ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КОНСТРУКЦИЯ, КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА
REINFORCED CONCRETE STRUCTURAL ELEMENT, DESIGN ELEMENT (OPTIONS) AND METHOD FOR MANUFACTURING DESIGN ELEMENT

Приоритет настоящей заявки испрашивается на основании предварительной заявки US 61/991694, поданной 12 мая 2014 года, которая во всей полноте в порядке ссылки включена в настоящую заявку.
Настоящее изобретение относится к трубам, резервуарам и сосудам, а также способам их изготовления, более точно, к трубам, резервуарам и сосудам с водостойким барьером.
Предпосылки создания изобретения
Бетонные конструкции (concrete bodies), такие как трубы, сосуды, резервуары и т.п., подвержены коррозии под действием среды снаружи и внутри них. С целью преодоления этого недостатка созданы облицовочные материалы из высокопластифицированного ПВХ для литья во внутренний диаметр железобетонного каркаса (concrete core) с целью обеспечения защиты от коррозии. Хотя эти облицовочные материалы успешно обеспечивают защиту от коррозии, они имеют другие недостатки. При соединении множества конструкций, таких как трубы, область стыка отрезков труб требуется герметизировать обычно путем наварки защитной полосы поверх стыка после укладки отрезков труб. Из-за эксплуатационных проблем и сварки при монтаже эта система является дорогостоящей, а диаметр труб ограничен размерами, рассчитанными на доступ людей. Требуется усовершенствованная железобетонная труба (reinforced concrete pipe), которая способна эффективно изолировать железобетонный каркас от окружающей среды.
Для решения данной проблемы предложено достаточно много различных технических решений, например, в заявке США 2011/0108151. Известное решение относится к водонепроницаемой железобетонной трубе, устойчивой к вибрациям, которая имеет соединенные средства, специально сформированные из высокопрочной или повторно переработанной синтетической смолы, чтобы предотвратить разрушение противоположных концов водонепроницаемой железобетонной трубы, обеспечивая превосходную водонепроницаемость, минимизируя влияние нагрузки, и обеспечивая легкое соединение отрезков трубы друг с другом. В том числе раскрывается способ изготовления. Недостатком известного решения является узкая направленность на защиту головок (caps) без защиты внешней и внутренней поверхности трубы от коррозии.
Другим примером может служить решение из патента США 5573040, в котором предложена форма, содержащая внутренние и внешние пластиковые трубки, заполняемые бетонной смесью. Данное решение не предусматривает оболочки вокруг трубы, обеспечивающие дополнительную конструктивную прочность и защиту от коррозии.
Краткое изложение сущности изобретения
В изобретении предложен конструктивный элемент. Конструктивный элемент содержит железобетонный каркас и головку вокруг отверстия. На железобетонный каркас и часть головки наматывают первую оболочку в натянутом состоянии, образующую непрерывный водостойкий барьер вокруг наружной поверхности железобетонного каркаса. На внутреннюю поверхность железобетонного каркаса может быть намотана вторая оболочка в натянутом состоянии, образующая непрерывный водостойкий барьер вокруг внутренней поверхности железобетонного каркаса. Конструктивный элемент может быть выполнен в виде трубы с охватываемым концом и охватывающим концом для соединения множества труб. Стык, образующийся между двумя конструктивными элементами, имеет непрерывный водостойкий барьер, который предотвращает контакт окружающей среды с железобетонным каркасом.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан перспективный вид охватываемого конца трубы согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 показан вид вблизи охватываемого конца трубы, проиллюстрированной на фиг. 1.
На фиг. 3 показан перспективный вид охватывающего конца трубы, проиллюстрированной на фиг. 1.
На фиг. 4 показан вид вблизи охватывающего конца трубы, проиллюстрированной на фиг. 3.
