АНКЕРНАЯ СИСТЕМА
ANCHORING SYSTEM

Настоящее изобретение относится к системе анкеровки к грунту для объектов разного типа, таких как строительные конструкции, содержащей по меньшей мере два направляющих элемента, внутрь которых вставлен анкерный стержень так, чтобы входить в грунт под углом к вертикали.
В областях строительства, монтажа, хобби, спорта, сельского хозяйства известно множество задач, требующих опоры на грунт или анкеровки к грунту. Например, анкеровки требует садовый инвентарь, такой как беседки, фонари и прочее, в области спорта анкеровка нужна для натяжения растяжек для палаток, в области дорожного строительства анкеровки требуют дорожные знаки или корзины в местах общего доступа, в области частного домостроения анкеровка нужна для фотоэлементов или электромоторов привода ворот.
Также, для примера, анкеровки требуют и другие изделия, такие как рекламные щиты и дорожные знаки или фотоэлектрические панели.
Для анкерных конструкций, подвергающихся высоким нагрузкам, на естественных грунтах разных типов, когда простого вертикального забивания недостаточно, применяют заливку бетоном как с арматурой, так и без нее. Такая бетонная заливка, также именуемая плитой основания, в которую вставляют фундаментные болты или закладки разных типов, противодействует механическим нагрузкам, создаваемым опирающейся на нее конструкции и отличается своей сложностью и большими затратами времени на сооружение. На практике такие системы требуют проведения землеройных работ, после чего следует заливка материала, который может использоваться для анкеровки только после твердения.
Среди наиболее чувствительных проблем при реализации описанных выше систем анкеровки на грунтах такого типа является трудность оптимизации стабильности закрепленных таким образом конструкций. Грунт часто оседает при извлечении для обустройства места анкеровки, а после завершения анкеровки его восстанавливают. В любом случае, в любых известных способах, как запатентованных, так и нет, никогда не раскрывалась последовательно демонтируемая и пригодная к повторному использованию система. Наконец, но вероятно, еще более важным являются затраты на установку вышеописанных систем, определяемые сроками монтажных работ и трудозатратами.
Существуют и другие способы анкеровки, не требующие землеройных работ и цементирования, при которых по существу механическими средствами или вручную забивают в грунт сваи, винтовые системы, анкеры разных форм и размеров. Что касается свай и винтовых систем, то хотя они являются эффективным решением, когда нагрузки и механические силы, действующие на конструкцию, не особенно велики, они имеют существенные ограничения, относящиеся к сопротивлению движению. Фактически их сопротивление определяется только давлением, создаваемым материалом, в который их забивают у стены самого объекта. Соответственно, боковые сотрясения существенно снижают прочность анкеровки. Эту проблему в некоторой степени устраняет система, в которой анкер посажен глубоко в грунт, несмотря на то, что он менее эффективен в противодействии боковым и вертикальным давлениям, действующим на поддерживаемую конструкцию, и она дорога в реализации, и ее применение ограничивается только сопротивлением движению. Все вышеописанные системы чувствительны к изменениям условий уплотнения грунта и к глубине забивания. В патентной литературе приведены некоторые примеры, например, в IT 1177338, выданном Sistemi Chiocciola S.r.l. Тем не менее, винтовые системы, ввинчиваемые в грунт, имеют некоторые проблемы во время установки винта, поскольку винт входит в грунт с некоторым наклоном, не позволяя выдерживать идеальную вертикаль относительно грунта конструкции, которую он поддерживает, если не использовать довольно сложное оборудование. Кроме того, в случае каменистого основания такие системы использовать невозможно, а вышеописанные системы можно устанавливать с большими трудностями, если не выполнять предварительное бурение на некоторую глубину.
В качестве альтернативы таким системам существуют анкерные системы, в которых предусматривается установка опорной структуры на закрепляемый объект, который крепится к грунту с помощью стержней, забиваемых в грунт наклонно через соответствующие направляющие.
Один пример такой системы описан в US 2826281, в которой используется кольцо для крепления вокруг сваи, в которое можно вставить множество стержней, забиваемых в грунт через соответствующие направляющие.
Тем на менее, такое решение не дает достаточной стабильности конструкции и на практике требует заливки стержней бетоном, чтобы придать конструкции стабильность.
Кроме того, в этом случае система требует этапа землеройных работ с последующей установкой структуры ниже уровня грунта, что затрудняет монтаж. Кроме того, по существу применяемые направляющие имеют очень небольшую длину, позволяя забивать стержни только с ограниченным наклоном, не создавая какой-либо структурной жесткости. Фактически в подтверждение этого, можно отметить, что такую структуру необходимо заливать бетоном, иначе она не дает достаточной стабильности.
