СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОТЯЖЕННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ТВЕРДЕЮЩЕГО МАТЕРИАЛА С АРМИРОВАНИЕМ Российский патент 2023 года по МПК E04C3/34 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в каркасах многоэтажных и высотных зданий и сооружений.

Из уровня техники известно армирование колонн металлическими стержнями (Статья «Технология армирования бетона» от 06.03.2021 г. по ссылке https://vseoarmature.ru/armirovanie/betona). При армировании колонн основные стержни располагаются вертикально, их количество зависит от формы и размера колонны. Соединяются они между собой в единый каркас с помощью горизонтальных поперечных элементов в виде хомутов. Недостатком данного способа является недостаточная прочность конструкции.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является колонна (патент RU 2121045, опубл. 27.10.1998 г.), которая содержит металлическую трубу с бетонным ядром внутри, армированным спиральной арматурой так, чтобы спираль либо касалась внутренних стенок трубы, либо отстояла от них не более чем на 2-3 мм. Недостатком данного способа является недостаточная прочность и устойчивость конструкции.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа армирования колонны.

Данная задача решается тем, что способ изготовления протяженных строительных конструкций из твердеющего материала с армированием предусматривает приготовление твердеющего материала, обустройство опалубки, армирование, укладку твердеющего материала, снятие опалубки, армирование осуществлено путем помещения в тело строительной конструкции сети из плетеных гибких нитей путем расширения сети нитей из сплетенного шнура с постепенной укладкой твердеющего материала в опалубку.

Техническим результатом является повышение прочности и устойчивости строительной колонны, повышение технологической надежности исполнения.

Армирование колонны происходит путем помещения в тело колонны сети из плетеных гибких нитей.

Изобретение поясняется фигурами, на которых изображено:

на фиг. 1 схематичный вид колонны в разрезе,

на фиг. 2 схематичный вид сверху на колонну с устройством расширения и шнуром,

на фиг. 3 результаты испытания цифровой модели колонны,

на фиг. 4 - вид сети армирования круглой колонны,

где

1 - затвердевший материал тела колонны

2 - сеть из нитей в колонне

3 - устройство расширения

4 - нити

5 - шнур из нитей

6 - опалубка

7 - свежий твердеющий материал.

Тело колонны содержит затвердевший материал 1, в котором расположена сеть 2 из плетеных гибких нитей 4. Нити 4 подаются в виде сплетенного шнура 5 и расширяются до необходимого пространственного размещения в теле колонны.

Шнур 5 - это жгут из сплетенных вправо и влево нитей. В шнуре 5 может применяться от четырех (минимальное количество для пространственного каркаса жесткости с равным количеством вправо и влево сплетенных нитей) до ста нитей. Количество нитей армирования зависит от диаметра колонны и может соответствовать колоннам от 300 мм до 10000 мм в диаметре. Шнур может состоять из нескольких слоев плетения, каждый слой при этом будет формировать свой каркас в теле твердеющего материала. В шнуре может быть применена центральная нить, которая в теле колонны будет располагаться вблизи оси колонны.

Могут применяться различные схемы плетения шнура из нитей, в частности:

- плетение одинарными нитями, парными или тройными;

- плетение в два-три слоя, в котором первый слой (наружный) из десяти сдвоенных нитей, второй слой (средний) из восьми одинарных и три центральных нити в сердцевине;

- любая другая комбинация нитей.

На входе в твердеющий материал нити шнура расширяются устройством расширения 3 без нарушения плетения. Величина расширения соответствует требуемому расстоянию между нитями в затвердевшем материале и удерживает их в таком положении в процессе работы. По мере подъема опалубки 6, твердеющего материала и устройства расширения 3, нити расширяются из шнура 5 и фиксируются бетоном в теле колонны в соответствии с принципом плетения, но распределяясь по всему объему тела колонны.

Устройство расширения шнура представляет из себя концентрически расположенные диски-шестерни, в которых есть прорези-проходы для пересекающих их нитей. Вращение дисков приводит к попеременному совмещению прорезей. По этим проходам нити переходят из одного диска в другой. Количество дисков, а также принцип размещения проходов должны строго соответствовать принципу плетения шнура. Устройство расширения удерживается и перемещается вдоль колонны, используя известные из уровня техники держатели и устройства перемещения, закрепляясь на стартовой площадке или затвердевшем теле колонны.

