Т-образная балка

Тавровая балка (или тавровая балка ), используемая в строительстве , представляет собой несущую конструкцию из железобетона , дерева или металла , имеющую Т - образное сечение . Верхняя часть Т -образного поперечного сечения служит фланцем или сжимающим элементом, противостоящим сжимающим напряжениям . Перегородка (вертикальное сечение) балки под сжатой полкой служит для сопротивления сдвиговому напряжению . При использовании на автодорожных мостах ^[1] балка включает в себя арматурные стержни в нижней части балки, чтобы противостоять растягивающим напряжениям, возникающим во время изгиба . ^[2]

Т-образная балка имеет большой недостаток по сравнению с двутавровой балкой (с двутавровой формой), поскольку у нее нет нижней полки, с помощью которой можно было бы противостоять растягивающим усилиям , применимым к стальному профилю. Один из способов сделать Т-образную балку более эффективной с конструктивной точки зрения — использовать перевернутую Т-образную балку с плитой перекрытия или мостовым настилом, соединяющим верхние части балок. Если все сделано правильно, плита действует как сжимающий фланец.

История

Тавровая балка — это элемент конструкции, способный выдерживать большие нагрузки за счет сопротивления балки или внутреннего армирования. В некотором смысле Т-образная балка восходит к тому времени, когда человек впервые построил мост с пирсом и настилом. В конце концов, Т-образная балка в каком-то смысле представляет собой не более чем опору с горизонтальным основанием сверху или, в случае перевернутой Т-образной балки, снизу. ^[3] Вертикальная часть, несущая натяжение балки, называется стенкой или стержнем, а горизонтальная часть, воспринимающая сжатие, называется фланцем. Однако используемые материалы с течением времени изменились, но основная структура осталась той же. Конструкции Т-образных балок, такие как эстакады автомагистралей, здания и гаражи, имеют дополнительный материал, добавленный на нижней стороне, где перемычка соединяется с фланцем, чтобы уменьшить уязвимость Т-образной балки к напряжению сдвига. ^[4] Однако если более глубоко изучить конструкцию Т-образных балок, появятся некоторые различия.

Дизайны

В отличие от двутавра, у тавровой балки отсутствует нижняя полка, что дает экономию материалов, но за счет потери устойчивости к растягивающим усилиям. ^[5] Конструкции Т-образных балок бывают разных размеров, длин и ширин в зависимости от того, где они будут использоваться (например, автодорожный мост, подземный гараж), а также от того, как они должны противостоять напряжениям растяжения, сжатия и сдвига, связанным с изгибом балки в их конкретном применении. . Однако простота Т-образной балки подвергается сомнению некоторыми, кто исследует более сложные конструкции балок; например, группа исследователей протестировала перевернутые Т-образные балки с предварительным натяжением и круглыми отверстиями в перегородках, ^[6] со смешанными, но в целом благоприятными результатами. Дополнительное время и усилия, затраченные на создание более сложной конструкции, могут окупиться, если ее впоследствии использовать в строительстве . Для конкретного применения Т-образной балки также необходимо выбрать наиболее подходящие материалы.

Материалы

Стальные Т-образные балки

Процесс производства стальных Т-образных балок включает в себя: горячую прокатку, экструзию, сварку листов и посадку под давлением. Процесс соединения двух стальных пластин путем соединения больших роликов путем сжатия их вместе, называемый напрессовкой, является распространенным процессом для ненесущих балок. Реальность такова, что сегодня для большинства дорог и мостов более практично использовать бетон. Большинство конструкций Т-образных балок состоят не только из стали или бетона, а скорее из их смеси, а именно из железобетона. ^[7] Хотя этот термин может относиться к любому из множества способов армирования, как правило, определение ограничивается бетоном, заливаемым вокруг арматуры. Это показывает, что при рассмотрении материалов, доступных для выполнения задачи, инженеры должны учитывать возможность того, что ни один отдельный материал не подойдет для работы; скорее, объединение нескольких материалов вместе может быть лучшим решением. Таким образом, сталь и бетон вместе могут оказаться идеальными.

