Восстановленная железобетонная опора линии электропередачи

Область техники
Полезная модель относится к области строительства, в частности к конструкциям, использующим внешнее армирование для восстановления и повышения прочности железобетона при объемном напряженном состоянии, и может быть использована для усиления железобетонных опор линий электропередачи.
Уровень техники
Из уровня техники известны элементы, используемые при восстановлении железобетонных опор линий электропередачи (Патент на полезную модель КНР № CN 205000260 U от 2016-01-27 МПК E01D-022/00, Заявка на изобретение КНР № CN 105113431 A от 2015-12-02 МПК E01D-022/00, патент на изобретение РФ № RU 2516185 C2 от 2014-05-20 2014-05-20 МПК C23C-026/00, E04C-005/07, E04G-023/02, Патент на изобретение Японии № JP 5448722 B2 от 2014-03-19 МПК E04G-023/02, Заявка на изобретение № JP 2007002432 A от 2007-01-11 МПК E04G-023/02, Европейский патент № EP 0572243 B1 от 1996-03-13 МПК B29B-011/16, B29B-015/08, B29C-063/06, B29C-073/04, B29K-101/10, B29K-105/08, E04G-023/02, E04H-012/12, E04H-012/22, Международная заявка PCT № WO 92/12858 A1 от 1992-08-06 МПК B29C-070/56, B29C-070/86, E02D-005/60, E02D-027/34, E04C-003/34, E04G-023/02, E04H-009/02, Европейский патент № EP 0303365 B1 от 1991-11-21 МПК E02D-005/64, E04G-023/02, E04H-012/22), состоящие из композитных материалов на основе базальтового, органического, углеродного, полиэфирного, параарамидного, метаарамидного, полиакрилонитирильного волокна, стекловолокна и латексного связующего, эпоксидного связующего, полиэфирного связующего, кремнийорганического связующего, винилэфирного связующего, фенольного связующего, связующего на основе полиуретана, связующего на основе термопластов, связующего на основе эластомеров. Подобные элементы получают широкое распространение при восстановлении железобетонных опор линий электропередачи, поскольку они обладают рядом преимуществ по отношению к элементам из традиционных материалов (металлов и цементных растворов), такими как прочность при растяжении, низкий вес, коррозионная стойкость, продолжительным сроком службы, а также усиление строительных конструкций композитными материалами является менее трудоемким, энергозатратным и более технологичным процессом по сравнению с традиционными способами усиления. Недостатком, проявляющимся при использовании элементов из композитных материалов, является высокая себестоимость по сравнению с элементами из традиционных материалов, а также невозможность сплошной оклейки конструкции для обеспечения миграции влаги через наклеенные композитные материалы ввиду их герметичности.
Из уровня техники известна система внешнего армирования на основе площеного жгута для элементов строительных конструкций (патент РФ на полезную модель № 131400 от 26.12.2011 года МПК E04C 3/00), содержащая, по меньшей мере, одно армирующее полотно или ламель из площеных жгутов и смоляного связующего, которое нанесено на жгуты послойно с последующим отвердением. Данное изобретение позволяет усиливать различные конструкции и сооружения, не прибегая к дополнительным технологическим операциям и приспособлениям для усиления адгезии усиливающего материала к объекту усиления, достигается это за счет применения площеного жгута. Система внешнего армирования используется следующим образом: осуществляется подготовка подложки (поверхности железобетонной опоры) для нанесения первого слоя адгезива и поэтапное нанесение армирующих слоев с последующим нанесением на них связующего. В материалах не раскрывается подробное описание конструкции системы внешнего армирования, нанесенной на восстановленный железобетонный элемент.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога заявленной полезной модели, является восстановленная железобетонная опора линии электропередачи, известная из патента РФ на изобретение № 2650150 от 20.12.2016 года МПК E04G 23/02, E04H 12/12, по всей длине боковой поверхности которой наклеено углеволокно с помощью эпоксидного связующего. Недостатками данного технического решения являются: накопление влаги в теле железобетонной опоры, приводящее к отклеиванию углеволокна и более быстрому разрушению железобетонной опоры при постоянном воздействии погодных условий, положительных и отрицательных температур, а также недостаточная прочность железобетона ввиду расположения углеволокна на поверхности железобетонной опоры с помощью намотки и отсутствию на поверхности силовых элементов, воспринимающих нагрузки по всей длине железобетонной опоры в вертикальном направлении, и повышенная материалоемкость ввиду расположения композитного элемента (элементов) практически по всей боковой поверхности, внахлест слоев друг на друга.