На фиг. 5 показан вид вблизи в разрезе стыка, соединяющего две трубы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 показан вид вблизи в разрезе стыка, соединяющего две трубы согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
В изобретении предложен высокопрочный конструктивный элемент и способ его изготовления. Конструктивный элемент может представлять собой трубу, резервуар, сосуд или элемент какой-либо иной формы, по меньшей мере, с одним отверстием 108, которое требуется герметизировать. В проиллюстрированном варианте изобретения рассмотрена труба 100. Труба 100 содержит железобетонный каркас 104 (показанный на фиг. 2) с головкой 106, установленной на его отверстии, при этом железобетонный каркас 104 окружен оболочкой 102, образующей водостойкий барьер вокруг него. Труба 100 имеет охватываемый конец 116 (фиг. 2) и охватывающий конец 118 (фиг. 4), что позволяет соединять две трубы 100 с получением стыка, покрытого непрерывным водостойким барьером, изолирующим железобетонный каркас 104 от окружающей среды.
Как показано на фиг. 2, железобетонный каркас 104 может формироваться путем литья вокруг сетки 110, которая может содержать один или несколько продольных стержней 112 и одну или несколько стальных проволок 114. Стальную проволоку 114 спирально наматывают вокруг продольных стержней 112. Затем заливают пластичную бетонную смесь вокруг сетки 110, чтобы сформировать железобетонный каркас 104. В альтернативных вариантах осуществления используются другие формы стальной арматуры или материал с высоким пределом прочности на растяжение и модулем упругости, таким как у бетона в железобетонном каркасе 104 или выше, например, волокна из стали, пластмассы и т.д. Такая арматура противодействует напряжению со стороны оболочки 102, которое в силу коэффициента Пуассона может приводить к удлинению железобетонного каркаса 104 в направлении, перпендикулярном направлению нагрузки, приложенной оболочкой 102, и его растрескиванию.
На отверстии 108 железобетонного каркаса 104 установлена головка 106. В проиллюстрированном варианте осуществления головка 106 окружает охватываемый конец 116 железобетонного каркаса 104, а другая головка 107 расположена на охватывающем конце 118 железобетонного каркаса 104. Как показано на фиг. 2, головка 106 имеет наружную втулку 134, которая окружает часть наружной поверхности 126 железобетонного каркаса 104, и внутреннюю втулку 136, которая окружает наружный диаметр 124 охватываемого конца 116 железобетонного каркаса 104. Головка 106 может иметь один или несколько выступов 135, соответствующих углублению в железобетонном каркасе 104 и служащих для механической фиксации головки 106 на железобетонном каркасе 104. Выступы 135 могут быть выполнены на наружной втулке 134 или на внутренней втулке 136. На конце внутренней втулки 136 выполнена, по меньшей мере, одна канавка 138 для размещения уплотнительного(-ых) кольца(-ец).
Как показано на фиг. 4, головка 107 имеет наружную втулку 140, которая окружает часть наружной поверхности 126 железобетонного каркаса 104, и внутреннюю втулку 142, которая окружает внутренний диаметр 128 охватывающего конца 118 железобетонного каркаса 104. Головка 107 может иметь один или несколько выступов 137, соответствующих углублению(-ям) в железобетонном каркасе 104 и служащих для механической фиксации головки 107 на железобетонном каркасе 104. Головка 106 и головка 107 могут быть изготовлены из стали, малопроницаемого полимера или любого другого материала, способного обеспечивать водостойкий барьер, изолирующий железобетонный каркас 104.
Головка 106, головка 107 и наружная поверхность 126 железобетонного каркаса 104 могут быть обмотаны оболочкой 102. Оболочка 102 может проходить по длине наружной поверхности 126 и покрывать наружную втулку 134 головки 106 и наружную втулку 140 головки 107. Оболочка 102 образует непрерывный водостойкий барьер вокруг железобетонного каркаса 104. Оболочка 102 в сочетании с головкой 106 и головкой 107 образует непрерывный водостойкий барьер, который способен изолировать железобетонный каркас 104 и тем самым внутреннее пространство 120 от внешней среды. При попадании влаги в стыки между охватываемым концом 116 трубы 100 и охватывающим концом 118 другой трубы 100 уплотнительные кольца 139, размещенные в канавках 138, не позволят ей просачиваться во внутреннее пространство 120.
