Железобетонная опора линии электропередачи с локально восстановленным участком
REINFORCED CONCRETE POWER TRANSMISSION LINE POLE WITH LOCALLY RESTORED SECTION

Область техники
Изобретение 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 локальных участков опор линий электропередачи.
Уровень техники
Из уровня техники известны элементы, используемые при восстановлении железобетонных опор линий электропередачи (Патент на полезную модель КНР № CN205000260 U от 2016-01-27 МПК E01D-022/00, Заявка на изобретение КНР № CN105113431 A от 2015-12-02 МПК E01D-022/00, патент на изобретение РФ № RU2516185 C2 от 2014-05-20 2014-05-20 МПК C23C-026/00, E04C-005/07, E04G-023/02, Патент на изобретение Японии № JP5448722 B2 от 2014-03-19 МПК E04G-023/02, Заявка на изобретение № JP2007002432 A от 2007-01-11 МПК E04G-023/02, Европейский патент № EP0572243 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 № WO92/12858 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 № EP0303365 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 система внешнего армирования, нанесенной на восстановленный железобетонный элемент.
Также из уровня техники известна восстановленная железобетонная опора линии электропередачи (патент 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 железобетонной опоры ввиду отсутствия на восстановленной боковой поверхности дополнительного бетонирования, особенно проявляемая в случаях сильного повреждения или разрушения железобетона, требующая восстановления внешнего боковой поверхности железобетонной опоры, и повышенная материалоемкость ввиду расположения композитного элемента практически по всей боковой поверхности, внахлест слоев друг на друга.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве ближайшего аналога заявленного изобретения, является восстановленная железобетонная опора линии электропередачи, известная из патента Южной Кореи на изобретение № KR10-2146689 B1 от 21.08.2020 года МПК E04G 23/02, E04H 12/12, G08B 21/18, G08B 25/10, на боковой части поверхности которой расположено локальное кольцевое усиление в виде наклеенной усиливающей армирующей панели из углеволокна с помощью эпоксидного связующего. Недостатками данного технического решения являются: накопление влаги в теле локального участка железобетонной опоры, приводящее к отклеиванию армирующей панели и более быстрому разрушению железобетонной опоры при постоянном воздействии погодных условий, положительных и отрицательных температур, а также недостаточная прочность железобетонной опоры ввиду отсутствия на восстановленной боковой части поверхности дополнительного бетонирования, особенно проявляемая в случаях сильного повреждения или разрушения железобетона, требующая восстановления внешнего кольцевого участка железобетонной опоры, и повышенная материалоемкость ввиду расположения композитного элемента практически по всей боковой поверхности восстановленного локального участка.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции внешнего армирования на локальном участке железобетонной опоры линии электропередачи, лишенной указанных недостатков, при которой достигается компенсация дефицита прочности бетона на сжатие в результате его деструкции.
Технический результат настоящего изобретения заключается в улучшении миграции влаги на локальном участке в теле железобетонной опоры линии электропередачи, восстановленном с помощью повторного обетонирования и композитных материалов на основе связующего и однонаправленного волокна/ткани с одновременным увеличением прочности и жесткости железобетона при объемном напряженном состоянии и уменьшением количества используемых в процессе восстановления композитных материалов.
Указанный технический результат достигается с помощью железобетонной опоры линии электропередачи с локально восстановленным участком, на поврежденном участке которой расположено локальное кольцевое усиление и наклеены с помощью средства адгезии композитные элементы, состоящие из волокон и связующего, согласно заявленному решению, в качестве локального кольцевого усиления использовано кольцевое бетонирование всей поверхности участка железобетонной опоры, а на поверхности обетонированного участка железобетонной опоры наклеены композитные элементы в горизонтальном направлении, при этом, на поверхности обетонированного участка железобетонной опоры, между композитными элементами, наклеенными в горизонтальном направлении, имеются свободные от наклеенных композитных элементов зоны.
Преимущественно в качестве композитных элементов, наклеенных в горизонтальном направлении, используют однонаправленные ленты и связующее.
