Колонна композитобетонная Российский патент 2024 года по МПК E04C3/34 

Область техники

Композитобетонная колонна относится к области строительства и может быть использована в качестве несущей композитобетонной колонны для жилых и промышленных зданий, с использованием арматуры из гибридных композитов.

Уровень техники

Известна железобетонная колонна (патент RU №149993, МПК E04C 3/20, опубликовано: 27.01.2015 Бюл. № 3), содержащая бетон, продольную и поперечную арматуру, причем железобетонная колонна содержит продольную стальную и продольную стеклопластиковую арматуру.

Недостатком известного устройства является низкая несущая способность композитобетонной колонны.

Известно устройство - железобетонная колонна (Сахановский К.В. Железобетонные конструкции. Госстройиздат, М., 1959, 840 с., с. 82), содержащая бетон, продольную и поперечную арматуру, причем поперечная арматура выполнена в виде хомутов, препятствующих выпучиванию продольных стержней при сжатии.

Недостатком данного устройства является низкая несущая надежность композитобетонной колонны.

Известно устройство арматурный каркас (патент RU №138250, МПК E04C 3/20, опубликовано: 10.03.2014 Бюл. №7), включающий несколько продольных арматурных стержней из композитных материалов и несколько поперечных формообразующих арматурных элементов в виде замкнутого контура, соединенных друг с другом в местах соединения с помощью соединительных средств в имеющий форму трубы арматурный каркас, причем продольные арматурные стержни закреплены снаружи формообразующих арматурных элементов, а арматурный каркас дополнительно снабжен огибающей его поперечной арматурой, выполненной в виде встречной спиральной намотки арматурных прутков с образованием X-образной структуры и жестко связанной с продольными арматурными стержнями в местах их контакта, и центрирующими элементами, обеспечивающими центровку арматурного каркаса при его установке в скважину.

Известно наиболее близкое устройство композитобетонная колонна (патент RU №155801, МПК E04C 3/20, опубликовано: 20.10.2015 Бюл. №29), включающая арматурные стержни из композитного материала и несколько поперечных формообразующих арматурных элементов в виде замкнутого контура, вместе образующие арматурный каркас для его работы совместно с бетоном, причем арматурный каркас выполнен в виде монолитного композитного сетчатого каркаса со спиральными и кольцевыми ребрами, выполненными послойно методом непрерывной автоматизированной намотки, при этом спиральные рёбра сетчатого арматурного каркаса расположены симметрично друг другу относительно вертикальных осей, проходящих через точки пересечения спиральных рёбер и под углом, большим или равным 5° и меньшим 90° к этим вертикальным осям, при том кольцевые рёбра расположены таким образом, что делят спиральные рёбра на равные части для повышения несущей способности композитобетонной колонны.

Недостатком наиболее близкого устройства является низкая несущая надежность композитобетонной колонны.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом заявленного решения является повышение несущей способности композитобетонной колонны.

Настоящий технический результат достигается в устройстве колонна композитобетонная, содержащем внутри бетонного тела продольную и поперечную арматуру в виде хомутов, при этом базальтопластиковая основа сердечника арматуры в виде волокна, пропитана связующими смолами, несущий стержень арматуры выполнен с обмоткой, причем продольная и поперечная арматура в виде хомутов выполнена из базальтопластиковой арматуры в поперечном сечении эллипсовидной формы, при этом длинная ось эллипса совмещена с направлением максимальной нагрузки поперечного сечения колонны, длины осей эллипса приняты в пропорции с расчетными нагрузками по осям поперечного сечения посередине длины колонны, в середине колонны установлено центральное поперечное армирование прямоугольником в виде хомута с расположением длинных осей эллипса перпендикулярно продольной арматуры, последующие горизонтальные армирующие прямоугольники установлены с нелинейным увеличением расстояния один от другого к краям колонны пропорционально уменьшению нагрузки по эпюре, при том базальтопластиковая основа сердечника арматуры в виде волокна, пропитанная связующими смолами, выполнена с добавлением базальтового порошка фракции до 79 мкм, предварительно равномерно перемешанного в смоле, намоточный жгут исполнен также с добавлением базальтового порошка.