Железобетонные Т-образные балки

Бетон сам по себе хрупкий и, следовательно, чрезмерно подвержен напряжениям сдвига, обращенным к Т-образной балке в месте соединения стенки и полки. По этой причине в Т-образных балках сталь сочетается с бетоном. Проблема напряжения сдвига может привести к выходу из строя фланцев, отсоединяющихся от стенок под нагрузкой. ^[8] Если это произойдет в реальной жизни, это может оказаться катастрофой; следовательно, существует вполне реальная необходимость смягчить эту возможность с помощью армирования бетонных Т-образных балок. В таких составных конструкциях возникает много вопросов относительно особенностей проектирования, в том числе о том, каким может быть идеальное распределение бетона и стали: «Чтобы оценить целевую функцию, необходимо соотношение стоимости стали и бетона». ^[9] Это показывает, что для всех аспектов проектирования составных Т-образных балок уравнения составляются только при наличии достаточной информации. Тем не менее, существуют аспекты проектирования, которые некоторые, возможно, даже не рассматривали, например, возможность использования внешней армировки на основе ткани, как описано Чаджесом и др., которые говорят о своих испытанных балках: «Все балки не выдержали сдвига и те, у кого была композитная арматура, продемонстрировали отличные характеристики сцепления. Для балок с внешним армированием достигнуто увеличение предела прочности от 60 до 150 процентов». ^[4] Когда дело доходит до сопротивления поперечным силам, целесообразно рассмотреть внешнее армирование. Таким образом, в целом, множество важных аспектов проектирования Т-образных балок впечатляют студентов-инженеров.

Проблемы

Проблема Т-образной балки по сравнению с двутавровой — отсутствие нижней полки. Кроме того, это делает балку не такой универсальной, поскольку на более слабой стороне отсутствует полка, что делает ее менее прочной на разрыв.

Бетонные балки часто заливаются за одно целое с плитой, образуя гораздо более прочную Т -образную балку. Эти балки очень эффективны, поскольку часть плиты воспринимает сжимающие нагрузки, а арматурные стержни, расположенные в нижней части стержня, — растяжение. Т-образная балка обычно имеет более узкий стержень, чем обычная прямоугольная балка. Эти стебли обычно располагаются на расстоянии от 4 футов до 0 дюймов друг от друга.12'-0”. Часть плиты над форштевнем спроектирована как односторонняя плита, проходящая между стержнями. ^{[ нужна ссылка ]}

Двойные Т-образные балки

Двутавровая балка или двутавровая балка представляет собой несущую конструкцию, напоминающую две тавровые балки, соединенные друг с другом. Двойные тройники изготавливаются из предварительно напряженного бетона с использованием подушек предварительного напряжения длиной от 200 футов (61 м) до 500 футов (150 м). Прочное соединение полки (горизонтального сечения) и двух стенок (вертикальных элементов) создает конструкцию, способную выдерживать высокие нагрузки при большом пролете. Типичные размеры двойных тавров 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. ^[10]