Внутренняя поверхность 122 железобетонного каркаса 104 может быть обмотана оболочкой 103. Что касается охватываемого конца 116, как показано на фиг. 2, оболочка 103 может проходить по длине внутренней поверхности 122 железобетонного каркаса 104 до уплотняющей поверхности 130 охватываемого конца 116 и вокруг наружного диаметра 124 охватываемого конца 116. Что касается охватывающего конца 118, как показано на фиг. 4, оболочка 103 может доходить до уплотняющей поверхности 132 и проходить вокруг внутреннего диаметра 128 охватывающего конца 118. Оболочка 103 образует непрерывный водостойкий барьер вокруг внутренней поверхности 122 железобетонного каркаса 104.
Оболочка 103 в сочетании с головкой 106 и головкой 107 образует непрерывный водостойкий барьер, который способен изолировать бетон в железобетонном каркасе от жидкости во внутреннем пространстве 120. При попадании влаги в стыки между охватываемым концом 116 трубы 100 и охватывающим концом 118 другой трубы 100 уплотнительные кольца 139, размещенные в канавках 138, не позволят ей просачиваться во внешнюю среду.
Оболочка 102 и оболочка 103 могут спирально наматываться в регулируемом натянутом состоянии с целью приложения радиальной сжимающей силы к железобетонному каркасу 104, чтобы железобетонный каркас 104 мог выдерживать более высокое внутреннее давление или внешнее давление, соответственно. Оболочка 102 и оболочка 103 могут быть изготовлены из стекловолоконной ткани, полимера или любого другого материала, способного обеспечивать водостойкий барьер, изолирующий железобетонный каркас 104. Оболочка 102 и оболочка 103 также противодействуют деформации Пуассона, которая может создавать осевое растяжение в железобетонном каркасе 104.
На фиг. 5 показана альтернативная конструкция для соединения двух труб 202а и 202b, когда не требуется стягивание по оси (т.е. отсутствует внешняя сила, пытающаяся разъединить трубы 202а и 202b). При этой конфигурации железобетонный каркас 204 спирально обмотан предварительно пропитанной оболочкой 202 в натянутом состоянии с целью предварительного напряжения железобетонного каркаса 204 и ограничения его радиального расширения. Оболочка 202 также обеспечивает водостойкий барьер, изолирующий от внешней среды, или непрерывный водостойкий барьер, изолирующий от содержимого внутри труб 202а, 202b. В каждой оболочке 202 выполнена канавка для размещения уплотнения 206. Трубы 200а и 200b соединены друг с другом муфтой 150. При соединении труб 202а и 202b друг с другом образуется водостойкий барьер, изолирующий железобетонный каркас 204.
На фиг. 6 проиллюстрирован один из примеров соединения двух труб 300а и 300b друг с другом, когда необходимо стягивание по оси. Каждая труба 300а и 300b имеет муфтовый участок 154. К каждому муфтовому участку 154 приварен или каким-либо образом прикреплен вертикальный фланец 155. Каждая труба 300а и 300b спирально обмотана предварительно пропитанной волокнистой оболочкой 302 в натянутом состоянии с целью предварительного напряжения железобетонного каркаса 304 и ограничения его осевого расширения. При соединении труб 300а и 300b друг с другом к каждому вертикальному фланцу 155 каждого муфтового участка 154 приваривают, привинчивают или каким-либо иным способом прикрепляют кольцо (ring) 152. Могут формироваться пространства для размещения одного или нескольких уплотнений 306 и 308. При соединении труб 302а и 302b друг с другом образуется водостойкий барьер, изолирующий железобетонный каркас 304, при этом трубы 302а и 302b стягиваются по оси, чтобы их не могла разъединить какая-либо внешняя сила.