Отличительными признаками являются:

продольная и поперечная арматура в виде хомутов выполнена из базальтопластиковой арматуры в поперечном сечении эллипсовидной формы, при этом длинная ось эллипса совмещена с направлением максимальной нагрузки поперечного сечения колонны, длины осей эллипса приняты в пропорции с расчетными нагрузками по осям поперечного сечения посередине длины колонны, в середине колонны установлено центральное поперечное армирование прямоугольником в виде хомута с расположением длинных осей эллипса перпендикулярно продольной арматуры, последующие горизонтальные армирующие прямоугольники установлены с нелинейным увеличением расстояния один от другого к краям колонны пропорционально уменьшению нагрузки по эпюре, это повышает несущую способность композитобетонной колонны;

базальтопластиковая основа сердечника арматуры в виде волокна, пропитанная связующими смолами, выполнена с добавлением базальтового порошка фракции до 79 мкм, предварительно равномерно перемешанного в смоле, намоточный жгут исполнен также с добавлением базальтового порошка, что повышает несущую способность композитобетонной колонны, за счет применения гибридных композитов [3].

Гибридные композиты арматуры повышают несущую способность композитобетонной колонны, базальтовый порошок фракции до 79 мкм, в которой равномерно перемешанный в связующей смоле, выполняет цементирующие скрепляющие свойства, аналогично бетонам, повышая устойчивость тела арматуры.

Принцип надежности арматуры состоит в изменении геометрической формы арматуры с той же самой площадью и с тем же самым материалом для увеличения момента сопротивления в определенном направлении, а это значит, увеличение и надежности конструкции. Момент сопротивления по оси максимальной нагрузки, эллипса с соотношением большей оси к меньшей 1,28 и с площадью равной площади поперечного сечения круга 14 мм, увеличился в 1,133 раза, т.е. на +13,3%, см. табл. Момент сопротивления по оси минимальной нагрузки, в аналогичных условиях, уменьшился до 0,88 раза или -12%. Суммарные моменты сопротивления по обеим осям увеличились в 1,008 раза, т.е. на +0,8% [4].

Сравнение заявляемого решения с аналогом и прототипом не выявило в них признаки, заявляемого решения, это позволило сделать вывод о соответствии критерию «новизна».

Краткое описание таблицы и фигур

В табл. представлена взаимосвязь соотношения величин осей эллипса и круга с моментами сопротивления по соответствующим осям эллипса и круга по данным [4].

Сущность технического решения поясняется фигурами, где:

на фиг. 1 показан изометрический вид фрагмента колонны композитобетонной, включающей: 1 - бетонное тело; 2 - поперечную базальтопластиковую арматуру в виде хомутов; 3 - продольную базальтопластиковую арматуру; 4 - продольную сторону хомута; 5 - поперечную сторону хомута;

на фиг. 2 показан разрез А-А, продольной базальтопластиковой арматуры с фиг. 1, включающий: 3 - продольную базальтопластиковую арматуру;

на фиг. 3 показан разрез Б-Б с фиг. 1 поперечной базальтопластиковой арматуры в виде продольной стороны хомута, включающий: 4 - продольную сторону хомута;

на фиг. 4 показан разрез В-В с фиг. 1 поперечной базальтопластиковой арматуры в виде поперечной стороны хомута, включающий: 5 - поперечную сторону хомута.

Осуществление изобретения

Пример выполнения устройства.

Для изготовления колонн монолитным композитобетоном на специализиронном участке предприятия изготавливают композитную арматуру, предусмотренную проектом по форме и размерам сечения арматуры, по размерам и форме прутков и хомутов.

Для всех материалов повышение несущей способности, за счет изменения геометрической формы несущего стержня, в поперечном сечении и пространственного позиционирования композитной арматуры в силовых нагрузках является эффективным.

