ПЛИТА ДЛЯ УСТРОЙСТВА СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, СБОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ И СПОСОБ УСТРОЙСТВА СБОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
PLATE FOR CONSTRUCTION OF PREFABRICATED STRUCTURES, PREFABRICATED STRUCTURE AND METHOD OF PREFABRICATED STRUCTURES ASSEMBLY

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к сборным конструкциям, а именно, к плите для устройства сборных конструкций различного назначения, соответствующим сборным конструкциям и способам устройства сборных конструкций.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сборные конструкции из плит или блоков широко известны и применяются в самых разных областях техники: для устройства сборных покрытий, перегородок, декоративных и несущих конструкций различного назначения.
Известна дорожная и тротуарная бетонная плита для устройства, соответственно, дорожного или тротуарного покрытия, описанная в патенте РФ на полезную модель №46762 (дата опубликования - 27.07.2005) как выполненная с фиксирующим устройством в виде чередующихся выступов и углублений на торцевых сторонах плиты. Указанные выступы и углубления имеют в поперечном сечении форму сектора, радиус которого равен половине толщины плиты, угол составляет 50 градусов, а основание - усилено арматурой. При укладывании, такая плита подводится под углом, круговым вращением с центром по верхней кромке оси стыковки плит. Данная плита является наиболее близким аналогом заявленного изобретения и выбрана в качестве его прототипа.
Фиксирующее устройство прототипа обеспечивает выравнивание соединяемых плит с фиксацией их верхних краев, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, и было предложено с целью обеспечения монолитного строения дорожного полотна с ровной эксплуатируемой поверхностью даже на участках подъема и спуска дороги. Однако фиксирующие выступы и углубления расположены только на двух торцевых сторонах плиты-прототипа, позволяя вращательное движение соединенных плит и соответственно изгиб собранного полотна только в одном направлении – вдоль полотна дороги (вращение вокруг осей стыковки плит, расположенных поперек полотна дороги). Применение известного фиксирующего устройства для связывания двух других торцевых сторон (назовем их боковыми сторонами) соединяемых плит невозможно, поскольку подразумевает необходимость одновременного кругового вращения укладываемой плиты по двум перпендикулярным осям. Таким образом, плита-прототип на практике не обеспечивает возможности создания сборной конструкции, обладающей свойствами монолитности: боковые грани смежных плит не соединены друг с другом и образуют области ослабления сборной конструкции.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение возможности устройства из плит сборных конструкций, обладающих свойствами монолитности (целостности), в частности, несущих сборных конструкций. Дополнительной задачей изобретения является создание универсальной плиты и способа для устройства сборных конструкций различных назначений, в том числе несущих конструкций с возможностью изгиба поверхности без нарушения целостности сборки.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения поставленной проблемы необходимо предложить механизм сборки с фиксацией плит в каждом соединении, как в вертикальном, так и в горизонтальном (продольном и поперечном) направлении. Кроме того, для изгиба поверхности сборной конструкции, необходимо обеспечивать возможность поворота плит в месте соединения относительно друг друга, без нарушения целостности сборки.
Решение достигнуто с помощью плиты для устройства сборных конструкций, имеющей множество граней, каждая из которых снабжена фигурным вырезом по толщине плиты для соединения с фиксацией с ответным вырезом другой плиты при устройстве сборной конструкции, причем вырезы выполнены поочередно с верхней и с нижней сторон плиты и образуют сферические контактные поверхности и/или снабжены вставными элементами со сферическими контактными поверхностями для образования сферического шарнира в каждом соединении плиты с другими плитами.
Таким образом, все грани плиты согласно изобретению, сопрягаемые при устройстве сборной конструкции, имеют в своем составе ответные части шарнирного соединения со сферической контактной поверхностью для сопряжения плиты с другими подобными плитами. Вырезы, выполненные поочередно с верхней и с нижней стороны плиты, обеспечивают вертикальную фиксацию плит в сборке. Выполнение сферического шарнира и зацепление образующих его поверхностей в каждом из соединений обеспечивает фиксацию плит в горизонтальном (продольном и поперечном) направлении, а также возможность поворота соединенных плит относительно друг друга по сферическим контактным поверхностям в пределах, задаваемых формой фигурных вырезов (зазорами и допусками их поверхностей), без нарушения целостности сборной конструкции. Соответственно, из плит согласно изобретению можно собрать конструкцию, в том числе несущую конструкцию, в частности, сборное покрытие, с возможностью изгиба поверхности в заданных пределах без нарушения целостности сборки.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения вырезы, выполненные с одной стороны плиты, образуют вогнутые сферические контактные поверхности, а вырезы, выполненные с другой стороны плиты, образуют выпуклые сферические контактные поверхности и/или снабжены вставными элементами с выпуклыми сферическими контактными поверхностями для образования сферических шарниров.
Сопряжение таких плит осуществляется посредством вращательного движения (вкручивания) присоединяемой плиты (ее грани с вырезом) относительно приемной плиты (ответного выреза на ее грани) по сферическому шарниру. При этом, выпуклая сферическая контактная поверхность со стороны одной плиты вводится в зацепление с вогнутой сферической контактной поверхностью со стороны другой плиты или вставного элемента в шарнире, обеспечивая фиксацию плит в горизонтальном направлении.
В другом варианте осуществления вырезы, выполненные с обеих сторон плиты, образуют выпуклые сферические контактные поверхности, и для образования сферических шарниров плита снабжена вставными элементами с вогнутыми сферическими контактными поверхностями. Такие вставные элементы может быть выполнены в виде двояковогнутой сферической линзы.
В еще одном варианте осуществления изобретения вырезы, выполненные с обеих сторон плиты, образуют вогнутые сферические контактные поверхности, и для образования сферических шарниров плита снабжена вставными элементами с выпуклыми сферическими контактными поверхностями. Такие вставные элементы могут быть выполнены в виде двояковыпуклой сферической линзы.
