КОМПОЗИТНЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОНСТРУКЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области производства композитных конструкционных элементов, которую можно использовать при создании различных конструкций в частности в дорожном строительстве в качестве консоли или стойки декоративного ограждения.
Известны консоли и стойки дорожных ограждений, изготавливаемые из стали и стеклофибропластика. (ГОСТ 26804-2012 Ограждения дорожные металлические барьерного типа. Технические условия).
Недостатками элементов изготавливаемых из стали являются повышенная масса и пониженная коррозионная устойчивость, повышенные затраты на обслуживание, связанные с необходимостью периодического восстановления защитного покрытия.
Недостатками элементов изготавливаемых из стеклофибропластика являются малая ремонтопригодность, повышенная стоимость, малая производительность при изготовлении вследствие необходимости применения ручного труда, повышенные затраты на обслуживание, связанные с необходимостью восстановления защитного покрытия при нарушении поверхностного слоя, образованного гелькоутом. Кроме того, необходимость в применении ручного труда не обеспечивает стабильности свойств и размеров конструкционных элементов.
Наиболее близким к предлагаемому композитному конструкционному строительному элементу является криволинейный композитный элемент, описанный в патенте РФ №2297332, МПК В32В 37/18, опубл. 20.04.2007 г. Известный композитный конструкционный элемент содержит наружные панели из листового материала, внутренний слой из пенистого наполнителя, соединенный с наружными листовыми панелями с помощью клея. Боковые стенки композитного конструкционного элемента выполнены из листовых материалов или в виде утолщенных элементов. Боковые стенки соединены с внутренним пористым слоем и наружными панелями с помощью клея, образуя замкнутый контур. Закладные элементы устанавливаются в пенистом наполнителе при изготовлении слоя из пенистого наполнителя. Недостатками устройства по патенту РФ №2297332, является необходимость склеивания между собой составляющих композитного конструкционного элемента, что снижает несущие характеристики конструкционного элемента и уменьшает срок службы конструкционного элемента, поскольку клеевые соединения в большей степени подвержены деградации при длительной эксплуатации. Срок службы известного композитного конструкционного элемента также уменьшается, поскольку трудно обеспечить герметичность и влагостойкость склеенного конструкционного элемента при длительной эксплуатации и несущая способность известного конструкционного элемента быстро уменьшается особенно при эксплуатации в естественных условиях с воздействием дождя и иных осадков, тумана, солнца, циклических температурных нагрузок, особенно при многократном прохождении точки замерзания. Наличие дефектов в клеевых соединениях приводит также к быстрому ухудшению прочностных характеристик соединения между пенистым наполнителем и внутренней поверхностью стенок конструкционного элемента.
Задачей данной полезной модели является создание облегченного композитного конструкционного элемента, несущая способность которого сохраняется длительное время, в том числе при длительной эксплуатации в естественных условиях с воздействием многочисленных внешних факторов: влажность воздуха, циклические температурные нагрузки, многократный переход через точку и т.д. Кроме того задачей полезной модели является, создание композитного конструкционного элемента простого в обслуживания в ходе эксплуатации, с длительным сроком службы и надежного в эксплуатации.
Для решения поставленной задачи предлагается композитный конструкционный элемент, включающий в себя боковые стенки, имеющие в плане форму, повторяющую контур композитного конструкционного элемента, замыкающие торцевые стенки, соединяющие внешние кромки боковых стенок с образованием замкнутого внешнего контура, и внутренний слой, выполненный из пенистого материала, в котором внешний контур образован бесшовной монолитной оболочкой, выполненной из пластика методом ротационного формования.
Кроме того, в предлагаемом композитном конструкционном элементе в бесшовной монолитной оболочке заформована, по меньшей мере, одна закладная крепежная деталь при этом упомянутая по меньшей мере одна закладная деталь заформована, по меньшей мере, в одну торцевую стенку, или упомянутая, по меньшей мере, одна закладная деталь заформована, по меньшей мере, в одну боковую стенку, или, по меньшей мере, одна упомянутая закладная деталь заформована, по меньшей мере, в одну торцевую стенку и, по меньшей мере, одна упомянутая закладная деталь заформована в одну боковую стенку.