Раскрытие сущности полезной модели
Задачей настоящей полезной модели является создание конструкции внешнего армирования железобетонной опоры линии электропередачи, лишенной указанных недостатков, при которой достигается компенсация дефицита вертикальной корродированной арматуры и дефицита прочности бетона на сжатие в результате его деструкции.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в улучшении миграции влаги в теле железобетонной опоры линии электропередачи, восстановленной с помощью композитных материалов на основе связующего и однонаправленного волокна/ткани и ламелей, при одновременном увеличении прочности железобетона при объемном напряженном состоянии и уменьшением количества используемых в процессе восстановления композитных материалов.
Указанный технический результат достигается с помощью восстановленной железобетонной опоры линии электропередачи, на поверхности которой наклеены с помощью средства адгезии композитные элементы, состоящие из волокон и связующего, согласно заявленному решению часть композитных элементов наклеены в вертикальном направлении на поверхности железобетонной опоры, а другая часть композитных элементов наклеена в горизонтальном направлении на поверхности пересекающихся с ними композитных элементов и поверхности железобетонной опоры, при этом, на поверхности железобетонной опоры, между композитными элементами, наклеенными в вертикальном направлении, и композитными элементами, наклеенными в горизонтальном направлении, имеются свободные от наклеенных композитных элементов зоны.
При этом в качестве композитных элементов, наклеенных в вертикальном направлении, могут использовать ламели и/или однонаправленные ленты и связующее.
Кроме того композитные элементы, наклеенные в вертикальном направлении, могут быть выполнены из цельной ламели и/или цельной однонаправленной ленты.
Также стык композитных элементов, наклеенных в вертикальном направлении, может быть выполнен с помощью стыковочного элемента, наклеенного внахлест на длину не менее 300 мм на каждом из стыкуемых композитных элементов.
Ширина композитных элементов, наклеенных в вертикальном направлении, может составлять от 50 мм до 600 мм.
Максимальный шаг наклейки в свету композитных элементов, расположенных в вертикальном направлении, может приниматься не более меньшего значения, выбираемого из группы: 0,2L или 3t, где L - высота опоры, t - толщина стенки опоры.
Преимущественно в качестве композитных элементов, наклеенных в горизонтальном направлении, используют однонаправленные ленты и связующее.
А ширина композитных элементов, наклеенных в горизонтальном направлении, может составлять от 50 мм до 600 мм.
Помимо этого, максимальный шаг наклейки в свету композитных элементов, расположенных в горизонтальном направлении, может приниматься не более меньшего значения, выбираемого из группы: 1/2h0 или 3Wf, где h0 - расстояние до центра тяжести рабочей продольной металлической арматуры, Wf - ширина композитного элемента.
Преимущественно стыковка композитных элементов, наклеенных в горизонтальном направлении, выполнена внахлест на длину не менее 300 мм.
Кроме того, площадь поверхности железобетонной опоры, на которой имеются свободные от наклеенных композитных элементов зоны, может составлять не менее 10% от поверхности железобетонной опоры.
Также восстановленная железобетонная опора линии электропередачи может содержать, по меньшей мере, одно дополнительное локальное усиление на участке с повреждениями при его недостаточной несущей способности.
В качестве волокон может быть использовано углеродное, и/или базальтовое, и/или органическое, и/или полиэфирное, и/или параарамидное, и/или метаарамидное, и/или полиакрилонитирильное волокно, и/или стекловолокно.
При этом композитные элементы могут быть покрыты и/или пропитаны средством для адгезии или связующим.
А в качестве средства для адгезии или связующего может быть использовано связующее на основе эпоксидного связующего, и/или латексного связующего, и/или эластомеров, и/или полиэфирного связующего, и/или винилэфирного связующего, и/или связующего на основе полиуретана, и/или связующего на основе термопластов, и/или связующего на основе эластомеров.