Ссылки

^ «NCDOT: Мосты из железобетонных тавровых балок» .
^ Чинг, Фрэнсис Д.К. (1995). Визуальный словарь архитектуры . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 203. ИСБН 978-0-471-28451-2 .
^ Эмброуз, Джеймс; Трипени, Патрик (2007). Упрощенное проектирование бетонных конструкций (8-е изд.). Чичестер: Уайли. п. 104. ИСБН 978-0-470-04414-8 . Проверено 26 апреля 2015 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Чаджес, Майкл Дж.; Янушка, Тед Ф.; Мерц, Деннис Р.; Томсон, Теодор А. младший; Финч, Уильям В. младший (1 мая 1995 г.). «Укрепление железобетонных балок на сдвиг с использованием композитных тканей, наносимых снаружи» . Структурный журнал ACI . 92 (3). дои : 10.14359/1130 . Проверено 26 апреля 2015 г.
^ Ферлонг, Ричард В.; Фергюсон, Фил М.; Ма, Джон С. (июль 1971 г.). «Исследование арматуры на сдвиг и крепление в изгибных балках перевернутой Т-образной балки» (PDF) . Отчет об исследовании № 113-4 . Проверено 26 апреля 2015 г.
^ Ченг, Хок Тянь; Мохаммед, Башар С.; Мустафа, Камаль Нашаруддин (3 марта 2009 г.). «Экспериментальный и аналитический анализ предварительно напряженной перевернутой Т-образной балки с круглыми отверстиями в перегородке». Международный журнал механики и материалов в дизайне . 5 (2): 203–215. дои : 10.1007/s10999-009-9096-4 . S2CID 136040255 .
^ Университет, Джек К. МакКормак, Университет Клемсона, Рассел Х. Браун, Клемсон (2014). Проектирование железобетона (Девятое издание, Кодекс ACI 318-11). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN 978-1-118-12984-5 . Проверено 26 апреля 2015 г. {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Парамасивам, П.; Ли, СЛ; Лим, Тайвань (9 января 1987 г.). «Сдвиг и моментная нагрузка армированных сталефибробетонных балок». Журнал конкретных исследований . 39 (140): 148–160. дои : 10.1680/макр.1987.39.140.148 .
^ Чжоу, Такаши (август 1977 г.). «Оптимальные железобетонные секции Т-образной балки» . Журнал структурного отдела . 103 (8): 1605–1617. дои : 10.1061/JSDEAG.0004697 . Проверено 26 апреля 2015 г.
^ Герли, Эван; Хэнсон, Кайла (13 октября 2014 г.). «Сила к двойной тройке» . Журнал «Решения для сборного железобетона» . Проверено 26 апреля 2015 г.

Внешние ссылки

[1] «NCDOT: Мосты из железобетонных тавровых балок» .

[2] Чинг, Фрэнсис Д.К. (1995). Визуальный словарь архитектуры . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. п. 203. ИСБН 978-0-471-28451-2 .

[3] Эмброуз, Джеймс; Трипени, Патрик (2007). Упрощенное проектирование бетонных конструкций (8-е изд.). Чичестер: Уайли. п. 104. ИСБН 978-0-470-04414-8 . Проверено 26 апреля 2015 г.

[Chajes-4] Перейти обратно: ^а ^б Чаджес, Майкл Дж.; Янушка, Тед Ф.; Мерц, Деннис Р.; Томсон, Теодор А. младший; Финч, Уильям В. младший (1 мая 1995 г.). «Укрепление железобетонных балок на сдвиг с использованием композитных тканей, наносимых снаружи» . Структурный журнал ACI . 92 (3). дои : 10.14359/1130 . Проверено 26 апреля 2015 г.

[5] Ферлонг, Ричард В.; Фергюсон, Фил М.; Ма, Джон С. (июль 1971 г.). «Исследование арматуры на сдвиг и крепление в изгибных балках перевернутой Т-образной балки» (PDF) . Отчет об исследовании № 113-4 . Проверено 26 апреля 2015 г.

[6] Ченг, Хок Тянь; Мохаммед, Башар С.; Мустафа, Камаль Нашаруддин (3 марта 2009 г.). «Экспериментальный и аналитический анализ предварительно напряженной перевернутой Т-образной балки с круглыми отверстиями в перегородке». Международный журнал механики и материалов в дизайне . 5 (2): 203–215. дои : 10.1007/s10999-009-9096-4 . S2CID 136040255 .

[7] Университет, Джек К. МакКормак, Университет Клемсона, Рассел Х. Браун, Клемсон (2014). Проектирование железобетона (Девятое издание, Кодекс ACI 318-11). Хобокен, Нью-Джерси: Уайли. ISBN 978-1-118-12984-5 . Проверено 26 апреля 2015 г. {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[8] Парамасивам, П.; Ли, СЛ; Лим, Тайвань (9 января 1987 г.). «Сдвиг и моментная нагрузка армированных сталефибробетонных балок». Журнал конкретных исследований . 39 (140): 148–160. дои : 10.1680/макр.1987.39.140.148 .

[9] Чжоу, Такаши (август 1977 г.). «Оптимальные железобетонные секции Т-образной балки» . Журнал структурного отдела . 103 (8): 1605–1617. дои : 10.1061/JSDEAG.0004697 . Проверено 26 апреля 2015 г.

[npca-10] Герли, Эван; Хэнсон, Кайла (13 октября 2014 г.). «Сила к двойной тройке» . Журнал «Решения для сборного железобетона» . Проверено 26 апреля 2015 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]