Альтернатива этой системе описана в ЕР 483 158, также относящемся к применению наклонных стержней для анкеровки объекта к грунту. В документе описано применение удлиненных камней с отверстиями, расположенными в шахматном порядке для направления стержней. В этом случае, наоборот, наличие отверстий является критическим, поскольку существует риск чрезмерного заведения стержней в отверстия так, что стержень пройдет мимо. Поэтому ухудшается направляющая функция, нормально выполняемая двумя отверстиями. Более того, стержни могут пройти мимо при использовании анкерной системы, т.е. после ее монтажа, когда поперечные колебания закрепленного объекта могут создавать небольшие перемещения стержней, что со временем может привести к их выходу из отверстий. Согласно альтернативному варианту в этом патенте описано использование свай, содержащих множество сквозных отверстий, в которые вставлены стержни, которые можно забивать непосредственно в грунт. Тем не менее, в этом случае такая структура вряд ли подходит для крепления малых объектов и, кроме того, требует предварительной обработки закрепляемого объекта.
Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание анкерной системы, позволяющей устранить вышеупомянутые недостатки прототипа.
Эта задача решается анкерной системой по п.1 формулы изобретения.
Настоящее изобретение обладает рядом преимуществ. Основным преимуществом является то, что анкерная система по настоящему изобретению гарантирует высокую стабильность, прочность к механическим напряжениям и простоту монтажа и имеет конструкцию, простую и экономичную в производстве.
В частности, система не требует каких-либо предварительных работ ни с грунтом, ни с объектом перед ее использованием и может применяться на грунтах по существу любого типа.
Кроме того, анкеровка возможна немедленно после монтажа, и, поскольку состояние грунта не модифицируется, она не требует затрат времени на усадку или твердение материала.
Другие преимущества, признаки и способы эксплуатации настоящего изобретения будут очевидны из нижеследующего подробного описания некоторых его вариантов, приведенных в качестве неограничивающего примера со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг. 1 - вид в перспективе первого варианта анкерной системы по настоящему изобретению, в которой анкерные стержни сняты с соответствующей опорной структуры.
Фиг. 2 и 3 - виды в перспективе анкерной системы по фиг. 1 на этапе сборки и после сборки соответственно.
Фиг. 4-7 - виды спереди, схематически показывающие этапы монтажа системы по фиг. 1 и распределение сил во время эксплуатации.
Фиг. 8 - альтернативный вариант анкерной системы, в которой анкерные стержни сняты с соответствующей опорной структуры квадратного сечения.
Фиг. 9 и 10 - виды в перспективе анкерной системы по фиг. 8, на этапе сборки и после сборки соответственно.
Фиг. 11 и 12 - виды спереди, схематически соответственно показывающие этап монтажа, и пример эксплуатации системы по настоящему изобретению.
Фиг. 13 - вид сверху системы по фиг. 8.
Фиг. 14 и 15 - дополнительные альтернативные элементы системы по настоящему изобретению.
На фиг. 1-3 приведен общий вид системы G анкеровки к грунту для объектов разного типа, например строительных структур, по настоящему изобретению, в целом обозначенной позицией 100. Система содержит по меньшей мере два удлиненных трубчатых элемента 2, предпочтительно три, в которые с входного конца 21 вставлены соответствующие анкерные стержни 5, которые имеют длину, по меньшей мере вдвое превышающую длину удлиненных элементов. Очевидно, как будет показано далее более подробно, размеры стержня 5 зависят от конкретной задачи, и с помощью настоящего описания специалисты смогут выбрать соответствующие конструктивные решения.
Удлиненные элементы 2 крепятся к опорной поверхности, которая может иметь разные формы и размеры и может быть выполнена из разных материалов в зависимости от решаемой задачи и требований, определяемых механической нагрузкой на основание, создаваемой закрепляемой структурой, и типом поверхности, к которой осуществляется анкеровка. В настоящем варианте структура 1 опирается на грунт и крепится к нему по меньшей мере двумя анкерными стержнями 5, предпочтительно тремя анкерными стержнями, способом, который будет описан ниже. Очевидно, что чем больше количество анкерных стержней, тем больше будет механических связей и тем выше будет стабильность анкеровки. Как упоминалось выше, анкерные стержни 5 могут иметь разную длину, но они могут иметь и разное сечение и могут быть выполнены из разных материалов, в соответствии с требованиями, определяемыми типом поверхности и механическими нагрузками, создаваемыми поддерживаемым объектом. Кроме того, их поверхность может быть гладкой или рифленой, сплошной или пустотелой. В заключение размер опорной поверхности и анкерных стержней будет определяться по существу двумя переменными: поддерживаемой структурой и типом поверхности, к которой осуществляется анкеровка.