Принцип работы устройства расширения подобен работе шнуроплетельного устройства. Разница в том, что расширительное устройство пропускает через себя нити, не меняя их принципиального расположения и удерживает их на необходимом расстоянии друг от друга.

В шнуре могут применяться различные нити: полимерные, стальные, углеродные, из металлических сплавов. Диаметры нитей могут быть от 0,5 до 50 мм. В шнуре могут применяться нити разной толщины.

Суммарный диаметр нитей зависит от диаметра колонны. Так суммарная площадь сечения нитей должна быть в диапазоне 1-10% от площади сечения колонны. Данный диапазон шире принятых показателей армирования бетонных колонн (3-5%) стальной арматурой и значительно расширяют возможности армирования таким способом для выполнения разных задач. При увеличении диаметра колонны и уменьшении процента армирования - получают более прочную колонну. При уменьшении диаметра колонны и увеличении процента армирования - повышается гибкость и устойчивость колонны. Снижение процента армирования ниже 1% или превышение выше 10% приведет к потере прочности или устойчивости конструкции.

После выхода нитей из устройства расширения 3 опалубка колонны 6 заполняется твердеющим материалом 7. При затвердении материала вся система, включающая устройство расширения со шнуром, перемещается выше и пространство в опалубке снова заполняется твердеющим материалом. Процесс подачи шнура, расширение нитей шнура, поднятия устройства расширения и подачи твердеющего материала - непрерывный. Таким образом, обеспечивается постоянное наращивание тела колонны и движение устройства вверх. Скорость наращивания колонны ограничена скоростью затвердевания материала и может составлять от 0,5 см до 50 см в час.

В качестве твердеющего материала возможно применение бетонных смесей и иных видов вяжущих веществ, в том числе: бетонно-полимерной смеси, а также составов на полимерной или эпоксидной основе.

Шнур из нитей не ограничен по длине. Таким образом, длина колонны может быть ограничена только конструктивными особенностями создания опалубки, высотой подачи материала (заполнителя, шнура), а также несущей способностью колонны. Подача шнура осуществляется со строительной площадки.

В результате применения данного способа в теле колонны формируется сеть из армирующих нитей, переплетенных определенным способом, с необходимым количеством и пространственным расположением нитей. Обеспечивается защитный слой, необходимый для сохранения прочности нитей.

При применении данного способа армирования колонн нити армирования располагаются не вертикально и не горизонтально, а с наклоном 5°-30° к оси колонны, в форме спирали. Наличие спирального размещение и ее поворот (правый/левый) обеспечено типом плетения шнура. Спиральное размещение нити в шнуре полностью соответствует спиральному размещению нити в теле колонны. Это позволяет каждой нити получить объемную форму расположения. Такая форма расположения нитей приводит к распределению нагрузок при изгибании колонны на все нити. В отличии от других методов армирования, где нагрузку принимают только нити в растянутой зоне. Угол наклона нитей к оси колонны регулируется отношением скорости поднятия устройства расширения и соответственно подачи твердеющего раствора и скорости подачи шнура через устройство расширения.

Спиралевидное размещение нитей не требует горизонтальной обвязки нитей хомутами, что снижает затраты и упрощает процесс; предотвращает образование диагональных трещин; противодействует кручению и прогибу арматуры.

Испытания цифровой модели колонны (фиг. 3) показали, что колонны, изготовленные заявленным способом, являются более устойчивыми и возвращаются в исходное состояние после изгиба при большей нагрузке, чем колонны с классическим стальным армированием. На испытаниях цифровой модели колонна с сетчатым армированием (фиг. 3б) из десяти нитей углеволокна 14 мм в диаметре показали устойчивость на 8% выше, чем колонна с классическим армированием (фиг. 3а) десятью нитями стали 18 мм. Расположение нитей армирования в теле колонны изображено на фиг. 4. Моделирование производилось на колоннах диаметром 400 мм и длиной 6000 мм.

