Что такое составная балка?

Составная балка представляет собой строительный элемент, обычно состоящий из железобетонной плиты, прикрепленной к профилированным стальным балкам и поддерживаемой ими. Композитные балки прочнее, чем сумма их составных частей, и демонстрируют выгодное сочетание прочностных характеристик обоих материалов. Это означает, что композитная балка из стали и бетона будет обладать как прочностью бетона на сжатие, так и прочностью стали на растяжение. Есть несколько других типов составных балок, используемых в строительной отрасли, которые сочетают в себе различные марки бетона с пластиковыми композитами и древесиной. Однако чаще всего используется стальная и железобетонная композитная балка.

Соединение двух разнородных материалов с образованием композита не только сочетает в себе сильные стороны двух материалов. Формирование союза между соответствующими материалами фактически улучшает их физические характеристики и делает композит прочнее, чем сумма их сил. В крупномасштабном строительстве наиболее часто используются комбинации стали и бетона для составных балок. Бетон придает композитной массе, жесткости и прочности на сжатие и уменьшает прогиб и вибрацию в плите. Стальные элементы придают балке прочность на растяжение с отличным соотношением прочности к весу и короткими сроками строительства.

Одной из наиболее важных частей составной балки являются точки крепления или соединители сдвига между двумя материалами. Правильное соединение двух частей композита позволяет материалам действовать как единое целое и придает композитной балке присущую ей прочность. Эти срезные соединители обычно представляют собой шпильки, приваренные к стальным балкам и вставленные в бетонную плиту. Количество и размер этих соединителей сдвига тщательно рассчитаны, поскольку они представляют собой критическую часть механических характеристик композита.

В составной балке из бетона и стали могут использоваться ранее отлитые бетонные плиты или она может быть отлита на месте. Сборные плиты имеют прорези или карманы, в которые вставляются крепежные шпильки. Эти карманы затем заполняются бетоном, когда плита находится в правильном положении. Изготовление плит на месте немного сложнее и требует укладки профилированного листа перед заливкой бетона. Эта палуба обычно изготавливается из тонколистовой листовой стали с различными профилями в зависимости от области применения.

Лист укладывается поверх балок, а затем к балкам крепятся соединители, работающие на сдвиг, с помощью процесса «сквозной сварки» или дробеструйного обжига. После того, как настил установлен, сверху заливают бетон и добавляют арматурные стержни. Настил служит для закрытия или удержания влажного бетона, а также придает прочность композиту после затвердевания плиты.

Несколько других типов составных балок используются в строительстве меньшего масштаба. К ним относятся деревянные балки, которые поддерживают легкие бетонные полосы, используемые в качестве плит перекрытий во многих деревянных домах. Композитные коробки с бетонным наполнителем часто используются при строительстве мостов. Они прочны, быстро изготавливаются и имеют относительно легкий вес, для установки которых требуется минимум тяжелой техники. Несмотря на то, что используемые материалы сильно различаются, все эти конструктивные элементы используют тот же принцип общей прочности, что и более традиционные стальные и бетонные балки.

В чем разница между композитной и герметичной балкой?

Как упоминалось ранее, конструкции и здания содержат широкий спектр типов балок. Композитные балки — лишь один из более чем 20 видов, используемых в современном строительстве. Но, возможно, вы сталкивались с термином «герметичная балка» и находите его немного запутанным. Герметичная балка вообще имеет какое-то отношение к строительству?

Как оказалось, герметичные балки не из строительного мира. Они представляют собой тип конструкции автомобильной фары, которая включает в себя лампу, расположенную за линзой и запечатанную в автономном блоке. Это был олдскульный тип, которым оснащалось большинство автомобилей до 1990 года. В большинстве современных автомобилей вы найдете композитные фары:они зависят от марки/модели, что позволяет заменить только лампочку, если она перегорит. Напротив, вам приходилось заменять всю герметичную фару, если она неисправна.

Типы строительных балок

Итак, теперь, когда мы знаем, что герметичные балки не имеют никакого отношения к миру строительства, давайте сделаем краткий обзор наиболее распространенных видов балок. Вы найдете их классифицированными на основе некоторых логических характеристик, включая условия поддержки, строительные материалы, геометрию, формы поперечного сечения и метод строительства.

