Упрощенное проектирование бетонных конструкций (8-е изд.). Чичестер: Wiley. стр. 104. ISBN 978-0-470-04414-8. Получено 26 апреля 2015 г.
  4. ^ ab Chajes, Michael J.; Januszka, Ted F.; Mertz, Dennis R.; Thomson, Theodore A. Jr.; Finch, William W. Jr. (1 мая 1995 г.). "Усиление сдвигом железобетонных балок с использованием внешних композитных тканей". ACI Structural Journal . 92 (3). doi :10.14359/1130 . Получено 26 апреля 2015 г. .
  5. ^ Ферлонг, Ричард В.; Фергюсон, Фил М.; Ма, Джон С. (июль 1971 г.). «Исследование сдвига и анкеровки арматуры в балках с перевернутыми Т-образными изгибами» (PDF) . Исследовательский отчет № 113-4 . Получено 26 апреля 2015 г. .
  6. ^ Cheng, Hock Tian; Mohammed, Bashar S.; Mustapha, Kamal Nasharuddin (3 марта 2009 г.). «Экспериментальный и аналитический анализ предварительно напряженной перевернутой Т-образной балки с круглыми отверстиями в стенке». International Journal of Mechanics and Materials in Design . 5 (2): 203–215. doi :10.1007/s10999-009-9096-4. S2CID  136040255.
  7. ^ Университет, Джек К. МакКормак, Университет Клемсона, Рассел Х. Браун, Клемсон (2014). Проектирование железобетона (Девятое издание, ACI 318-11 Code ed.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley. ISBN 978-1-118-12984-5. Получено 26 апреля 2015 г.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Парамасивам, П.; Ли, С.Л.; Лим, Т.Й. (9 января 1987 г.). «Сдвиговая и моментная прочность армированных сталефибробетонных балок». Журнал исследований бетона . 39 (140): 148–160. doi :10.1680/macr.1987.39.140.148.
  9. ^ Chou, Takashi (август 1977 г.). «Оптимальные сечения железобетонных тавровых балок». Journal of the Structural Division . 103 (8): 1605–1617. doi :10.1061/JSDEAG.0004697 . Получено 26 апреля 2015 г.
  10. ^ Gurley, Evan; Hanson, Kayla (13 октября 2014 г.). "Strength to a Double Tee". Precast Solutions Magazine . Получено 26 апреля 2015 г.

Внешние ссылки