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложен конструктивный элемент железобетонной конструкции (труба 100), содержащий: сетку (cage) 110; железобетонный каркас 104, сформированный вокруг сетки 110, имеющий наружную поверхность 126, внутреннюю поверхность 122, внутреннее пространство 120 для жидкости, и, по меньшей мере, один охватываемый конец (male end) 116, также называемый "папа"; головку 106 на охватываемом конце 116 железобетонного каркаса 104; головку 107 на другом конце железобетонного каркаса 104; первую оболочку 102, окружающую наружную поверхность 126 железобетонного каркаса 104, частично покрывающую головку 106 на охватываемом конце 116 и головку 107 на другом конце железобетонного каркаса 104, образующую непрерывный водостойкий барьер по наружной поверхности 126 железобетонного каркаса 104. Головка 106 на охватываемом конце 116 железобетонного каркаса имеет наружную втулку 134, которая проходит по наружной поверхности 126 железобетонного каркаса 104. При этом другой конец может являться охватывающим концом (female end) 118, также называемый "мама", а головка 107 на охватывающем конце 118 имеет наружную втулку 140, которая проходит по наружной поверхности 126 железобетонного каркаса 104. При этом оболочка 102 окружает наружную втулку 134 охватываемого конца 116 и наружную втулку 140 охватывающего конца 118. Охватываемый конец 116 имеет внутреннюю втулку 136, проходящую по наружному диаметру 124 охватываемого конца железобетонного каркаса 104, а охватывающий конец 118 имеет внутреннюю втулку 142, проходящую по внутреннему диаметру охватывающего конца железобетонного каркаса 104. Может также быть предусмотрена вторая оболочка 103, окружающая наружный диаметр 124 охватываемого конца 116 железобетонного каркаса 104 и внутреннюю поверхность 122 железобетонного каркаса 104 и окружающую внутренний диаметр 128 охватывающего конца 118 железобетонного каркаса 104. На охватываемом конце 116 может иметься, по меньшей мере, одна канавка 138 для размещения уплотнительного кольца 139, при этом охватываемый конец конструктивного элемента в сочетании с охватывающим концом другого конструктивного элемента образует непрерывный водостойкий барьер, изолирующий наружную поверхность 126 железобетонного каркаса от внутреннего пространства 120 железобетонного каркаса. Первая оболочка может быть выполнена из стекловолоконной ткани или полимера. Предпочтительно наносят первую оболочку на наружную поверхность в натянутом состоянии. Головка может быть изготовлена из стали или полимера.
Согласно другому варианту предложен конструктивный элемент железобетонной конструкции, содержащий: железобетонный каркас 104, имеющий отверстие 108 и внутреннее пространство 120 с уплотняющей поверхностью 130, которая проходит вокруг отверстия 108 между наружной поверхностью 126 железобетонного каркаса 104 и внутренней поверхностью 122 железобетонного каркаса 104; головку 106, имеющую наружную втулку 134, которая частично проходит по наружной поверхности 126 железобетонного каркаса 104; и первую оболочку 102, окружающую наружную поверхность 126 железобетонного каркаса 104, покрывающую наружную втулку 134 головки 106, образующую непрерывный водостойкий барьер по наружной поверхности железобетонного каркаса 104. Железобетонный каркас 104 имеет охватываемый конец 116 с меньшим наружным диаметром 124, чем диаметр наружной поверхности железобетонного каркаса, при этом головка 106 находится на наружном диаметре охватываемого конца железобетонного каркаса. Конструктивный элемент может дополнительно содержать вторую оболочку 103, окружающую внутреннюю поверхность 122 железобетонного каркаса 104, покрывающую уплотняющую поверхность 130 вокруг отверстия железобетонного каркаса 104 и покрывающую, по меньшей мере, часть наружного диаметра 124 охватываемого конца 116 железобетонного каркаса 104. В железобетонном каркасе имеется углубление, а головка 106 снабжена выступом 135, соответствующим углублению в железобетонном каркасе для механической фиксации головки 106 к железобетонному каркасу 104. Железобетонный каркас имеет охватываемый конец 116 с меньшим наружным диаметром 124, чем диаметр наружной поверхности 126 железобетонного каркаса 104, при этом головка 106 находится на наружном диаметре охватываемого конца 116 железобетонного каркаса 104, и железобетонный каркас имеет охватывающий конец 118 с меньшим внутренним диаметром 128, чем диаметр наружной поверхности железобетонного каркаса. Конструктивный элемент может