В последних вариантах осуществления сопряжение плит также может осуществляться посредством вращательного движения (вкручивания), и в этом случае горизонтальная, то есть продольная и поперечная, фиксация соединенных плит достигается за счет зацепления сферических контактных поверхностей, образованных на гранях плит с вырезами и на вставных элементах, двояковыпуклой или двояковогнутой формы, соответственно. Кроме того, в случае использования составных вставных элементов со средствами фиксации их частей относительно друг друга, сопряжение плит может осуществляться посредством поступательного перемещения с совмещением ответных вырезов на их гранях и последующей фиксацией, как более подробно описано ниже.
Согласно варианту осуществления изобретения, вставной элемент может состоять из двух частей, представляющих собой верхнюю половину и нижнюю половину линзы (соответственно - двояковогнутой или двояковыпуклой), разделенных горизонтальной плоскостью. В этом случае каждая из указанных частей линзообразного вставного элемента имеет углубление, открытое в сторону второй части, так что углубления частей вставного элемента в сборе сопряжены друг с другом и содержат подвижные средства фиксации с возможностью перемещения в положение с зацеплением частей вставного элемента друг с другом.
Такое составное выполнение вставного элемента существенно упрощает процесс сопряжения плит при устройстве сборной конструкции. Действительно, вместо сложного вращательного позиционирования, в этом варианте осуществления сборка осуществляется посредством простого поступательного перемещения плит с совмещением ответных вырезов на их гранях и последующей фиксации посредством подвижных средств фиксации в каждом вставном элементе. Данный способ сопряжения особенно предпочтителен для плит большого размера и веса, таких, как дорожные плиты, когда вкручивание плит друг в друга технически трудноосуществимо.
Вне зависимости от способа сопряжения плит согласно изобретению (вращательное движение или поступательное), сопряжения плит при устройстве сборной конструкции происходит последовательно, как и разбор конструкции, который возможен только в обратном порядке, начиная с крайних плит, не зафиксированных смежными плитами. Плиты, даже частично окруженные другими плитами, не подлежат отсоединению. При этом давление, оказываемое на отдельную плиту в сборке, распределяется на смежные с ней плиты и далее, по существу, по всей конструкции. Соответственно, сборная конструкция из плит согласно изобретению является несущей.
Дополнительно, в последнем варианте осуществления, плита в местах выполнения вырезов и вставной элемент могут быть снабжены сквозными отверстиями для доступа с внешней стороны плиты к встроенным во вставной элемент средствам фиксации и перемещения их в положение с зацеплением частей вставного элемента друг с другом.
Кроме того, сквозное отверстие в плите для доступа к средствам фиксации во вставном элементе может быть выполнено под углом к вертикальной оси, с расширением по направлению к вставному элементу, и сопряжено с отверстием во вставном элементе. Предпочтительно, чтобы сквозные отверстия в плите и частях вставного элемента были выполнены с возможностью сопряжения друг с другом для составления единого сквозного отверстия, проходящего через сферический шарнир в соединении плиты с другими плитами.
Данное решение позволяет устранить возможный люфт в местах соединения плит посредством размещения упругого демпфирующего элемента в сквозном отверстии, проходящем через плиты и вставной элемент. Упругий демпфирующий элемент, например, резиновый штырь, вставленный с усилием в отверстие в плите, выполненное под углом, далее в прямое отверстие во вставном элементе, а затем - в отверстие в другой плите, выполненное под углом, будет стремиться к выпрямлению. Соответственно, упругий элемент будет поворачивать вставной элемент насколько это возможно внутри посадочного места, образованного сферическими поверхностями вырезов на гранях соединенных плит, стремясь к максимальному сопряжению их поверхностей, так что любой люфт в соединении и сферическом шарнире будет устранен.
В еще одном варианте осуществления нижняя поверхность по меньшей мере одного из вырезов плиты имеет фиксирующий выступ и снабжена вставным элементом, с одной стороны зацепленным с упомянутым фиксирующим выступом, и имеющим с другой стороны сферическую контактную поверхность для образования сферического шарнира. Этот вариант осуществления предусматривает образование сферической контактной поверхности не нижней поверхностью выреза, а зацепленным с ней вставным элементом.
При этом между фиксирующим выступом и поверхностью вставного элемента, входящей с ним в зацепление, может быть предусмотрен зазор. Такой зазор обеспечивает возможность ограниченного смещения плит в соединении в продольном и/или поперечном направлении, обеспечивая возможность компенсации температурных и других деформаций конструкции во время ее круглогодичной эксплуатации.
В следующем варианте осуществления изобретения вставной элемент может состоять по меньшей мере из двух частей, каждая из которых имеет выступ для зацепления указанных частей друг другом, причем между входящими в зацепление поверхностями указанных выступов может быть предусмотрен зазор. Такое составное выполнение вставного элемента является альтернативой описанному выше варианту осуществления вставного элемента с подвижными средствами фиксации и может упростить производство и хранение вставных элементов. В свою очередь, зазор между частями вставного элемента обеспечивает полезный эффект продольного смещения сопряженных плит для компенсации температурных и других деформаций сборной конструкции, который может проявляться отдельно или же дополнять упомянутый выше полезный эффект от зазора между фиксирующим выступом и вставным элементом.
В предпочтительном варианте осуществления, в местах выполнения по меньшей мере части вырезов плита снабжена сквозными отверстиями. Указанные отверстия могут с равным успехом совпадать с описанными выше отверстиями для доступа к средствам фиксации в составном вставном элементе, или же отличаться от них. Такие отверстия могут выполнять дренажную функцию, защищая сборную конструкцию от накопления жидкости в местах соединения плит, а также могут служить для крепления плит анкерами к установочной поверхности при устройстве сборной конструкции, если это необходимо.
В следующем варианте осуществления грани плиты, по меньшей мере по периметру вырезов, выполненных с верхней стороны плиты, имеют скругленный нижний угол. Скругленный нижний угол облегчает сопряжение плиты с принимающей плитой или плитами, в случае сборки конструкции с вращательным движением, особенно когда плиты уложены на грунт или другую установочную поверхность.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения вставные элементы выполнены из материала, отличающегося от материала плиты, преимущественно, являющегося более упругим, по сравнению с материалом плиты. Это позволяет упростить сопряжение плит, удешевить вставные элементы, а также обеспечить возможность незначительного смещения сопряженных плит для компенсации температурных деформаций сборки за счет упругой деформации вставных элементов. Эффект от упругости вставных элементов может проявляться отдельно или же дополнять упомянутый выше полезный эффект от зазора или зазоров между фиксирующим выступом и вставным элементом, и/или между частями вставного элемента, соответственно.