В отличие от ближайшего аналога в восстановленной железобетонной опоре линии электропередачи обеспечивается улучшенная миграции влаги и ее испарение, а также достигается увеличение прочности железобетона, поскольку композитные элементы наклеены в вертикальном и горизонтальном направлении, что позволяет достигать необходимого распределения нагрузок, а на поверхности имеются свободные от наклеенных композитных элементов зоны, что позволяет отводить влагу из тела железобетонной опоры линии электропередачи.
Краткое описание чертежей
Сущность заявленной полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенными ниже фигурами и описанием.
На фигуре 1 показан вид сбоку восстановленной железобетонной опоры линии электропередачи.
На фигуре 2 показано сечение А-А восстановленной железобетонной опоры линии электропередачи.
Осуществление полезной модели
Предлагаемое техническое решение полезной модели поясняется конкретным исполнением предложенной восстановленной железобетонной опоры линии электропередачи, однако, приведенный пример не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заявленного технического результата.
Восстановленная железобетонная опора 1 линии электропередачи, на поверхности которой наклеены с помощью средства адгезии на основе эпоксидного связующего композитные элементы - ламели 2, на основе из углеволокна и эпоксидного связующего, и однонаправленные ленты 3 из углеволокна. Ламели 2 наклеены в вертикальном направлении на поверхности железобетонной опоры 1, а однонаправленные ленты 3 наклеены в горизонтальном направлении на поверхности пересекающихся с ними ламелей 2 и поверхности железобетонной опоры 1, при этом, на поверхности железобетонной опоры 1, между ламелями 2 и однонаправленными лентами 3, имеются свободные от наклеенных композитных элементов зоны 4 (на фигуре 1 показаны несколько зон, иллюстрирующие их расположение).
При этом вместо средства для адгезии и связующего на основе эпоксидного связующего может быть использовано связующее на основе латексного связующего, эластомеров, полиэфирного связующего, винилэфирного связующего, полиуретана, термопластов, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемых свойств (времени, температуры) застывания связующего и применяемой технологии нанесения.
Тогда как вместо углеродного волокна могут быть использованы следующие волокна - стекловолокно, органическое волокно, полиэфирное волокно, параарамидное волокно, метаарамидное волокно, полиакрилонитирильное волокно, базальтовое волокно, а также их комбинации, выбираемые в зависимости от требуемой прочности и экономичности (себестоимости) готового изделия.
Ламели 2 из углеволокна и эпоксидного связующего, покрыты средством для адгезии между железобетонной опорой 1 и ламелями 2.
Однонаправленные ленты 3 из углеволокна пропитаны эпоксидным связующим, образующие вместе композитный материал, при этом эпоксидное связующее также выполняет роль средства для адгезии между железобетонной опорой 1 и однонаправленными лентами 3.
При этом вместо ламелей 2 в качестве композитных элементов, наклеенных в вертикальном направлении, могут использовать однонаправленные ленты и связующее, что выбирается на стадии проекта в зависимости от требуемых параметров прочности.
Ламели 2 являются цельными, то есть непрерывны по длине, в пределах которой они учтены с расчетным сопротивлением, определяемым в соответствии с требованиями действующих нормативных документов, для обеспечения прочности и жесткости железобетонной опорой 1. Отсутствие стыков обеспечивает повышенную прочность, при этом, вместо цельных ламелей могут быть использованы цельные однонаправленные ленты.
В случае необходимости стыковки ламелей 2, их стыковка выполнена с помощью стыковочного элемента (на фигурах не показан), в виде дополнительной ламели наклеенной внахлест на длину не менее требуемой длины анкеровки на каждую из стыкуемых ламелей 2. При этом стыковка ламелей 2 осуществляется с учетом напряженно-деформируемого состояния железобетонной опорой 1, то есть не в зонах возникновения максимальных усилий.
Ширина ламелей 2 выбрана 100 мм. При этом ширина композитных элементов, наклеенных в вертикальном направлении, может составлять от 50 мм до 600 мм, что выбирается на этапе планирования процесса восстановления в зависимости от расчетных нагрузок.
Шаг наклейки в свету ламелей 2 выбран 270 мм, являющийся меньшем значением из группы значений: 0,2L=3580 мм или 3t=275…315 мм, где L - высота опоры, t - толщина стенки опоры.