дополнительно содержать вторую головку 107 на внутреннем диаметре 128 охватывающего конца 118 железобетонного каркаса 104, и вторую оболочку 103, окружающую внутреннюю поверхность 122 железобетонного каркаса 104, покрывающую уплотняющую поверхность 130 вокруг отверстия охватываемого конца 116 железобетонного каркаса, покрывающую, по меньшей мере, часть наружного диаметра охватываемого конца железобетонного каркаса, покрывающую вторую уплотняющую поверхность 132 вокруг отверстия охватывающего конца 118 железобетонного каркаса, и покрывающую, по меньшей мере, часть внутренней поверхности железобетонного каркаса. На охватываемом конце 116 может иметься, по меньшей мере, одна канавка 138 для размещения уплотнительного кольца 139 для того, чтобы охватываемый конец конструктивного элемента в сочетании с охватывающим концом другого конструктивного элемента образовывали непрерывный водостойкий барьер, изолирующий наружную поверхность железобетонного каркаса от внутреннего пространства железобетонного каркаса. Первая оболочка предпочтительно выполнена из стекловолоконной ткани и полимера. Также предпочтительно наносят первую оболочку на наружную поверхность в натянутом состоянии. Головка может быть изготовлена из стали или полимера.
Также предложен способ изготовления конструктивного элемента железобетонной конструкции, включающий: формирование железобетонного каркаса 104 с отверстием и внутренней поверхностью; установку первой головки вокруг отверстия; и нанесение первой оболочки в натянутом состоянии вокруг железобетонного каркаса. Дополнительно способ может включать: формирование железобетонного каркаса с охватываемым концом и охватывающим концом; установку первой головки на охватываемый конец вокруг отверстия; установку второй головки на охватывающий конец вокруг второго отверстия; и нанесение первой оболочки вокруг части первой головки вокруг железобетонного каркаса и части второй головки. Также способ может включать нанесение второй оболочки в натянутом состоянии вокруг части охватываемого конца, вокруг внутренней поверхности железобетонного каркаса и вокруг части охватывающего конца. Дополнительно способ может включать механическую фиксацию первой головки на железобетонном каркасе с помощью первых взаимодействующих выступа и углубления, и механическую фиксацию второй головки на железобетонном каркасе с помощью взаимодействующих выступа и углубления.
Наконец предложена железобетонная конструкция, содержащая: первый железобетонный каркас 204 и второй железобетонный каркас; первую оболочку 202, окружающую часть первого железобетонного каркаса; вторую оболочку, окружающую часть второго железобетонного каркаса; и муфту 150 для соединения первого железобетонного каркаса со вторым железобетонным каркасом, взаимодействующую с первой оболочкой и второй оболочкой с обеспечением водостойкого барьера железобетонного каркаса. Первая оболочка окружает первый железобетонный каркас, а вторая оболочка окружает второй железобетонный каркас, при этом муфта находится поверх первой оболочки и второй оболочки. Дополнительно может содержаться первое уплотнение 206 и второе уплотнение, при этом первая оболочка имеет первую канавку для размещения первого уплотнения, а вторая оболочка имеет вторую канавку для размещения второго уплотнения. Муфта 150 может дополнительно содержать первый муфтовый участок 154, объединенный с первым железобетонным каркасом, второй муфтовый участок, объединенный со вторым железобетонным каркасом, и кольцо 152 для объединения первого муфтового участка со вторым муфтовым участком. Предпочтительно, чтобы первая оболочка проходила над частью первого муфтового участка муфты, а вторая оболочка проходила над частью второго муфтового участка муфты.
Хотя настоящее изобретение конкретно проиллюстрировано и описано со ссылкой на примеры его осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что в нем возможны различные изменения и замены, не выходящие за пределы объема изобретения, охарактеризованного в прилагаемой формуле изобретения и ее эквивалентах.