Согласно следующему аспекту изобретения предложено сборное покрытие из плит согласно любому описанному выше варианту осуществления, соединенных друг с другом с образованием сферических шарниров в каждом из соединений плит друг с другом.
В одном из вариантов осуществления такая сборная конструкция представляет собой покрытие, в котором плиты расположены в ряды, так что центры сферических контактных поверхностей в шарнирных соединениях плит одного ряда с плитами другого ряда расположены на одной линии. В этом случае обеспечивается возможность поворота плит одного ряда относительно сопряженных с ними плит другого ряда, то есть изгиб поверхности сборного покрытия вдоль рядов плит без нарушения целостности сборки.
В еще одном варианте осуществления изобретения сборная конструкция представляет собой покрытие с цилиндрическим профилем из плит с цилиндрической верхней и/или нижней поверхностью. Отметим, что цилиндрический профиль сборной конструкции также может быть образован за счет поворота плит в соединениях относительно друг друга, как описано выше.
Согласно другому аспекту изобретения предложен способ устройства сборных конструкций из любых описанных выше вариантов осуществления плит, согласно которому плиты соединяют друг с другом посредством вкручивания грани присоединяемой плиты с вырезом в ответный вырез грани приемной плиты по контактной поверхности сферического шарнира.
Кроме того, изобретение предусматривает способ устройства сборных конструкций из описанных выше плит с составными вставными элементами, снабженными средствами фиксации. Согласно данному способу плиты соединяют друг с другом посредством поступательного перемещения с совмещением ответных вырезов на их гранях и фиксируют посредством перемещения подвижных средств фиксации в каждом вставном элементе в положение с зацеплением частей вставного элемента друг с другом.
Дополнительно, в данном варианте осуществления изобретения, после фиксации плит в сквозное отверстие, проходящее через сферический шарнир в каждом соединении плит друг с другом, вставляют упругий демпфирующий элемент.
Каждый из вариантов осуществления изобретения обеспечивает решение поставленной технической задачи и достижение технического результата изобретения, заключающегося в устройстве несущих сборных конструкций с возможностью изгиба поверхности без нарушения целостности сборки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность изобретения поясняется далее на примере некоторых вариантов его осуществления, схематично проиллюстрированных на чертежах.
Фиг. 1 - общий вид плиты для устройства сборной конструкции согласно одному из вариантов осуществления изобретения.
Фиг. 2 - вид сверху и в сечении А-А другого варианта осуществления плиты.
Фиг. 3 и 4 - другие варианты осуществления плит на виде сверху.
Фиг. 5 - изображение плит с фиг. 3 и 4 в сечении А-А.
Фиг. 6-9 - изображения других вариантов осуществления плит в сечении А-А.
Фиг. 10 - поперечное сечение соединения двух плит согласно варианту осуществления изобретения с не сферическими поверхностями вырезов и составным вставным элементом.
Фиг. 11 - поперечное сечение составного вставного элемента с зазором.
Фиг. 12 - поперечное сечение части составного вставного элемента с подвижным средством фиксации.
Фиг. 13 - поперечное сечение соединения двух плит согласно варианту осуществления изобретения с составным вставным элементом с фиг.12.
Фиг. 14 - общий вид плиты для устройства сборной конструкции согласно еще одному варианту осуществления изобретения.
Фиг. 15 - общий вид сборной конструкции из четырех плит с фиг.14.
Фиг. 16-18 - варианты осуществления плит (вид А) и сборные конструкции из таких плит (вид В).
Фиг. 19-20 - варианты осуществления плит (вид А) и разные виды сборных конструкций из таких плит (виды B и C).
Фиг. 21-22 - дополняющие друг друга плиты согласно вариантам осуществления изобретения (виды А и В) и сборные конструкции из таких плит (вид С).
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Плиты согласно изобретению могут быть изготовлены из любого подходящего материала или материалов, в зависимости от назначения и особенностей сборной конструкции, для устройства которой они предназначены. В частности, плиты для устройства дорожных покрытий или покрытий для тротуаров предпочтительно изготавливают из бетона. Тогда как плиты для устройства декоративных, напольных или потолочных конструкций и покрытий могут изготавливаться из подходящих пластмасс или дерева. Изобретение не ограничено в отношении материала или материалов, из которых изготавливаются плиты для устройства сборной конструкции, при условии, что этот материал или материалы позволяют придать плите необходимую форму и жесткость. Изобретение также не ограничено в отношении назначения и вида сборной конструкции согласно изобретению. Сборная конструкция любого назначения и вида, составленная из заявленных плит и/или согласно заявленным способам устройства сборных конструкций, представляет собой вариант реализации изобретения.
Изготовление плит согласно изобретению может производиться любыми известными способами, позволяющими придать плите необходимую форму, например, такими как литье, формование, фрезерование и так далее. Кроме того, плиты могут быть сплошными, или же содержать полости, отверстия, выемки и углубления, в зависимости от назначения. Например, конструктивное выполнение плит может подбираться для уменьшения веса или увеличения жесткости и прочности сборной конструкции. Изобретение не ограничено в этом отношении какими-либо описанными здесь и далее вариантами осуществления.