Ширина композитных элементов, наклеенных в горизонтальном направлении, может составлять от 50 мм до 600 мм.
При этом максимальный шаг наклейки в свету композитных элементов, расположенных в горизонтальном направлении, может приниматься не более меньшего значения, выбираемого из группы: ½ h0 или 3Wf, где h0 - расстояние до центра тяжести рабочей продольной металлической арматуры, Wf - ширина композитного элемента.
Кроме того, стыковка композитных элементов, наклеенных в горизонтальном направлении, может быть выполнена внахлест на длину не менее 300 мм.
Площадь поверхности обетонированного участка железобетонной опоры, на которой имеются свободные от наклеенных композитных элементов зоны, может составлять не менее 10 % от поверхности обетонированного участка 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 полиакрилонитрильное 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 отличии от ближайшего аналога на локальном участке восстановленной железобетонной опоре линии электропередачи обеспечивается улучшенная миграции влаги и ее испарение, а также достигается увеличение прочности и жесткости железобетона, поскольку в качестве локального кольцевого усиления использовано кольцевое бетонирование всей поверхности участка железобетонной опоры, на поверхности которого наклеены композитные элементы, в горизонтальном направлении, что позволяет достигать необходимого распределения нагрузок и имеются свободные от наклеенных композитных элементов зоны, что позволяет отводить влагу из тела железобетонной опоры линии электропередачи.
Краткое описание чертежей
Сущность заявленного изобретения и возможность его 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 изобретения
Предлагаемое техническое решение изобретения 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.
Железобетонная опора 1 линии электропередачи с локально восстановленным участком, на поврежденном участке которой расположено локальное кольцевое усиление в виде кольцевого бетонирования 2 (бетонного кольца) всей поверхности участка B показанного на фигуре 1 железобетонной опоры 1. На поверхность кольцевого бетонирования 2 наклеены с помощью средства адгезии, на основе эпоксидного связующего, композитные элементы - однонаправленные ленты 3, на основе из углеволокна и эпоксидного связующего. Однонаправленные ленты 3 наклеены в горизонтальном направлении на поверхности обетонированного участка B железобетонной опоры 1. Также на поверхности обетонированного участка B железобетонной опоры 1, между однонаправленными лентами 3 имеются свободные от наклеенных композитных элементов зоны 4.
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.
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.
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 однонаправленных лент 3 выбран 350 мм, являющийся меньшем значением из группы значений: ½ h0 = 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 обетонированного участка B железобетонной опоры 1, выполнена внахлест (позиция C 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 обетонированного участка B железобетонной опоры 1, на которой имеются свободные от наклеенных однонаправленных лент 3 зоны, будет составлять не менее 35 % от поверхности обетонированного участка B железобетонной опоры 1. При этом зоны, свободные от наклеенных композитных элементов, могут составлять не менее 10 % от поверхности обетонированного участка 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 другом участке с повреждениями боковой поверхности железобетонной опоры (на фигурах не показано), вне обетонированного участка B, 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.
Однонаправленные ленты 3 дополнительно выполняют функцию традиционных элементов - поперечных стальных хомутов, препятствующих потере устойчивости растянутой/сжатой металлической арматуры.
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 1.
Также проводят расчеты, включающие обоснование типа требуемых армирующих композитных элементов, связующего, характеристики композитных элементов, расстояния между наклеиваемыми горизонтальными элементами, а также площадь зон, свободных от композитных элементов, а также требуемые нахлесты горизонтальных композитных элементов.
На основании проведенных расчетов принимается решение об операциях восстановления поверхности железобетонной опоры. Так обычный порядок действий включает очищение участка поверхности железобетонной опоры 1 от загрязнений, подготовка поверхности участка к нанесению на него бетонного раствора, нанесение бетонного раствора с образованием кольцевого бетонирования всей поверхности выбранного участка B железобетонной опоры 1.
Согласно полученным расчетом 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 изобретения возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических процессов и материалов.