Кроме того, предлагаемый композитный конструкционный элемент содержит, по меньшей мере, одну пустотелую перегородку со сквозным каналом, выходящим на поверхность боковых стенок, соединенную с боковыми стенками бесшовной монолитной оболочка с образованием единой конструкции.
Предпочтительно, в предлагаемом композитном конструкционном элементе в качестве пластика для монолитной оболочки использован линейный полиэтилен, при этом пластик окрашен в массе.
Технический результат, достигаемый в процессе использования данной полезной модели заключается в создании облегченного композитного конструкционного элемента повышенной прочности, обладающего длительным сроком безремонтной эксплуатации, и требующего минимального времени на установку и обслуживание.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом композитном конструкционном элементе внешний контур образован бесшовной монолитной оболочкой, выполненной из пластика методом ротационного формования, так как бесшовная монолитная оболочка из пластика имеет однородную структуру материала по всей оболочке как в боковых стенках, так и в замыкающих торцовых стенках, отформованных совместно с боковыми стенками, при этом отсутствие швов обеспечивает высокую стойкость к воздействию упомянутыхвыше многочисленных факторов внешней среды, так как в стенке будут отсутствовать дефекты, присущие клеевым соединениям, и соответственно снижается вредное влияние внешней среды на прочность конструкции в условиях длительной эксплуатации в том числе и на прочностные характеристики соединения внутреннего слоя из пенистого материала с внутренней поверхностью стенки бесшовной монолитной оболочки.
Закладные детали, заформованные в бесшовную оболочку, также обеспечивают высокую стойкость к воздействию внешней среды поскольку они не нарушают целостность монолитной оболочки, при этом высокая стойкость к воздействию внешней среды обеспечивается, как при размещении закладных элементов в боковых стенках оболочки, так и при размещении закладных элементов в торцовых стенках оболочки.
Пустотелая перегородка со сквозным каналом, выходящим на поверхность боковых стенок, отформованная совместно с монолитной оболочкой, позволяет создавать композитные конструкционные элементы повышенной сложности, которые также обеспечивают высокую стойкость к воздействию внешней среды, так как перегородка составляет единое целое с бесшовной монолитной оболочкой.
Линейный полиэтилен является предпочтительным материалом для ротационного формования, чтобы обеспечить равномерность характеристик по всей монолитной оболочке.
Заявленный композитный конструкционный элемент поясняется чертежами, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующими материалами частного случая выполнения устройства.
На фиг. 1 показан вид композитного конструкционного элемента в плане.
На фиг. 2-4 показано поперечное сечение А-А, Б-Б, В-В заявляемого композитного конструкционного элемента.
На фиг. 5 показан общий вид композитного конструкционного элемента.
На фиг. 6 показано продольное сечение композитного конструкционного элемента.
На фиг. 7 показан участок композитного конструкционного элемента с закладными деталями.
На фиг. 8 показана половина формы, предназначенной для изготовления композитного конструкционного элемента ротационным формованием.
На фиг. 9 показан общий вид моста с примененными в конструкции ограждения композитными конструкционными элементами.
В простейшем исполнении предлагаемый композитный конструкционный элемент содержит: бесшовную монолитную оболочку 1, полностью формирующую замкнутый внешний контур композитного конструкционного элемента. Бесшовная монолитная оболочка включает в себя две боковые стенки 2, имеющие в плане форму, повторяющую контур композитного конструкционного элемента, и замыкающие торцовые стенки, обрамляющие композитный конструкционный элемент по периметру, например, торцевые стенки 3-9. Внутренний слой 10 композитного конструкционного элемента выполнен из пенистого материала, например, пенополиуретана или из любого другого пенопласта. Бесшовная монолитная оболочка 1 выполнена из термопластичного пластика методом ротационного формования (более подробно будет описано далее) так, что пластик, формирующий монолитную оболочку, имеет однородную структуру по всей оболочке. В таком виде композиционный строительный элемент может устанавливаться в пазах опорной конструкции, формируя стенку или декоративное ограждение.