На фиг. 1 изображена плита для устройства сборной конструкции согласно одному из вариантов осуществления изобретения, а именно, фигурная девятиугольная плита 1. Как можно видеть на чертеже, плита 1 имеет шестиугольную верхнюю площадку 2. Три несмежные стороны шестиугольной площадки 2 граничат с фигурными вырезами, выполненными по толщине с верхней стороны плиты (согласно ориентации плиты на фиг. 1) на соответствующих гранях плиты 1. Указанные вырезы образуют треугольные в плане выступы 3 с выпуклыми сферическими контактными поверхностями 4 (нижние поверхности данных вырезов). Другие грани плиты 1 совпадают с тремя другими сторонами шестиугольной площадки 2 и снабжены ответными фигурными вырезами, выполненными с нижней стороны плиты 1, которые образуют углубления 5 с вогнутыми сферическими контактными поверхностями 6 (нижние поверхности данных вырезов, на фиг. 1 показан лишь профиль одной из поверхностей 6). Чередующиеся выступы 3 и углубления 5 на гранях плиты 1 являются ответными по форме, так что каждый выступ 3 может быть вставлен в углубление 5 другой такой плиты с сопряжением и зацеплением их контактных поверхностей. Таким образом, при устройстве сборной конструкции каждый фигурный вырез на гранях плиты 1 соединяется с фиксацией с ответным вырезом другой такой плиты так, что сферические контактные поверхности ответных вырезов сопрягаются с образованием сферического шарнира.
Показанная на фиг. 1 плита соответствует варианту осуществления изобретения, в котором вырезы, выполненные с одной стороны плиты, образуют вогнутые сферические контактные поверхности (поверхности 6), а вырезы, выполненные с другой стороны плиты, образуют ответные им выпуклые сферические контактные поверхности (поверхности 4).
На фиг. 2 показана восьмиугольная плита согласно другому варианту осуществления изобретения, на виде сверху и в сечении А-А. На виде сверху, где штриховыми линиями показаны невидимые части плиты, отмечены восьмиугольная верхняя площадка 2 плиты, а также периметр вырезов (все вырезы имеют форму ромба на виде сверху) на гранях плиты, образующих сферические контактные поверхности 4 и 6, что показано на чертеже с помощью отрезков окружностей, расходящихся из центров сфер. Профиль сферических поверхностей 4 и 6 показан в сечении А-А. Как можно видеть на фиг.1, в данном варианте осуществления вся нижняя поверхность каждого фигурного выреза представляет собой сферическую контактную поверхность (4 или 6). В других вариантах осуществления сферическая контактная поверхность может быть образована только на части нижней поверхности вырезов на гранях плиты, как это будет показано ниже.
1
2
1
2
Центры сферических контактных поверхностей 4 и 6 обозначены на фиг. 1 точками С и С, соответственно. Как можно видеть, в данном варианте осуществления центры С и С сферических поверхностей 4 и 6 на виде сверху расположены в несмежных углах верхней площадки 2, а сами поверхности 4 и 6 имеют одинаковый радиус R. Таким образом, в данном варианте исполнения вырезы на смежных гранях плиты являются полностью ответными друг другу по форме. За исключением ответного исполнения вырезов, нижняя и верхняя стороны плиты 1 имеют одинаковую форму. Вместе с тем, изобретение не ограничено данным вариантом осуществления. Центры сферических контактных поверхностей на гранях плиты согласно изобретению с равным успехом могут располагаться в различных местах, в зависимости от формы плиты и ее элементов. Также, сферические контактные поверхности на разных гранях плиты могут иметь разные радиусы, например, как показано на фиг. 7, 8 и 9.
На фиг. 3 и 4 показаны виды сверху других вариантов осуществления плиты согласно изобретению – плиты в виде гексагона в плане (фиг. 3) и плиты, состоящей в плане из двух пересекающихся прямоугольников (фиг.4). Изображение плит с фиг. 3 и 4 в сечении А-А показано на фиг. 5. Как можно видеть, в данных вариантах осуществления не вся нижняя поверхность вырезов на гранях плит является сферической, по краям каждого выреза, удаленным от центра сферической контактной поверхности (4 и 6), присутствуют плоские площадки (4’ и 6’), показанные на видах сверху прямой штриховкой и проиллюстрированные в сечении А-А на фиг. 5. Исполнение фигурных вырезов, нижняя поверхность которых только частично отдана под контактную сферическую поверхность, позволяет уменьшить радиус кривизны контактных поверхностей плит и вставных элементов для улучшения зацепления и повышения надежности фиксации в соединении плит, вне зависимости от размеров вырезов. Например, как можно видеть на фиг.5, в данных вариантах осуществления радиус сферических контактных поверхностей 4 и 6 равен половине толщины плиты. Вместе с тем, изобретение не ограничено в отношении выбора радиуса или радиусов сферических контактных поверхностей, и представленные варианты являются лишь примерными.
Еще одной особенностью плиты, показанной на фиг.4, можно назвать то, что при устройстве сборной конструкции каждая сферическая контактная поверхность 4 такой плиты вводится в сопряжение с двумя сферическими контактными поверхностями 6 двух смежных с ней плит, соответственно.
На фигурах 6-9 приведены изображения четырех других вариантов осуществления плит согласно изобретению в сечении А-А (аналогично сечениям на фиг. 2 и 5).
Показанная на фиг.6 плита выполнена так, что сферические контактные поверхности 4 и 6 являются полностью ответными друг другу по форме, имеют одинаковый радиус R и симметричны в продольном направлении относительно центра выреза (центр каждой сферической контактной поверхности лежит в средней плоскости соответствующего выреза в поперечном сечении). Это обеспечивает возможность поворота плит относительно друг друга в месте соединения, по сферическому шарниру, без нарушения целостности сборки. Пределы указанного поворота определяются геометрией фигурных вырезов и обработкой граней плиты, обрамляющих вырез – для поворота грани выполняются со скосами или допусками (на чертежах не показаны). Устройство сборной конструкции из таких плит, в которой плиты размещены в ряды так, что центры сферических контактных поверхностей в соединениях плит одного ряда с плитами другого ряда располагаются на одной линии, обеспечивает возможность поворота рядов плит в покрытии относительно друг друга без нарушения целостности сборки. Соответственно, этот вариант осуществления изобретения обеспечивает возможность изгиба профиля сборного покрытия вдоль направлений сопряжения рядов плит (перпендикулярно линиям, на которых располагаются центры сферических контактных поверхностей рядов плит), что может служить преимуществом при устройстве конструкций, описывающих рельеф поверхности укладки, например, дорожных покрытий, которые должны описывать неровности ландшафта.
