УСТАНОВКА ВАКУУМНОЙ ИНФУЗИИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПРОЛЕТОВ МОСТОВ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области строительства мостов, в частности, к установкам вакуумной инфузии для изготовления крупногабаритных пролетов мостов из композиционных материалов.
Известны пролетные строения мостов на основе композиционных материалов, которые отличаются малым весом, высокой скоростью возведения на месте строительства, высокой коррозионной и химической стойкостью, долговечностью, незначительными эксплуатационными затратами (см., например, сайт www.apatech.ru. «Пешеходный мост у пос. Пыра, 378 км трассы М7 «Волга», патент РФ №87711 публ. 20.10 2009).
В частности, в патенте РФ №87711 предложено техническое решение, в котором мостовое пролетное строение состоит из арочного пролета, пешеходного настила и консольных балок. Арочный пролет, пешеходный настил и консольные балки представляют из себя монолитные конструкции, состоящие из стеклопластиковой оболочки с наполнителем из пенополиуретана. Арочный пролет и консольные балки в поперечном сечении имеют П-образный профиль, представляющий монолитную конструкцию из разнесенных силовых балок, соединенных между собой панелью пешеходного настила.
Для изготовления конструктивных элементов мостов используют установку вакуумной инфузии, характеризующая процесс, при котором с применением вакуумной пленки (мешка) создается разряжение в рабочей полости матрице-оснастки и за счет разницы в давлении происходит втягивание смолы и пропитка армирующих материалов. Метод вакуумной инфузии позволяет получать стеклопластики с более высоким коэффициентом армирования и значительно более низким содержанием пор. При этом методе производства стеклопластиков также значительно снижается эмиссия вредных веществ (например, стирола) в воздух рабочей зоны.
К существенным недостаткам известного технического решения следует отнести низкую производительность процесса изготовления мостового пролетного строения вследствие использования для этой цели отдельно изготавливаемых конструктивных элементов.
При реализации данного технического решения в конструктивном исполнении мостового пролетного строения не предусмотрено изготовление рабочих поверхностей настила и балок с криволинейностью очертания их продольного профиля, которое задает преднапряжение строительного подъема для компенсации вертикальных деформаций пролетного строения от постоянной и подвижной временной нагрузки, что особенно существенно для крупногабаритных конструкции пролетов мостов.
Вместе с тем, известна установка вакуумной инфузии для изготовления пролетов мостов из композиционных материалов, в конструктивном исполнении которой предусматривается выполнение пролета с криволинейным очертанием продольного профиля в соответствии с технологически задаваемым строительным подъемом для компенсации вертикальных деформаций пролетного строения от постоянной и подвижной временной нагрузки (см. публ. WO 2010/143946 А1, публ. 16.12.2010 г., заявитель FIBER CORE EUROPE B.V. [NL/NL]).
Данная установка вакуумной инфузии для изготовления крупногабаритных пролетов мостов из композиционных материалов содержит вакуумный порт и порт подачи полимерного связующего, подсоединенные к вакуумному мешку со жгутами для герметизации рабочей камеры матрицы-оснастки, предназначенной для размещения сэндвич-структуры на основе наполнителя среднего слоя и охватывающего его технологического мата со слоем армирующих материалов, матрица-оснастка образована основанием-днищем с криволинейным прогибом в направлении его продольной оси, который на рабочей поверхности имеет продольно ориентированные боковины и соединяющие их поперечины, противолежащая тыльная поверхность днища установлена на параллельно расположенных вдоль его продольной оси опорах-поперечинах, размещенных между вертикальных стоек, последовательно установленных в указанном направлении в параллельных рядах и имеющих в названном направлении переменную высоту для формирования криволинейности прогиба днища в соответствии с технологическим строительным подъемом для сэндвич-структуры формируемого пролета моста.
Данное техническое решение выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели.
При реализации данного технического решения используют сэндвич-структуру с поперечным сечением трапецевидной формы, которому соответствует и поперечное сечение формируемого пролета моста. При данной форме поперечного сечения обеспечение жесткости и прочности конструкции в соответствии с действующими нормами расчета (см. СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы», Москва, 2011, стр. 14, п. 5.43) требует увеличения высоты сечения, что для крупногабаритных конструкций пролета мостов приводит к увеличению их материалоемкости.
При реализации данного технического решения установленные на рабочей поверхности днища-основания продольно ориентированные боковины образованы набором горизонтально ориентированных, параллельных пластин, фиксируемых между собой, что увеличивает материалоемкость матрицы-оснастки и повышает трудоемкость монтажно-демонтажных работ при осуществлении на установке вакуумной инфузии технологического процесса по изготовлению из композиционных материалов однотипных по габаритам пролетов мостов или пролетов мостов с различными габаритами.