Композитный строительный элемент может быть оснащен закладными деталями 11 и 12 для крепления к опорной конструкции или друг к другу. Закладные детали заформовываются в композитный строительный элемент одновременно с формованием бесшовной монолитной оболочки 1. В зависимости от предполагаемой схемы крепления композитного строительного элемента закладные детали в разных заданных зонах бесшовной монолитной оболочки. Как показано на фиг. 1 закладные детали 11 размещаются на торцевой стенке 3 и закрепляются в этой стенке одновременно с формованием этой стенки и всей бесшовной монолитной оболочки. Закладные детали 12 размещаются в боковой стенке 2 (или в обеих боковых стенках) и закрепляются в этой боковой стенке одновременно с формованием этой стенки на всей бесшовной монолитной оболочки 1. Композитный строительный элемент может оснащаться любым одним типом закладных деталей, либо одновременно оснащается обоими типами закладных деталей. Закладные детали могут располагаться в любой зоне композитного строительного элемента, либо в нескольких зонах композитного строительного элемента. Количество таких зон может быть любым: одна, две три и более. В таком виде композиционный строительный элемент может устанавливаться на любой опорной конструкции и жестко крепиться к этой конструкции, формируя ограждение любого типа.
Композитный строительный элемент может быть оснащен пустотелыми перегородками 13 со сквозным каналом 14, выходящим на поверхность его боковых стенок 2, что позволит формировать затеняющие ограждения.
Бесшовную монолитную оболочку 1 композитного конструкционного элемента изготавливают из термопластичного пластика, в качестве которого может быть использован линейный полиэтилен методом ротационного формования с использованием двух зеркальных полуформ 15 показанных на фиг. 8. В одну из полуформ 15 устанавливают, если необходимо закладные детали 11 и 12, а также пустотелую перегородку 13, помещают дозированное количество термопластичного пластика и полуформы смыкают. Рабочему столу, на котором установлены полуформы придают вращение вокруг двух перпендикулярных осей и снаружи подводят тепло. Пластик, находящийся в полуформах, начинает плавиться и формировать слой текучего пластика по всей внутренней поверхности полуформы формируя пластиковый слой будущей монолитной оболочки 1 композитного конструкционного элемента. Далее форму охлаждают, в результате чего пластик затвердевает и образует твердую бесшовную монолитную оболочку 1. Поскольку закладные детали 11 и 12 были заранее установлены в полуформы, слой текучего пластика обволакивает закладные элементы 11 и 12, фиксируя их в соответствующей стенке оболочки. При этом формируется сплошной слой термопластичного пластика, имеющий ту же структуру материала, что и вся монолитная оболочка 1. Аналогичным образом закрепляются пустотелые перегородки 13.
Полуформы 15 размыкают, и изделие извлекают из нижней полуформы. Отформованная монолитная оболочка представляет собой тонкостенную полую монолитную оболочку (фиг. 1). Полученный полуфабрикат не обладает достаточной прочностью и жесткостью. Увеличение толщины оболочки повышает прочность и жесткость, но приводит к увеличению массы и стоимости. Для обеспечения необходимых эксплуатационных характеристик конструкционный элемент становится композитным за счет заполнения пеной с формированием внутреннего пенистого слоя 10. Заполнение пеной производят в жестком кондукторе, обеспечивающем сохранение формы изделия. В результате получают облегченный композитный конструкционный элемент (фиг. 2, фиг. 3), с закладными деталями 11 и 12, предназначенными для крепления конструкционных элементов между собой и к основному сооружению для создания различных конструкций, а сквозные каналы 14 в пустотелых перегородках 13, предназначены для крепления декоративных элементов.
Применяемые при изготовлении заявляемого композитного конструкционного элемента материалы являются в основном безвредными и безопасными для здоровья человека. Точность геометрических размеров и незначительный вес конструкционного элемента позволяют достичь максимальной производительности при монтаже.
Создание декоративного ограждения моста, в частности, как показано на фиг. 9, производят путем скрепления между собой нескольких заявляемых элементов с формированием конструкции, прикрепленной к мосту.
Заявляемый композитный конструкционный элемент может серийно изготавливаться в условиях современного производства с использованием имеющегося стандартного оборудования, современных технологий и материалов.
Композитный конструкционный элемент, выполненный в соответствии с заявленной полезной моделью, представляет собой существенно облегченную конструкцию, окрашенную в массе и не требующую обслуживания в ходе эксплуатации