В других вариантах осуществления вырезы на смежных гранях плиты, т.е. выполненные с разных сторон плиты, могут не образовывать полностью ответные по форме сферические контактные поверхности, но быть снабжены вставными элементами с соответствующими ответными сферическими контактными поверхностями, например, как показано на фиг. 7-9.
1
2
2
1
На фиг. 7 показан вариант осуществления плиты, в которой вырезы, выполненные с верхней стороны плиты, образуют вогнутые сферические контактные поверхности 4 с радиусом R, а вырезы, выполненные с нижней стороны, образуют выпуклые сферические контактные поверхности 6 с радиусом R. Для сопряжения с фиксацией (с зацеплением) контактных поверхностей и образования сферического шарнира в соединении таких плит их снабжают вставными элементами 7 соответствующей формы. Так на фиг. 7 показан вставной элемент 7, который с одной стороны имеет сферическую поверхность с радиусом R, прилегающую к контактной поверхности 6 данной плиты, а с другой стороны - сферическую поверхность с радиусом R для сопряжения с контактной поверхностью 4 смежной плиты и образования сферического шарнира.
Кроме того, грани плиты, показанной на фиг. 7, по периметру вырезов, выполненных с верхней стороны плиты, имеют скругленный нижний угол 8. Вариант исполнения плиты со скругленными нижними углами граней может облегчить сопряжение плиты с принимающей плитой или плитами при сборке конструкции, уложенной на грунт или другую установочную поверхность, особенно, если сопряжение выполняется вкручиванием. Так, скругленные углы устраняют или снижают эффект зацепления плиты с установочной поверхностью во время вкручивания плиты в шарнирное соединение с уже уложенной плитой или плитами. Изобретение не ограничено в вариантах дополнительной обработки нижних и/или верхних граней плиты, если она не нарушает необходимой для образования сферического шарнира геометрии фигурных вырезов. Так, верхние углы граней плиты могут иметь скругленные углы, аналогично нижним углам, по соображениям симметрии или для упрощения процесса изготовления плит.
На фиг. 8 и 9 приведены изображения сечений А-А плит согласно вариантам осуществления изобретения, в которых вырезы на смежных гранях плиты (выполненные с разных сторон плиты) образуют выпуклые (фиг. 8) или вогнутые (фиг. 9) сферические контактные поверхности 4 и 6 разных радиусов кривизны. В этих случаях плиты снабжают вставными элементами 7 в виде двояковыпуклой сферической линзы (фиг. 8) или двояковогнутой сферической линзы (фиг. 9) с ответными сферическими контактными поверхностями 6’’ для сопряжения с поверхностями 4 и образования сферического шарнира при соединении плит. Горизонтальная фиксация плит в соединении в вариантах осуществления, показанных на фиг. 7, 8 и 9, достигается за счет сопряжения и зацепления сферических контактных поверхностей 4, 6 и 6’’ на гранях плит с вырезами и на вставных элементах 7, соответственно.
На фиг. 8 также показано сквозное отверстие 9 в месте выполнения одного из фигурных вырезов, а именно, выреза, выполненного с верхней стороны плиты. По существу во всех вариантах осуществления изобретения плиты могут быть снабжены сквозными отверстиями в местах выполнения по меньшей мере части фигурных вырезов на их гранях. Отверстия выполняют дренажную функцию, защищая сборную конструкцию от накопления жидкости в замковых соединениях, которое может приводить к разрушению отдельных соединений или всей сборки, например, вследствие замерзания и расширения жидкости в зимнее время. Отверстия также могут служить для крепления плит анкерами к установочной поверхности при устройстве сборной конструкции, если это необходимо.
На фиг. 10 показан вариант осуществления плиты, в котором нижние поверхности вырезов, выполненных с обеих сторон плиты, не являются сферическими, но содержат фиксирующий выступ 10. При этом сферические контактные поверхности для шарнирного соединения образуются вставными элементами 7’, зацепленными за фиксирующие выступы 10 на нижней поверхности вырезов, которые, в сочетании со вставным элементом 7, также обеспечивает фиксацию плит в горизонтальном направлении. Как видно на фиг. 10, на каждой из граней плиты между фиксирующим выступом 10 и поверхностью вставного элемента 7’, входящей с ним в зацепление, предусмотрен зазор 11. Указанный зазор 11 обеспечивает возможность незначительного смещения сопряженных плит в продольном (горизонтальном) направлении без нарушения фиксации и разрушения шарнирного соединения, обеспечивая возможность компенсации температурных деформаций сборной конструкции во время ее круглогодичной эксплуатации. Форма фиксирующего выступа 10 и вставных элементов 7’, 7, показанная на фиг. 10, является лишь иллюстративной, и изобретение ни в коей мере не ограничено в этом отношении. Все указанные элементы плиты согласно изобретению могут иметь любую форму, подходящую для выполнения их функций, как описано выше.
На фиг. 11 изображен еще один составной вариант выполнения вставного элемента 7 для плиты согласно изобретению. Как можно видеть, данный вставной элемент 7 состоит из двух частей, каждая из которых имеет выступ для зацепления указанных частей друг другом в горизонтальной плоскости, причем между входящими в зацепление поверхностями указанных выступов предусмотрен зазор 12. Составное выполнение вставного элемента 7 может упростить сопряжение плит при устройстве сборной конструкции, а также производство и хранение таких вставных элементов 7. В свою очередь, зазор 12 между частями вставного элемента 7 обеспечивает полезный эффект продольного смещения сопряженных плит для компенсации температурных деформаций сборной конструкции, который может проявляться отдельно или же дополнять упомянутый выше полезный эффект от зазора 11 между фиксирующим выступом 10 и вставным элементом 7’.
Форма и количество частей в составе вставного элемента 7 плиты согласно изобретению не ограничены вариантами, проиллюстрированными на фиг. 10 и 11. Вставной элемент 7 может включать в себя более двух частей, а также может иметь любую подходящую форму, при условии наличия соответствующих выступов для зацепления этих частей друг с другом, а также сферических контактных поверхностей для шарнирного соединения плит. Вставные элементы 7 в составном исполнении могут с успехом использоваться в любом варианте осуществления плиты согласно изобретению.