Как показано на фиг. 1-3, удлиненные элементы 2 имеют замкнутое сечение и определяют направление I установки, в котором вставляются анкерные стержни 5, как показано на фиг. 2.
Направления I установки наклонены относительно направления F фиксации, проходящего по существу перпендикулярно грунту G, как показано на фиг. 4 и 7. В частности, удлиненные элементы 2 выполнены как отдельные тела, прикрепленные к опорной поверхности 1, например, сваркой. Опорная поверхность 1 имеет по существу плоскую форму и имеет соединительные средства для соединения с объектом О, который крепится к грунту. Например, в настоящем варианте такое соединительное средство образовано центральным отверстием 4, на котором может крепиться объект О.
В настоящем варианте структура 1 сформирована круглой пластиной, по существу имеющей форму диска, которая при использовании ориентирована по существу параллельно грунту G. В пластине имеется четыре отверстия 3, к которым своими установочными концами 21 прикреплены, предпочтительно сваркой, четыре удлиненных элемента 2 так, чтобы в них можно было вставлять стержни 5.
В системе по настоящему изобретению удлиненные элементы 2 сконструированы так, что имеют продольную длину, равную по меньшей мере расстоянию D между двумя соседними установочными концами 21. На практике, таким образом, как будет более понятно из последующего описания, трубчатые элементы 2 и опорная поверхность устанавливаются по меньшей мере частично над грунтом G. Такое расстояние D можно просто определить как длину самого короткого сегмента, позволяющая соединить установочные концы 21 двух удлиненных элементов 2.
Помимо установочных концов 21 удлиненные элементы имеют выходной конец 22, устанавливаемый на грунт или заглубляемый в грунт G.
В настоящем варианте удлиненные элементы 2 наклонены так, что выходной конец 22 находится на большем расстоянии от оси, определяющей направление F фиксации, чем установочный конец 21.
Вследствие этого проекция удлиненных элементов 2, отходящих от отверстий 3 в пластине 1, проходит по существу в радиальном направлении.
Поэтому очевидно, что удлиненные направляющие элементы 2 будут выполнять функцию направления анкерных стержней 5 во время их входа в грунт G. Направляющие элементы могут быть приварены к поверхности 1 с заранее определенным наклоном, который может быть любым, отличным от нуля, относительно оси поверхности 1, соответствующей оси F. Это показано на фиг. 5, являющейся двухмерным представлением системы.
Точнее, установка системы на грунт и создаваемый эффект анкеровки после ее установки показаны на фиг. 4-7. Двухмерное представление, на котором показаны только два стержня, позволяет упрощенно представить создаваемый эффект.
Когда удлиненные элементы 2 установлены на грунт, в них вставляют анкерные стержни 5 и перемещают их в сторону грунта механическим давлением. Анкерные стержни 5 проходят сквозь структуру 1 с наклоном, который определяет удлиненные элементы 2, как показано на фиг. 4. Элементы 2 являются интегральной частью структуры, их наклон к оси, определяемой направлением F крепления, в конечном итоге определяет точку зажима объекта, и они могут быть приварены для направления стержней с любым наклоном относительно вышеупомянутой оси. Если просто направить анкерные стержни в противоположные стороны, то, поскольку они устанавливаются в свои гнезда, их выход из гнезд невозможен при любом направлении механической силы, действующей на основание. Таким образом, в отличие от известных систем не требуется дополнительного зажима анкерных стержней на опорной структуре. В любом случае, очевидно, что сварку можно производить после того, как объект зафиксирован, либо концу анкерного стержня 5 можно придать фиксирующую форму во время изготовления объекта.
Как показано на фиг. 5, 6 и 7, после того как система установлена, она образует своего рода сочленение, способное выдерживать механическое напряжение, определяемое результатом противоположных сил, удерживающих анкерные стержни в грунте. Механические силы, создаваемые объектом О, прикрепленным к поверхности 1, и силы, которые, в свою очередь, создают нагрузку на него, уходят в массу, в которую погружены стержни. Таким образом, прочность анкеровки останется эффективной до тех пор, пока грунт или объект не «потекут». Очевидно, чем больше сцепление материала грунта и чем прочнее материал, из которого выполнен объект, тем более эффективной будет анкеровка.
На фиг. 5 в чрезвычайно упрощенном виде показано, как давление на поверхности 1 противодействует сопротивлению грунта проникновению, действующему на поверхность наклонно расположенных стержней. Аналогично, на фиг. 6 показано, как сила, приложенная вдоль оси опорной поверхности 1 в направлении от грунта, противодействует массе, поджимающей анкерные стержни 5. И вновь величина массы, противодействующей такой нагрузке, определяется сцеплением материала грунта и площадью, охватываемой стержнями 5, тем большей, чем длиннее и более наклонены эти стержни.