Основным сырьем для производства базальтопластиковой арматуры является базальторовинг. Его изготавливают путем расплавления базальтовой массы с последующим вытягиванием в нить толщиной от 10 до 20 микрон. Нити, пропитанные специальным замасливателем, собираются в пучок называемый базальторовингом. Кроме ровинга для изготовления базальтопластиковой арматуры требуется: смолы; намоточный жгут в виде ровинга, который идет на обмотку стержня арматуры; спирт этиловый; ацетон; дициандиамид. Базальтовый порошок, полученный из базальтовой крошки путем перемалывания её в планетарной шаровой мельнице АГО-2С и просеивания фракции до 79 мкм. Технология производства композитной арматуры заключается в следующем: нити ровинга (в количестве 60 штук) со специального устройства в виде шпулярника поступают на механизм натяжения, в котором они располагаются в соответствующем порядке; скомпонованные в нужном порядке нити проходят стадию сушки и предварительного подогрева горячим воздухом. Подогретый ровинг погружают в пропиточную ванну со смолой, предварительно равномерно перемешанной с базальтовым порошком в миксере. Базальтовый порошок фракции до 79 мкм, равномерно перемешанный в связующей смоле, выполняет цементирующие скрепляющие свойства, аналогично бетонам. Из ванны материал протягивается через фильеру для получения заданной площади сечения эллипсовидной формы будущей арматуры. После фильеры нити поступают в обмотчик, формирующий несущий стержень арматуры с обмоткой. Предварительно обмоточный жгут проходит аналогично стержню арматуры погружение в пропиточную ванну со смолой, предварительно равномерно перемешанной с базальтовым порошком в миксере. Толщина навивки зависит от типа арматуры: более толстая делается намоточным жгутом для классического устройства, тонкая - при изготовлении стержней с песчаной посыпкой; подготовленная на обмоточнике арматура проходит туннельную печь. Туннельная печь предназначена для ускорения процесса полимеризации пропиточных смол; горячий пруток арматуры отправляется в охлаждающую ванну, где под проточной водой он полностью охлаждается; непрерывный, охлажденный пруток пропускается через протягивающий механизм, на выходе из которого производится резка линейных прутков согласно заданному размеру. Профилирующая фильера может быть выполнена, например, в виде разъемной стальной конструкции, состоящей из двух прямоугольников с отфрезерованной и обработанной канавкой полуэллипса по длине каждой части, которые при смыкании образуют эллипсную поверхность, соответствующую площади целевого устройства приравненной к площади заданной окружности. Изготовление хомутов выполняют следующей последовательностью. Горячий жгут после туннельной печи режут в виде заготовки прутков для загибания хомутов, при необходимости используют газовые горелки. Для загибания хомутов в шаблонах используют заданную заготовку прутков. Готовые нелинейные изделия композитной арматуры отправляют в охлаждающую ванну.

Изготовление устройства композитобетонной колонны осуществляют уложением ленточного базальтопластикового каркаса композитобетонной колонны в опалубку, при этом продольную базальтопластиковую арматуру 3 соединенную с поперечной базальтопластиковой арматурой 2 в виде хомутов выполняют в поперечном сечении эллипсовидной формы. Длинную ось эллипса совмещают с направлением максимальной нагрузки поперечного сечения колонны. Длины осей эллипса принимают в пропорции с расчетными нагрузками по осям поперечного сечения посередине длины колонны. В середине колонны устанавливают центральное поперечное армирование прямоугольником в виде хомута 2 с расположением длинных осей эллипса перпендикулярно продольной арматуры 3. Последующие горизонтальные армируемые прямоугольники устанавливают с нелинейным увеличением расстояния одна от другой к краям колонны пропорционально уменьшению нагрузки по эпюре. Соединение арматуры выполняют вязальной проволокой или пластиковыми хомутами. Композитобетонная колонна имеет опору на нижнее основание и принимает нагрузку на верхнее основание колонны. По длине колонны нагрузка распределится по параболической эпюре с максимумом в середине колонны. Полученный хомут размещается в арматурном каркасе с расположением длинной оси эллипса для поперечной стороны хомута 5 и продольной стороны хомута 4 в плоскости хомута 2. Монтаж линейных отрезков арматурного каркаса предварительно выполняют в специализированном шаблоне позволяющем ровно совместить длинную ось эллипса продольной 3 и поперечной арматуры 2, с максимальными нагрузками на композитобетонную колонну. Готовый каркас помещают в опалубку и создают бетонное тело 1.