Материалы балки и условия поддержки

Композитные балки относятся к той же категории, что и железобетонные, стальные и деревянные. Большинство из них сделаны путем соединения стали с железобетоном, но другие стили сочетают пластиковые композиты и древесину с бетоном. Другие балки, классифицированные по конструкционным материалам, включают чистую сталь, древесину и железобетон.

Строительные балки также классифицируются по тому, как они поддерживаются. Свободно опертые балки опираются на шарнирную опору с одного конца и на роликовые опоры с другого. Благодаря этой настройке он может свободно вращаться. Неподвижные балки, напротив, имеют опоры на обоих концах, но не могут вращаться. Консольные балки крепятся к вертикальной поверхности и отходят от нее. Они обычно используются для создания таких конструкций, как эркеры и балконы. Неразрезные балки оборудуются более чем двумя опорами по всей длине.

Геометрия балки и формы поперечного сечения

Форма и геометрия также играют ключевую роль в функционировании балки. Те, которые имеют форму поперечного сечения, обычно изготавливаются из железобетона, стали или их смеси. Типичные конструкции включают прямоугольные, Т-образные, L-образные, прямые, изогнутые или конусообразные формы.

Метод построения

Бетонные балки могут быть изготовлены с помощью специальных методов изготовления, чтобы обеспечить наилучшую возможную поддержку. Литые бетонные балки изготавливаются прямо на месте, а сборные железобетонные балки изготавливаются на заводах до начала строительства. Существуют также балки из предварительно напряженного бетона, которые содержат предварительно натянутые металлические пряди внутри каждой балки для улучшения ее характеристик.

Какие пенопласты используются для композитных балок?

Вы уже узнали о композитных и других типах балок, используемых в строительстве. Но в высокопроизводительных средах используется другой тип составной балки:многослойная балка. Эта структура обычно используется в аэрокосмической, автомобильной, морской промышленности и производстве ветряных турбин. Многослойные композитные балки имеют множество преимуществ:прочность, сопротивление усталости, долговечность и жесткость.

Как устроены многослойные балки

Многослойные композитные балки обычно состоят из внутреннего сердечника с низкой жесткостью и низкой плотностью, соединенного с двумя внешними оболочками и прочным клеем. Внешняя обшивка часто содержит углеродное волокно или алюминий аэрокосмического класса, но они также могут быть изготовлены из многослойного стекла, термопластов, армированных углеродным волокном, или термореактивных полимеров. Их внутренняя часть с низкой плотностью состоит из пенопласта с открытыми или закрытыми порами. При изготовлении композитных многослойных балок производители могут выбирать из множества материалов:

• Пена Nomex
• Металлические соты
• Пенопластовые полимеры

Пенопласты Nomex

Nomex — прочный термостойкий и огнестойкий метаарамидный полимер, впервые созданный компанией DuPont в начале 1960-х годов. Номекс может похвастаться прочностью на разрыв 340 мегапаскалей, что примерно эквивалентно 49 300 фунтов на квадратный дюйм. Он также может выдерживать температуры почти до 700 градусов по Фаренгейту.

Полимерные пены

Пенопластовые полимеры также являются популярным выбором для сердцевин многослойных композитных балок. Чаще всего используются полиуретан, поливинилхлорид, полиэтилен и полистирол. Как и номекс, они создают интерьер с низкой плотностью.

Преимущества многослойных композитных балок

Многослойные композитные балки обеспечивают некоторые важные преимущества с инженерной точки зрения. Благодаря сочетанию жесткой внешней обшивки с внутренними сердечниками низкой плотности эти балки обеспечивают превосходную прочность при одновременном снижении общего веса. Такая конструкция обеспечивает высокую прочность на изгиб и жесткость относительно веса балок. В зависимости от конкретных материалов внутри каждой балки они также могут обладать теплоизоляционными свойствами, а также коррозионной стойкостью и стабильностью. Они также обеспечивают превосходную ударопрочность, способность поглощать энергию удара во время столкновений.