Для иллюстрации противодействия элементов боковому давлению на фиг. 7 показано вертикальное сечение объекта О, прикрепленного к опорной поверхности 1 через центральное отверстие 4. В этом случае сила, действующая перпендикулярно на вертикальную структуру, генерирует поворачивающий эффект, определяемый механическим моментом между двумя стержнями, поверхностью, объектом и грунтом. В этом случае сдвигу противодействует сумма эффектов, показанных на фиг. 5 и 6, изменяющаяся относительно оси F опорной поверхности 1. С той стороны, с которой действует боковое давление, возникнет эффект, аналогичный показанному на фиг. 6, т.е. сдвигу будет противодействовать давление, действующее на нижнюю часть анкерных стержней, проходящих наклонно вниз в этом направлении. С противоположной стороны возникнет эффект, показанный на фиг. 5, и этой силе будет действовать сила проникновения стержней в грунт. Кроме того, понятно, как анкеровка такого типа будет противодействовать силе, стремящейся скрутить опорную поверхность относительно удлиненных элементов.
Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами и может принимать альтернативные формы. Некоторые из которых будут кратко описаны ниже, со ссылкой только на те аспекты, которые отличают их от первого варианта.
На фиг. 8-13 показан второй вариант анкерной системы по настоящему изобретению.
В частности, в этом случае опорная поверхность 11 соответствует боковой поверхности пустотелой опорной структуры 10, в частности, коробчатой формы.
Точнее, в отличие от предыдущего случая опорная поверхность 11 проходит по существу перпендикулярно грунту G.
Как показано на фиг. 12, в этом случае объект О может поддерживаться внутри пустотелой опорной структуры 10, не требуя дополнительных фиксирующих систем.
Тем не менее, очевидно, что можно использовать соответствующие крепежные средства, позволяющие зажать объект внутри пустотелой структуры 10. В частности, когда объект вставлен в полость, при промышленном производстве в него можно ввинтить серию проходящих насквозь винтов, чтобы зажать объект внутри и в то же время иметь возможность регулировать его вертикальность.
В предпочтительном варианте опорная структура 10 имеет форму параллелепипеда, где боковые поверхности соответствуют боковым граням параллелепипеда. Удлиненные элементы 2, предпочтительно прикрепленные сваркой к граням 11, проходят по существу между двумя противоположными вершинами таких граней 11 так, чтобы придавать структуре высокую стабильность при минимальном ее размере.
Например, такой вариант может преимущественно использоваться как основа для опорной ножки беседки в саду, рекламной стойки в общественном саду или на дороге.
На фиг. 14 показан еще один вариант, в частности, основанный на только что описанном варианте.
Можно заметить, что в этом варианте опорная структура 10 соответствует концевому участку объекта О и, следовательно, удлиненные элементы 2 непосредственно прикреплены к концевому участку объекта О.
На фиг. 15 показан еще один вариант, основанный на применении ранее описанной дисковидной пластины 1. В этом случае пластина 1 содержит удлиненный пустотелый крепежный элемент 41, установленный на центральном отверстии 4. Крепежный элемент 41 проходит по существу параллельно направлению F крепления, и в нем может размещаться часть объекта О, образованная, например, концом столба. Кроме того, показано, что в анкерной системе по настоящему изобретению проекция удлиненных элементов, отходящих от отверстий 3 в пластине 1, проходит по существу в тангенциальном направлении.
Хотя в обоих показанных иллюстративных вариантах давались ссылки на присутствие четырех анкерных вставок, следует указать, что принцип работы настоящего изобретения требует от минимум двух стержней до неопределенного максимального количества, которое должно соответствовать принципам экономичности и эффективности. Ясно, что при промышленном производстве в механической конструкции следует учитывать тип поддерживаемого объекта и поверхности, к которой осуществляется анкеровка, а также расходы на изготовление и монтаж системы. Понятно также, что на практике точная механическая обработка не требуется, поскольку принцип настоящего изобретения не связан особой точностью.
Выше приведены лишь некоторые варианты применения анкерной системы по настоящему изобретению.
В частности, система может быть сконструирована для поддержки легких столбов или электрических, или телефонных проводов, для поддержки наземных структур в области жилищного и промышленного строительства. Принцип, лежащий в основе настоящего изобретения, можно применять в разных масштабах и конструкциях для получения требуемой механической прочности для тех структур и строений, которые требуют анкеровки.
Настоящее изобретение выше было описано со ссылками на предпочтительные варианты. Следует понимать, что в рамках изобретательской идеи могут существовать и другие варианты, входящие в объем прилагаемой формулы.