Задача полезной модели состояла в снижении материалоемкости установки вакуумной инфузии и материалоемкости изготавливаемых на ней крупногабаритных мостовых конструкций пролетов с обеспечением их высокой эксплуатационной надежности.
Для решения поставленной технической задачи предложена установка вакуумной инфузии для изготовления крупногабаритных пролетов мостов из композиционных материалов, содержащая вакуумный порт и порт подачи полимерного связующего, подсоединенные к вакуумному мешку со жгутами для герметизации рабочей камеры матрицы-оснастки, предназначенной для размещения сэндвич-структуры на основе наполнителя среднего слоя и охватывающего его технологического мата со слоем армирующих материалов, матрица-оснастка образована основанием-днищем с криволинейным прогибом в направлении его продольной оси, который на рабочей поверхности имеет продольно ориентированные боковины и соединяющие их поперечины, противолежащая тыльная поверхность днища установлена на параллельно расположенных вдоль его продольной оси опорах-поперечинах, размещенных между вертикальных стоек, последовательно установленных в указанном направлении в параллельных рядах и имеющих в названном направлении переменную высоту для формирования криволинейности прогиба днища в соответствии с технологическим строительным подъемом сэндвич-структуры формируемого пролета моста, при этом средний слой наполнителя имеет U-образный профиль с наружной поверхностью каждого вертикально ориентированного участка параллельной к обращенной к нему внутренней поверхности соответствующей продольно-ориентированной боковины, каждая указанная поверхность боковины расположена от продольной оси основания днища на расстоянии L=1+а, высота боковины превышает высоту названных участков среднего слоя и охватывающего его технологического мата, где 1 - расстояние от продольной оси днища до наружной поверхности вертикально ориентированного участка среднего  слоя, а - заданная толщина технологического мата, причем продольно ориентированные боковины имеют обращенные к соответствующему герметизирующему жгуту, расположенному на рабочей поверхности дниша, горизонтально ориентированные полки с ребрами жесткости между ними и наполнителем между последними.
Согласно полезной модели, внутренняя поверхность каждой продольно-ориентированные боковины наклонена к рабочей поверхности днища под углом более 90°.
Согласно полезной модели, продольно-ориентированные боковины и расположенные между ними поперечины выполнены с возможностью их съема.
Согласно полезной модели, продольно-ориентированные боковины образованы в виде набора последовательно расположенных однотипных блоков.
Согласно полезной модели, вертикальные стойки имеют возможность регулирования их высоты.
Согласно полезной модели, днище -основание выполнено из древесных материалов с полиэтиленовой мембраной на его рабочей части.
Согласно полезной модели, опоры -поперечины выполнены в виде металлических труб.
Предлагаемая в полезной модели совокупность конструктивных признаков и их взаимосвязь не известны из уровня техники, и соответствуют критериям полезной модели "новизна" и "промышленная применимость".
Предлагаемая полезная модель может быть использована в практике строительства конструктивных узлов мостовых сооружений из композиционных материалов.
При реализации полезной модели в соответствии с конструктивными особенностями выполнения продольно-ориентированных боковин с учетом используемого в установке вакуумной инфузии наполнителя среднего слоя обеспечивается формирование крупногабаритного эсплуатационно надежного пролета моста при низкой материалоемкости установки, реализующей изготовление указанного эксплуатационно надежного конструкционного изделия из композиционного материала при низкой его материалоемкости.
Полезная модель поясняется нижеприведенным описанием и графическими материалами, где на:
рис. 1 показано соответственно вид сбоку, поперечное сечение А-А и вид Б установки вакуумной инфузии для изготовления крупногабаритных пролетов мостов из композиционных материалов;
рис. 2 показан общий вид матрицы-оснастки, используемой в составе указанной установки вакуумной инфузии, соответственно аксонометрия и вид В;
Установка вакуумной инфузии для изготовления крупногабаритных пролетов мостов из композиционных материалов содержит вакуумный порт и порт подачи полимерного связующего (данные конструктивные узлы на рис. 1 не показаны). Указанные порты подсоединяют к вакуумному мешку 1 со жгутами 2 для герметизации рабочей камеры матрицы-оснастки. Для образования вакуумного мешка используют специальную пленку с герметизирующим жгутом.