Сопряжение плит согласно описанным выше вариантам осуществления изобретения осуществляется по контактным поверхностям сферического шарнира в каждом соединении ответных вырезов на их гранях посредством вращательного движения присоединяемой плиты относительно приемной плиты и центра сферической контактной поверхности, соответственно. Другими словами, ответные вырезы на гранях смежных плит вкручиваются друг в друга.
Соответственно, объектом изобретения также является способ устройства сборных конструкций из описанных плит, согласно которому плиты соединяют друг с другом посредством вкручивания грани присоединяемой плиты с вырезом в ответный вырез грани принимающей плиты по контактной поверхности сферического шарнира.
Вырезы, выполненные поочередно с верхней и с нижней стороны каждой плиты, обеспечивают вертикальную фиксацию плит в сборной конструкции. Выполнение сферического шарнира с зацеплением образующих его поверхностей в каждом из соединений обеспечивает фиксацию плит в горизонтальном (продольном и поперечном) направлении, а также возможность поворота соединенных плит относительно друг друга по сферическим контактным поверхностям в пределах, задаваемыми формой фигурных вырезов (зазорами и допусками их поверхностей), без нарушения целостности сборной конструкции. Сборка и разборка конструкций согласно изобретению осуществляются последовательно.
Сопряжение плит можно выполнять в разных направлениях, в частности, вставлять в сборку новую плиту, осуществляя, одним вращательным движением, одновременное сопряжение нескольких шарнирных соединений между ее гранями и гранями смежных ей плит, при условии того, что центры сферических контактных поверхностей во всех одновременно сопрягаемых шарнирных соединениях находятся на одной линии. Соответственно, возможные направления сопряжения плит располагаются перпендикулярно линиям, на которых лежат центры сферических контактных поверхностей всех одновременно сопрягаемых шарнирных соединений. Количество и расположение таких направлений сопряжения определяется формой плиты и формой фигурных вырезов на ее гранях, которые, в рамках настоящего изобретения, могут быть самыми разными.
Отсоединение плит после сборки конструкции выполняется в обратном порядке, посредством противоположного вращательного движения, при котором крайняя плита выкручивается из шарнирного соединения со смежной плитой или плитами.
Однако изобретение не ограничено описанным способом устройства сборных конструкций из плит посредством вращательного движения (вкручивания). В случае использования составных вставных элементов, части которых могут не вводиться в зацепление друг с другом при совмещении ответных вырезов на гранях плит, соединение плит может осуществляться посредством простого поступательного перемещения: плиты сдвигают друг с другом на плоскости до сопряжения ответных вырезов на их гранях. В результате такого соединения плиты уже будут зафиксированы в вертикальном направлении за счет вырезов, выполненных поочередно с верхней и с нижней стороны каждой плиты. Далее плиты могут быть зафиксированы в горизонтальном направлении с помощью разных средств. В одном из вариантов осуществления изобретения для горизонтальной фиксации плит применяются подвижные средства фиксации, встроенные в составной вставной элемент и обеспечивающие возможность зацепления частей вставного элемента друг с другом после соединения ответных вырезов на гранях плит.
Так, согласно варианту осуществления изобретения, вставной элемент 7 может состоять из двух частей, представляющих собой верхнюю половину и нижнюю половину двояковыпуклой линзы, разделенных горизонтальной (средней) плоскостью. В этом случае каждая из частей вставного элемента 7 имеет углубление, открытое в сторону второй части, так что углубления частей вставного элемента 7 в сборе сопряжены друг с другом, и содержат подвижные средства фиксации с возможностью перемещения в положение с зацеплением частей вставного элемента друг с другом.
2
1
2
1
На фиг. 12 проиллюстрирована часть, а именно верхняя половина, такого составного вставного элемента 7 с подвижным средством крепления в виде шайбы 14. Вторая часть (нижняя половина) составного вставного элемента 7 имеет идентичную конструкцию. Части линзообразного вставного элемента 7 имеют одинаковые цилиндрические углубления 13, содержащие цилиндрические шайбы 14. Высота h шайб 14 выбирается исходя из условия: 0,5L<h<L, где L - глубина каждого из углублений 13, предпочтительно, 0,6L<h<0,9L, наиболее предпочтительно - h=0,75L. Диаметр шайб 14 выбирается из условия обеспечения зазора z, преимущественного равномерного, между стенками углубления 13 и поверхностями шайбы 14, как показано на фиг.12. Части составного вставного элемента 7 снабжены сквозным отверстием 16, проходящим и сквозь шайбы 14, причем отверстие в шайбе имеет диаметр D, превышающий диаметр D отверстия в самой части вставного элемента 7, поскольку шайба 14 может смещаться внутри углубления 13 на расстояние, определяемое зазором z. Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления, диаметр D отверстия в шайбе 14 равен или превышает диаметр D отверстия в части вставного элемента 7 вместе с двойной величиной зазора z (т.е. D1+2z). Грани отверстия в шайбе 14 могут иметь скругленные углы. Кроме того, каждая из частей составного вставного элемента 7 может иметь фаску 17, выполненную по периметру части. Описанные особенности выполнения частей составного вставного элемента 7 и встроенных в них подвижных средств фиксации обеспечивают возможность смещения с поворотом вставного элемента внутри посадочного места, образованного контактными поверхностями 4 и 6, в соединении плит согласно изобретению.
До соединения плит и соответственно сборки вставного элемента 7 шайбы 14 удерживаются внутри углублений 13, например, с помощью съемных фиксаторов (на чертежах не показаны), не выступая за их пределы. Таким образом, плиты в данном варианте осуществления могут быть соединены посредством простого поступательного перемещения по направлению друг к другу до совмещения ответных вырезов на их гранях, содержащих части вставного элемента 7.
Действительно, вставной элемент 7 разделен пополам горизонтальной плоскостью, а средства фиксации (шайбы 14) могут удерживаться внутри углублений 13, поэтому в области соединения плит нет выступающих элементов, входящих в зацеплении друг с другом, и ничто не мешает соединить две плиты простым поступательным перемещением. Такие плиты могут быть выровнены на установочной поверхности и сдвинуты вместе до совмещения ответных вырезов на их гранях.