Таким образом, повышение надежности композитобетонной колонны достигают изменением геометрической формы арматуры из гибридных композитов, с той же самой площадью и с тем же самым материалом, перераспределяя момент сопротивления по осям арматуры в заданном направлении нагрузки на устройство, с учетом жёсткости гибридных композитов.

Источники информации

1. Патент RU №149993, МПК E04C 3/20, опубликовано: 27.01.2015 Бюл. № 3;

2. Патент RU №138250, МПК E04C 3/20, опубликовано: 10.03.2014 Бюл. № 7;

3. Гибридное влияние базальтовых волокон и базальтового порошка на термомеханические свойства эпоксидных композитов. Композиты, часть B: Машиностроение, том 125, 2017, стр. 157-164.

4. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; отв. ред. Писаренко Г.С. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наук. думка, 1988. - 736 с. (58, 74 с.);

Композитобетонная колонна относится к области строительства и может быть использована в качестве несущей композитобетонной колонны для жилых и промышленных зданий, с использованием арматуры из гибридных композитов. Колонна композитобетонная содержит внутри бетонного тела продольную и поперечную арматуру в виде хомутов. Продольная и поперечная арматура в виде хомутов выполнена из базальтопластиковой арматуры в поперечном сечении эллипсовидной формы. Базальтопластиковая основа сердечника арматуры в виде волокна пропитана связующими смолами, несущий стержень арматуры выполнен с обмоткой. При этом длинная ось эллипса совмещена с направлением максимальной нагрузки поперечного сечения колонны, длины осей эллипса приняты в пропорции с расчетными нагрузками по осям поперечного сечения посередине длины колонны, в середине колонны установлено центральное поперечное армирование прямоугольником в виде хомута с расположением длинных осей эллипса перпендикулярно продольной арматуры, последующие горизонтальные армирующие прямоугольники установлены с нелинейным увеличением расстояния один от другого к краям колонны пропорционально уменьшению нагрузки по эпюре. Базальтопластиковая основа сердечника арматуры в виде волокна, пропитанная связующими смолами, выполнена с добавлением базальтового порошка, предварительно равномерно перемешанного в смоле, намоточный жгут исполнен также с добавлением базальтового порошка. Техническим результатом заявленного решения является повышение несущей способности композитобетонной колонны. 4 ил., 1 табл.

Колонна композитобетонная, содержащая внутри бетонного тела продольную и поперечную арматуру в виде хомутов, отличающаяся тем, что продольная и поперечная арматура в виде хомутов выполнена из базальтопластиковой арматуры в поперечном сечении эллипсовидной формы, при этом базальтопластиковая основа сердечника арматуры в виде волокна пропитана связующими смолами, несущий стержень арматуры выполнен с обмоткой, при этом длинная ось эллипса совмещена с направлением максимальной нагрузки поперечного сечения колонны, длины осей эллипса приняты в пропорции с расчетными нагрузками по осям поперечного сечения посередине длины колонны, в середине колонны установлено центральное поперечное армирование прямоугольником в виде хомута с расположением длинных осей эллипса перпендикулярно продольной арматуре, последующие горизонтальные армирующие прямоугольники установлены с нелинейным увеличением расстояния один от другого к краям колонны пропорционально уменьшению нагрузки по эпюре, при этом базальтопластиковая основа сердечника арматуры в виде волокна, пропитанная связующими смолами, выполнена с добавлением базальтового порошка фракции до 79 мкм, предварительно равномерно перемешанного в смоле, намоточный жгут исполнен также с добавлением базальтового порошка.