Ширина однонаправленных лент 3 выбрана 150 мм. При этом ширина композитных элементов, наклеенных в горизонтальном направлении, может составлять от 50 мм до 600 мм, что выбирается на этапе планирования процесса восстановления в зависимости от расчетных нагрузок.
Шаг наклейки в свету однонаправленных лент 3 выбран 150 мм, являющийся меньшем значением из группы значений: 1/2h0 = 150…225 мм или 3Wf = 450 мм, где h0 - расстояние до центра тяжести рабочей продольной металлической арматуры, Wf - ширина однонаправленной ленты 3.
Стыковка каждой однонаправленной ленты 3, намотанной на поверхности железобетонной опоры 1 и ламели 2, выполнена внахлест (позиция В на фигуре 2) на длину Wf+50 мм=200, где Wf - ширина композитного элемента. При этом в случае если Wf менее 150 мм длина нахлеста выбирается 200 мм.
Площадь поверхности железобетонной опоры 1, на которой имеются свободные от наклеенных ламелей 2 и однонаправленных лент 3 зоны, будет составлять не менее 15 % от поверхности железобетонной опоры 1. При этом зоны, свободные от наклеенных композитных элементов, могут составлять не менее 10% от поверхности железобетонной опоры, нижнее значение обусловлено, подобранный опытным путем соотношением, при котором обеспечивается достаточная миграции влаги в теле железобетонной опоры и при этом достигаются наиболее высокие прочностные характеристики.
Восстановленная железобетонная опора линии электропередачи может содержать, по меньшей мере одно, дополнительное локальное усиление на участке с повреждениями (на фигурах не показано), при его недостаточной несущей способности, такое локальное усиление может включать дополнительные металлические и цементные элементы, установленные взамен поврежденных. При этом композитные элементы наклеиваются поверх такого локального усиления, исключив контакт волокон с металлом.
Ламели 2 выполняют функцию дополнительной вертикальной металлической арматуры и воспринимают растягивающие нагрузки, направленные вдоль боковой поверхности по всей длине, на которой они наклеены. По причине отсутствия возможности спрогнозировать воздействие разрушающих климатических факторов усиление опоры разработано с симметричным расположением элементов композитной арматуры
Однонаправленные ленты 3 дополнительно выполняют функцию традиционных элементов - поперечных стальных хомутов, препятствующих потере устойчивости растянутой/сжатой металлической арматуры и ламелей.
Восстановленная железобетонная опора 1 линии электропередачи получается следующим образом: проводится осмотр и замеры поверхности железобетонной опоры, проводится расчет оставшегося запаса прочности, на основании которого принимают решения о требуемых операция по восстановлении несущей способности железобетонной опоры.
Также проводятся расчеты, включающие обоснование типа требуемых армирующих композитных элементов, связующего, характеристики композитных элементов, расстояния между наклеиваемыми вертикальными и горизонтальными элементами, а также площадь зон, свободных от композитных элементов, а также требуемые длины анкеровки/нахлестов вертикальных элементов, и размер стыковочных вертикальных элементов и их нахлесты.
На основании проведенных расчетов принимается решение об операциях восстановления поверхности железобетонной опоры. Так обычный порядок действий включает очищение от загрязнений, в случае наличия осыпающихся и разрушенных элементов бетона и металлической арматуры, такие элементы восстанавливаются/удаляются и устанавливаются (наносятся) дополнительные локальные усиления.
Внешнюю поверхность получившейся железобетонной опоры подготавливают для наклейки композитных элементов.
Согласно полученным расчетом наклеивают вертикальные композитные элементы - ламели 2, после наклеивают горизонтальные композитные элементы - однонаправленные ленты 3. После высыхания композитных элементов на железобетонную опору 1 устанавливают требуемое электротехническое оборудование.
Используемые композитные элементы позволяют компенсировать дефицит вертикальной корродированной арматуры и дефицит прочности бетона на сжатие в результате его деструкции.
Реализация полезной модели возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических процессов и материалов.
Проведенные патентные исследования показали, что совокупность существенных признаков полезной модели не известна из уровня техники.