СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ КАРКАСА КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2019 года по МПК E04B1/20 

Изобретение относится к строительству, машиностроению, строительству, автомобильной и авиационной промышленности, судостроению и может быть использовано при возведении пространственных конструкций и сооружений различного назначения.

Известен способ возведения перекрытий, предполагающий формирование несущих железобетонных стен зданий, сооружений одновременно с плитами перекрытий. В процессе возведения в пространство, ограниченное щитами скользящей опалубки, подают значительные объемы бетонной смеси по известной технологии. (SU, А, № 737600, 1980).

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ возведения каркаса сооружений, конструкций, предполагающий возведение несущих армированных элементов (RU, C1, №2679013, 2019).

Недостатком известного решения является невозможность возведения сложных пространственных конструкций при армировании тонкими карбоновыми нитями или рукавами.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, направлен на возможность возведения сложных пространственных конструкций и повысить их прочностные характеристики.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе возведения каркаса конструкции, предполагающем послойное формирование внешней длинномерной пространственной замкнутой оболочки требуемой конфигурации из твердеющего материала с внутренним сквозным продольным каналом, последующее размещение по всей длине упомянутых каналов тонкостенной резиновой трубки, покрытой снаружи армирующим рукавом из волокнистого материала, последующую подачу в пространство между внутренней поверхностью внешней оболочки и резиновой трубкой полимерного твердеющего материала, после чего до твердения полимерного твердеющего материала во внутреннюю полость резиновой трубки под избыточным давлением подают подвижный агент, удаляют избыточный объем полимерного твердеющего материала и поддерживают избыточное давление до набора твердеющим материалом требуемой прочности, после чего сбрасывают избыточное давление.

В качестве подвижного агента используют воздух.

В качестве армирующего волокнистого материала используют карбоновый рукав.

В качестве армирующего волокнистого материала используют рукав из стеклопластика.

Внешнюю длинномерную полую оболочку формируют путем соединения между собой предварительно изготовленных фрагментов.

В качестве отдельных фрагментов внешней оболочки используют элементы, способные сохранять стабильную форму.

В качестве отдельных фрагментов используют отрезки пластиковых и/или металлопластиковых труб.

Пространство между внешней поверхностью канала внешней оболочки и резиновой внутренней трубки заполняют методом вакуумного наполнения.

Поскольку заявленный способ отличается от наиболее близкого технического решения рядом существенных признаков, он соответствует условию патентоспособности «новизна».

Реализация заявленного изобретения не противоречит известным законам физики и механики, что позволяет утверждать о его соответствии условию патентоспособности «промышленная применимость».

Поскольку из известных источников информации не известен прием формирования сложного пространственного каркаса без применения опалубки с формированием внутренних каналов для армирования методом растворения и последующего армирования его нитями или рукавом из волокнистого материала с последующим заполнением твердеющим материалом, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Предлагаемый способ предусматривает послойное возведение внешней замкнутой пространственной несущей оболочки со сквозным продольным каналом посредством 3D-принтера с двумя печатающими головками. Одна головка предназначена для формирования несущей оболочки, вторая – для подачи материала, способного быть извлеченным после твердения материала несущей оболочки, который послойно укладывают по месту положения сквозных каналов. Извлечение данного материала возможно, например, путем его растворения в жидкости, например в воде, или плавления в результате нагревания.

Материалы для несущей оболочки и материала для формирования канала нагревают до температуры их плавления, после чего его подают через сопла малого диаметра, расположенные на соответствующей печатающей головке, с послойным нанесением на поверхность предыдущего слоя, где он и застывает. Слои оболочки и сквозного канала формируют перемещением головок в горизонтальной плоскости, а вертикальное смещение при переходе к следующему слою обеспечивается опусканием рабочего стола с размещенной на нем заготовкой или поднятием печатающей головки.

В случае формирования каркаса сложной пространственной структуры внешняя оболочка может изготавливаться путем соединения между собой отдельных предварительно созданных фрагментов. В качестве таковых фрагментов могут быть использованы любые элементы, способные сохранять стабильную форму, например, куски пластиковых или металлопластиковых труб.

В случае использования материалов с низкой температурой плавления (например, парафина) несущую оболочку или предварительно до начала ее изготовления формируют на наклонном основании, или же осуществляют поворот горизонтальной платформы в сторону одного из отверстий формируемого канала после ее изготовления, затем нагревают конструкцию до температуры свыше температуры плавления извлекаемого материала, но существенно ниже температуры плавления материала несущей оболочки. В зависимости от размеров оболочки нагрев ведут как всего изделия в целом, так и последовательно расположенными участками от выходного отверстия продольного канала через срединную его часть к противоположному отверстию.