Нагрузки были приняты как 200 т - вертикальная нагрузка, 40 т - боковая нагрузка. На представленных моделях нагрузки прикладывались к верхней части колонн, при этом низ колонн был защемлен. При моделировании нагрузок были получены коэффициенты устойчивости колонн: 17,116 для колонны с заявляемым типом армирования (диаметр нитей - 14 мм) и 18,477 для классической колонны (диаметр нитей 18 мм). Отрицательное значение говорит о потере устойчивости колонн при приложенной нагрузке. В итоге колонна, изготовленная заявленным способом армирования, устойчивее на 7% при значительной экономии на диаметре нитей. При сравнении колонн с равным диаметром нитей армирования устойчивость колонны, изготовленной заявленным способом армирования, выше более чем на 20%.

Таким образом, существенными преимуществами заявленного способа является:

- Снижение количества отдельных элементов армирования;

- Отсутствие стыков в нитях армирования;

- Существенное снижение количества операций ручного труда для выполнения армирования.

Заявленный способ армирования обеспечивает:

1. Формирование колонн со значительно большей устойчивостью (способность принимать первоначальную форму после прекращения действия нагрузки). Таким образом, колонны с сетчатым армированием углеволокном способны заменить колонну большего диаметра с применением классического армирования.

2. Снижение необходимости ручного труда при формировании арматурного каркаса. Это снижает затраты и снижает риск ошибок в производстве работ.

В результате применения данного способа возможно получить вертикальную, монолитную, армированную колонну круглого сечения, обладающую уникальными свойствами прочности и устойчивости.

Колонны, полученные данным способом, могут применяться (использоваться):

- в строительных конструкциях с высотой этажа более пяти метров;

- в опорах мостов высотой более двадцати метров;

- в колоннах в конструкциях с ограниченным доступом людей (высотные конструкции, опасные среды);

- в отдельно стоящих колоннах, предполагающих свободное размещение большой нагрузки (колебания), поддерживаемой колонной - столбы, опоры водонапорных башен, опоры ветрогенераторов и т.п.;

- в сейсмоустойчивых, гибких монолитных конструкциях, поглощающих колебания фундамента и/или земли;

- в конструкциях, поддерживающих нагрузки, выполняющие низкопериодичные пространственные колебания (0,01-5 Гц).

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в каркасах многоэтажных и высотных зданий и сооружений. Способ изготовления протяженных строительных конструкций из твердеющего материала с армированием предусматривает приготовление твердеющего материала, обустройство опалубки, армирование, укладку твердеющего материала, снятие опалубки, армирование осуществлено путем помещения в тело строительной конструкции сети из плетеных гибких нитей путем расширения сети нитей из сплетенного шнура с постепенной укладкой твердеющего материала в опалубку. Техническим результатом является повышение прочности и устойчивости строительной колонны. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ изготовления протяженных строительных конструкций из твердеющего материала с армированием, предусматривающий приготовление твердеющего материала, обустройство опалубки, армирование, укладку твердеющего материала, снятие опалубки, отличающийся тем, что армирование осуществлено путем помещения в тело строительной конструкции сети из плетеных гибких нитей путем расширения сети нитей из сплетённого шнура с постепенной укладкой твердеющего материала в опалубку.

2. Способ изготовления протяженных строительных конструкций из твердеющего материала с армированием по п.1, отличающийся тем, что суммарная площадь сечения нитей должна быть в диапазоне 1-10% от площади сечения колонны.

3. Способ изготовления протяженных строительных конструкций из твердеющего материала с армированием по п.1, отличающийся тем, что в качестве гибких нитей могут применяться нити: полимерные, стальные, углеродные, из металлических сплавов.

4. Способ изготовления протяженных строительных конструкций из твердеющего материала с армированием по п.1, отличающийся тем, что диаметры нитей могут быть от 0,5 до 50 мм.

5. Способ изготовления протяженных строительных конструкций из твердеющего материала с армированием по п.1, отличающийся тем, что в шнуре могут применяться нити разной толщины.

6. Способ изготовления протяженных строительных конструкций из твердеющего материала с армированием по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердеющего материала возможно применение бетонных смесей и иных видов вяжущих веществ, в том числе: бетонно-полимерной смеси, а также составов на полимерной или эпоксидной основе.