Матрица-оснастка предназначена для размещения крупногабаритной сэндвич-структуры, имеющей наполнитель 3 среднего слоя и охватывающий его поверхности технологический мат 4 со слоем армирующих материалов. Матрица-оснастка образована основанием-днищем 5 с криволинейным прогибом в направлении его продольной оси. На рабочей поверхности основания-днища 5 расположены продольно ориентированные боковины 6 и соединяющие их поперечины (не показаны). Противолежащая тыльная поверхность 7 днища установлена на параллельно расположенных вдоль его продольной оси опорах-поперечинах 8, размещенных между вертикальных стоек 9,  последовательно установленных в направлении продольной оси днища в параллельных рядах и имеющих в названном направлении переменную высоту для формирования криволинейности прогиба днища в соответствии с технологически заданным строительным подъемом сэндвич-структуры формируемого пролета моста, что соответствует технологическим требованиям изготовления конструктивных изделий для мостов (см. СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы», Москва, 2011, стр. 15, п. 5.44).
Опоры-поперечины 8 выполнены в виде металлических труб. Вертикальные стойки 9 имеют возможность регулирования их высоты. На представленных графических материалах представлен вариант выполнения стоек 9 в виде изготовленных из древесины набора брусков, фиксируемых накладками. При регулировании высоты стоек при данном варианте их исполнения производят выбор брусков по высоте в соответствии с выше названными технологическими требованиями по формированию криволинейности прогиба днища. Основание-днище 5, предпочтительно, для уменьшения материалоемкости установки изготавливают на основе древесных материалов, при этом на рабочей поверхности днища до укладки на него технологического мата размещают изолирующую полимерную пленку (полиэтиленовая мембрана) (не показана).
Наполнитель 3 среднего слоя имеет U-образный профиль с наружной поверхностью каждого вертикально ориентированного участка параллельной к обращенной к нему внутренней поверхности соответствующей продольно-ориентированной боковины 6. Указанная поверхность боковины 6 расположена от продольной оси основания-днища 5 на расстоянии L=1+а, где 1 - расстояние от продольной оси днища до наружной поверхности вертикально ориентированного участка среднего слоя, а - заданная толщина технологического мата. Высота боковины превышает высоту названных участков среднего слоя и охватывающего его технологического мата.
В качестве наполнителя среднего слоя, предпочтительно используют блоки из пенопластов, например, пенополиуретана, которые порядно расположены в направлениях соответствующих формированию U-образного профиля наполнителя. При реализации полезной модели наполнитель среднего слоя может быть также изготовлен на основе древесных материалов.
Технологический мат для установок вакуумной инфузии традиционно формируют из последовательно уложенных друг на друга слоев смолопроводящей сетки, жертвенной ткани и, по меньшей мере, одного слоя армирующего материала, в качестве которого используют стеклоткань и/или стекломат, и/или углеродную ткань.
Использование наполнителя среднего слоя с U-образным профилем обеспечивает формирование конструкции пролета моста высокой прочности и жесткости, что повышает его эксплуатационную надежнось. к действующим силовым нагрузкам
Продольно- ориентированные боковины 6 имеют обращенные к соответствующему герметизирующему жгуту 2, расположенному на рабочей поверхности дниша 5, горизонтально ориентированные полки 10 с ребрами жесткости 11 между ними и наполнителем между последними (не показано).
Выполнение боковин 6 с горизонтально ориентированные участками 10 с ребрами жесткости между ними и наполнителем между ними последними обеспечивает их прочность к действующим нагрузкам со стороны рабочей камеры оснастки при ее вакуумировании, при этом снижается материалоемкость установки, облегчается процесс монтажа и демонтажа боковин 6 на основании-днище 5.
Продольно-ориентированные боковины 6 и расположенные между ними поперечины выполнены с возможностью их съема. В частности, в качестве средств обеспечивающих фиксацию названных конструктивных элементов на днище обеспечивают с использованием скотча. Предпочтительно, продольно-ориентированные боковины 6 образованы в виде набора последовательно расположенных однотипных блоков с образным профилем, что упрощает процесс монтажа боковин 6 на основании-днище 5. Внутренняя поверхность каждой боковины, обращенная к рабочей камере оснастки или соответствующей боковины каждого блока наклонена к рабочей поверхности днища под углом «а» более 90°.
При проектировании установки вакуумной инфузии днище-основание 5 предпочтительно изготавливают из древесных материалов с использованием, в том числе продольных брусьев, фанеры, при этом на рабочей поверхности образуемого днища размещают полиэтиленовую мембрану, что повышает надежность технологического процесса по изготовлению конструкционного изделия композиционного материала при методе вакуумной инфузии.
Работа установки вакуумной инфузии по изготовлению крупногабаритных конструкционных изделий на основе пролетов моста осуществляется традиционным способом путем создания разряжения в рабочей камере матрице-оснастки и подачи полимерного связующего, обеспечивающего пропитку армирующих материалов. В результате изготавливают конструкционное изделие на основе композиционного материала на основе наполнителя и стеклопластика.