Перед нагревом конструкции и удалением материала с низкой температурой плавления осуществляют наклон конструкции в сторону входного или выходного отверстия продольного канала, или же изначально осуществляют укладку материалов несущей оболочки и продольных каналов на наклонном основании. Для ускорения процесса удаления материала из продольного канала используют сжатый воздух.

После окончательного создания несущей оболочки осуществляют операции по формированию в ней сквозных каналов путем извлечения заполняющего их материала. В случае использования материала, растворяемого водой (поливиниловый спирт или PVA- пластик) оболочку помещают в резервуар с водой, желательно подогретой, или использовать напор потока воды, подаваемой внутрь оболочки, по шлангу под давлением. В других случаях для растворения внутренних каналов применяются не вода, а специальные растворяющие жидкости.

Во внутренних продольных каналах внешней оболочки после набора прочности размещают отрезки проволоки, полимерной нити и т.д., с помощью которых в дальнейшем протягивают на всю длину ее продольного отверстия длинномерный армирующий материал из углеволокна, стеклопластика или другого волокнистого материла в виде нитей или рукавов.

Затем в пространство канала с установленным волокнистым армирующим элементом подают жидкий твердеющий полимерный материал, например эпоксидную смолу, и выдерживают до набора материалом нормативной прочности. После затвердевания волокнистый армированный материал и полимерный материал образуют жесткий армированный канал, способный значительно увеличить прочностные характеристики несущего каркаса конструкций.

Армирующий рукав или нити из углеродного волокна обеспечивает каркасу высокую прочность и устойчивость к динамическим и статическим нагрузкам.

Помимо этого предложенный способ позволяет изготавливать пространственный каркас повышенной несущей способности любой сложности.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении пространственных конструкций и сооружений различного назначения. Техническим результатом является возможность возведения сложных пространственных конструкций и повышение их прочностных характеристик. Технический результат достигается тем, что способ возведения каркаса конструкции предполагает послойное формирование внешней длинномерной пространственной несущей замкнутой оболочки требуемой конфигурации из твердеющего материала с внутренним сквозным продольным каналом, размещение армирующих элементов в упомянутых каналах и последующее заполнение их твердеющим составом, при этом продольные каналы для армирующих элементов формируют путем послойной укладки материала, способного быть извлеченным из затвердевшей оболочки путем внешнего воздействия, одновременно с укладкой материала несущей оболочки, после твердения которого удаляют извлекаемый материал, формируя таким образом продольные замкнутые каналы, после чего в них размещают армирующие элементы и заполняют их полимерным быстротвердеющим материалом. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ возведения каркаса конструкции, предполагающий послойное формирование внешней длинномерной пространственной несущей замкнутой оболочки требуемой конфигурации из твердеющего материала с внутренним сквозным продольным каналом, размещение армирующих элементов в упомянутых каналах и последующее заполнение их твердеющим составом, отличающийся тем, что продольные каналы для армирующих элементов формируют путем послойной укладки материала, способного быть извлеченным из затвердевшей оболочки путем внешнего воздействия, одновременно с укладкой материала несущей оболочки, после твердения которого удаляют извлекаемый материал, формируя таким образом продольные замкнутые каналы, после чего в них размещают армирующие элементы и заполняют их полимерным быстротвердеющим материалом.

2. Способ возведения каркаса конструкции по п. 1, отличающийся тем, что в качестве удаляемого материала используют растворяемый в воде материал.

3. Способ возведения каркаса конструкции по п. 1, отличающийся тем, что в качестве удаляемого материала используют материал с более низкой температурой плавления, чем материал несущей оболочки.

4. Способ возведения каркаса конструкции по п. 3, отличающийся тем, что перед нагревом конструкции и удалением материала с низкой температурой плавления осуществляют наклон конструкции в сторону входного или выходного отверстия продольного канала.

5. Способ возведения каркаса конструкции по п. 3, отличающийся тем, что удаление материала с низкой температурой плавления осуществляют путем подачи сжатого воздуха.

6. Способ возведения каркаса конструкции по п. 1, отличающийся тем, что при укладке извлекаемого материала вдоль оси продольного канала на всю его длину укладывают гибкую связь для протаскивания армирующего элемента.