На фиг. 13 в продольном сечении проиллюстрировано соединение плит согласно варианту осуществления изобретения с описанным составным вставным элементом 7 и подвижными средствами фиксации в виде шайб 14.
На чертеже показан результат фиксации плит в горизонтальной плоскости посредством перемещения подвижных средств фиксации (шайб 14) в положение с зацеплением частей вставного элемента 7 друг с другом. Для этого шайбу 14 в верхней части вставного элемента 7 освободили (например, сняли фиксатор), и она под действие силы тяжести упала на шайбу 14 в углублении 13 нижней части вставного элемента 7. Учитывая высоту (h) каждой из шайб 14, верхняя шайба 14 одновременно располагается в обоих углублениях 13 верхней и нижней частей вставного элемента 7, пересекая среднюю плоскость. Таким образом, верхняя шайба 14 обеспечивает зацепление частей вставного элемента 7 друг с другом и предотвращает их смещение в горизонтальной плоскости, т.е. в продольном и поперечном направлениях.
Отметим, что на фиг.13 проиллюстрировано положение частей составного вставного элемента 7 после их смещения с поворотом внутри посадочного места, образованного контактными поверхностями 4 и 6 в соединении плит.
В проиллюстрированном варианте осуществления плиты в местах выполнения вырезов снабжены сквозными отверстиями 15, сопрягаемыми при сборке со сквозными отверстиями 16 в частях вставного элемента 7 для составления единого сквозного отверстия, проходящего через сферический шарнир в соединении плиты с другими плитами. Отверстия 15 обеспечивают доступ с внешней стороны плиты к подвижным средствам фиксации в виде шайб 14 и возможность перемещения шайб 14 в положение с зацеплением частей вставного элемента 7 друг с другом после соединения плит, например, путем освобождения шайб 14 от съемных фиксаторов.
Описанные сквозные отверстия 15 и 16 также могут использоваться для перемещения плит согласно изобретению (возможно ведение в отверстия соответствующих захватов) и выполнять дренажную функцию. Вместе с тем, изобретение не ограничено данным вариантом осуществления, а удержание средств фиксации (шайб 14) в углублениях 13 частей вставного элемента 7 до сборки и их перемещение в положение с зацеплением частей вставного элемента 7 друг с другом после соединения плит может осуществляться с помощью других средств. В частности, шайбы 14 могут быть приклеены или другим способом прикреплены к нижней поверхности углублений 13 с возможностью освобождения при внешнем воздействии на место крепления, например, посредством ударного воздействия или нагрева наружной части плиты.
Хотя на фиг. 12 и 13 проиллюстрирован составной вставной элемент 7 в виде двояковыпуклой линзы, он может с равным успехом быть выполнен в виде двояковогнутой линзы. Кроме того, каждая часть составного вставного элемента 7 может иметь более чем одно углубление 13 для размещения подвижных средств фиксации.
На фиг. 14 показан вариант осуществления плиты 1 с фигурными вырезами сложной формы для использования с составными вставными элементами (не показаны на чертеже), части которых могут не вводиться в зацепление друг с другом при совмещении ответных вырезов на гранях плит. Для ясности на фиг. 14 плита 1 показана в двух проекциях. Как можно видеть, данный вариант осуществления предусматривает выполнение на гранях плиты 1 фигурных вырезов сложной формы. В частности, нижняя поверхность выреза, выполненного с верхней стороны плиты 1, содержит сферическую поверхность 4 для образования, вместе с ответной поверхностью 6 смежной плиты, посадочного места для вставного элемента 7 в виде двояковыпуклой линзы, а также несферические поверхности 4'. Поверхности 4' представляют собой набор треугольных в плане плоскостей с разными углами наклона, которые ограничивают вращение соединенных плит относительно друг друга. Соответственно, углы наклона поверхностей 4' подбираются исходя из требуемой или допустимой величины поворота плит в соединении. На фиг. 14 также показаны сквозные отверстия 15 в местах выполнения вырезов, а именно, в центральной точке выреза, на сферических поверхностях 4 и 6.
Как можно видеть на фиг. 14, фигурные вырезы на гранях плиты в данном варианте осуществления выполнены без образования элементов, которые автоматически вводятся в зацепление друг с другом при соединении плит. Соответственно, если плиты 1 снабдить составными вставными элементами 7 в виде двояковыпуклых линз, части которых также не вводятся в зацепление друг с другом при соединении плит (например, как изображено на фиг. 12 и 13), плиты можно будет соединять посредством поступательного перемещения.
Для таких плит изобретение предусматривает способ устройства сборных конструкций, согласно которому плиты соединяют друг с другом посредством поступательного перемещения с совмещением ответных вырезов на их гранях и фиксируют посредством перемещения подвижных средств фиксации в каждом вставном элементе в положение с зацеплением частей вставного элемента друг с другом. Дополнительно, согласно данному способу, после фиксации плит в сквозное отверстие 15 (и далее 16), проходящее через сферический шарнир в каждом соединении плит друг с другом, могут вставлять упругий демпфирующий элемент (не показан на чертежах).
Сквозное отверстие 15 в плитах согласно изобретению предпочтительно выполнено под углом к вертикальной оси, с расширением по направлению к вставному элементу 7 и сопряжением с отверстием 16 во вставном элементе, как показано на фиг.13. Такое решение способствует устранению возможного люфта в местах соединения плит за счет размещения упругого демпфирующего элемента (на чертежах не показан) в сквозных отверстиях 15 и 16. Упругий демпфирующий элемент, например, резиновый штырь, вставленный в отверстие 15 в плите, выполненное под углом, далее в прямое отверстие 16 во вставном элементе, а затем - в отверстие 15 в другой плите, выполненное под углом, будет стремиться к выпрямлению. Соответственно, упругий элемент будет поворачивать вставной элемент 7 насколько это возможно внутри посадочного места, образованного сферическими поверхностями 4 и 6 вырезов на гранях соединенных плит, стремясь к максимальному сопряжению их поверхностей, так что любой люфт в соединении и сферическом шарнире в его составе будет устранен. Поворот вставного элемента 7 проиллюстрирован на фиг.13 без изображения упругого демпфирующего элемента.
Этот аспект является существенным и уникальным преимуществом настоящего изобретения. Возможность устранения люфтов в соединениях плит позволяет создавать такие составные конструкции из плит, как дорожное покрытие, по существу, лишенное дополнительного износа в местах стыковки, которые, как известно, наиболее уязвимы и подвержены разрушению. Это существенно повышает прочность и срок службы сборной конструкции.
Способ сопряжения плит посредством поступательного перемещения на плоскости особенно предпочтителен для плит большого размера и веса, таких, как дорожные плиты, когда вкручивание плит друг в друга технически трудноосуществимо.
Дополнительно или в качестве альтернативы, вставные элементы 7, 7’ могут быть выполнены из материала, отличающегося от материала плиты, преимущественно, являющегося более упругим (то есть более эластичным, в большей степени проявляющего свойства упругости) по сравнению с материалом плиты. Например, вставные элементы 7, 7' могут изготавливаться из таких упругих материалов, как каучук, резинобитумная смесь и пластик, тогда как плиты могут изготавливаться из таких твердых материалов, как бетон и металл. Исполнение вставных элементов из упругих материалов позволяет упростить сопряжение плит, удешевить их производство, а также обеспечить возможность незначительного смещения соединенных плит в горизонтальном (продольном или поперечном) и/или вертикальном направлении для компенсации температурных деформаций сборной конструкции за счет упругой деформации вставных элементов 7, 7’.
Эффект от упругой деформации вставных элементов 7, 7’ может проявляться отдельно или же дополнять упомянутый выше полезный эффект от зазоров 11 и 12 между фиксирующим выступом 10 и вставным элементом 7’, и между частями вставного элемента 7, соответственно. Вместе с тем, для изготовления вставных элементов для плит согласно изобретению могут использоваться любые материалы, в том числе твердые, например, аналогичные материалам самих плит. Изобретение не ограничено в отношении материалов, из которых изготавливаются плиты и их элементы; выбор материалов выполняется исходя из требований конкретной задачи.
Все описанные варианты осуществления изобретения обеспечивают соединение плит с помощью фигурных вырезов на их гранях с фиксацией и образованием сферического шарнира. Соответственно, другим аспектом изобретения является сборная конструкция из плит согласно любому из описанных выше вариантов осуществления, соединенных друг с другом с образованием сферических шарниров в каждом из соединений плит друг с другом.
Согласно одному из вариантов осуществления, такая сборная конструкция представляет собой покрытие, в котором плиты расположены в ряды, так что центры сферических контактных поверхностей в шарнирных соединениях плит одного ряда с плитами другого ряда расположены на одной линии. В этом случае обеспечена возможность поворота плит одного ряда относительно другого, сопряженного с ними ряда плит, то есть изгиб поверхности сборного покрытия вдоль рядов плит, без нарушения целостности сборки. В другом варианте осуществления сборная конструкция представляет собой покрытие с цилиндрическим профилем, состоящее из плит с цилиндрической верхней и/или нижней поверхностью. Кроме того, сборные конструкции согласно изобретению могут иметь разные формы поверхностей и профиля в зависимости от формы верхних и/или нижних поверхностей плит в их составе.
Во всех случаях, плиты в сборной конструкции согласно изобретению фиксированы как в вертикальном, так и в горизонтальном (продольном и поперечном) направлении. Разборка описанных конструкций осуществляется последовательно, путем отсоединения крайних плит, не зафиксированных с других сторон следующими плитами в сборке. Таким образом, сборные конструкции согласно изобретению являются несущими и обладают свойствами монолитности – давление, оказываемое на любую отдельную плиту в сборке, не приводит к ее отсоединению (вплоть до разрушения вырезов на гранях плиты), а распределяется по смежным плитам, и далее по остальным плитам в сборке. Соответственно, сборная конструкция сохраняет свою целостность при любых нагрузках, вплоть до критических для целостности отдельных плит, функционируя, как условно-монолитная.
Вместе с тем, в определенных вариантах осуществления изобретения обеспечена возможность поворота плит в составе сборных конструкций относительно друг друга по принципу шарового шарнира в заданных, ограниченных пределах, как пояснялось более подробно выше.
На фиг. 15 показан пример сборной конструкции из четырех плит, показанных на фиг. 14. На фиг. 16-18 показаны на виде сверху другие примеры плит в различных вариантах осуществления изобретения (виды А), а также сборных конструкций (покрытий) из таких плит (виды В).
На фиг. 19 и 20 показаны на виде сверху примеры плит (виды А) в вариантах осуществления изобретения, которые обеспечивают возможность устройства сборных конструкций разного вида, в зависимости от того, каким образом плиты сопрягаются друг с другом, как показано на видах В и С каждой из этих фигур.
На фиг. 21 и 22 показаны пары плит (виды А и B) согласно изобретению, которые являются дополняющими друг для друга при устройстве сборной конструкции (виды С).
Как можно видеть, плиты в сборных покрытиях на видах С на фиг. 19 и 20, а также на виде B на фиг. 16 расположены в ряды. Таким образом, сборные покрытия в данных вариантах осуществления могут обладать возможностью изгиба вдоль направления сопряжения плит, если центры сферических контактных поверхностей в шарнирных соединениях плит одного ряда с плитами другого ряда будут расположены на одной линии.
Стоит отметить, что для целей создания сборных конструкций определенных размеров и форм могут применяться различные доборные блоки, представляющие собой усеченные плиты согласно изобретению или плиты специальной формы. Специализированные плиты могут требоваться, например, для сопряжения сборок из плит в местах поворота дорожного покрытия. Изготовление и применение таких доборных блоков известно специалистам в данной области техники.
Необходимо отметить, что изобретение не ограничено примерами и вариантами осуществления, описанными выше и проиллюстрированными на чертежах. После ознакомления с раскрытием сущности изобретения специалисты в данной области техники смогут предложить другие варианты осуществления изобретения, например, плиты для устройства сборных покрытий, отличающиеся по форме от плит, описанных выше и проиллюстрированных на чертежах. Все эти варианты попадают в область правовой охраны настоящего изобретения, которая определяется формулой изобретения.