Конструкция усиленного растянутого металлического элемента

Полезная модель относится к строительству, в частности, к устройству для усиления растянутых металлических элементов конструкций зданий и сооружений. Полезная модель может быть использована при проведении реконструкции зданий и сооружений в случаях недостаточной несущей способности металлических элементов.
Наиболее близким аналогом к полезной модели является конструкция усиленного растянутого металлического элемента, включающая углепластиковый композитный элемент, прикрепленный к наружной поверхности металлического элемента клеем (Щуров Е.О. «Несущая способность растянутых и изгибаемых стальных стержней, усиленных углепластиковыми композитными материалами», Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва - 2021).
Недостатком известного решения является недостаточная несущая способность усиливаемого элемента по сравнению с первоначальным уровнем.
Технический результат полезной модели - повышение несущей способности усиленного растянутого металлического элемента до первоначального уровня.
Технический результат достигается за счет углепластикового композитного элемента, прикрепленного к наружной поверхности металлического элемента клеем (эпоксидным двухкомпонентным связующим для пропитки углепластикового композитного элемента), при этом поверхность металлического элемента в месте приклейки углепластикового композитного элемента выполнена с прямолинейными углублениями треугольного поперечного сечения, расположенными с шагом, превышающим ширину углублений. Углубления могут быть расположены перпендикулярно относительно оси растянутого металлического элемента. Углубления могут быть расположены параллельно относительно оси растянутого металлического элемента. Углубления могут быть расположены перпендикулярно и параллельно относительно оси растянутого металлического элемента. Углубления могут быть расположены под углом относительно оси растянутого металлического элемента.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображена сводчатая конструкция с растянутым металлическим элементом (затяжкой), усиленным углепластиковым композитным материалом; на фиг. 2 - сечение 1-1 на фиг. 1; на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 2 для варианта углублений, расположенных параллельно относительно оси растянутого элемента.
Конструкция усиленного растянутого металлического элемента (1), с осью (2), включает углепластиковый композитный элемент (3), прикрепленный к наружной поверхности металлического элемента клеем (4). При этом поверхность металлического элемента (1) в месте приклейки углепластикового композитного элемента (3) выполнена с прямолинейными углублениями (5) треугольного поперечного сечения, расположенными с шагом, превышающим ширину углублений. Углубления (5) могут быть выполнены перпендикулярно относительно оси растянутого металлического элемента (2). Углубления (5) могут быть выполнены параллельно относительно оси растянутого металлического элемента (2). Углубления (5) могут быть выполнены перпендикулярно и параллельно относительно оси растянутого металлического элемента (2). Углубления (5) могут быть выполнены под углом относительно оси растянутого металлического элемента (2).
Полезная модель может быть эффективно использована при усилении растянутых металлических элементов конструкций зданий и сооружений.
Примером реализации полезной модели может служить конструкция усиленного растянутого металлического элемента (1) (затяжки) древнего сводчатого покрытия (6). В процессе длительной эксплуатации металлические затяжки подвергаются значительным коррозионным повреждениям. Для восстановления несущей способности металлического растянутого элемента (1) до первоначального уровня производится их усиление. Использование традиционных способов усиления может быть затруднено из-за охранного статуса конструкции, невозможности приварки и присоединения с помощью болтов усиливающих элементов к конструкции. Минимальное вмешательство в существующую конструкцию обеспечивается путем использования углепластикового композитного материала. Усиление осуществляется следующим образом: на поверхности растянутого металлического элемента (1) выполняются углубления (5) треугольного поперечного сечения, расположенными с шагом, превышающим ширину углублений. При этом расположение углублений (5) на растянутом металлическом элементе (1) может быть выполнено перпендикулярно, параллельно, перпендикулярно и параллельно или под углом относительно оси (2) растянутого металлического элемента (1). На подготовленную поверхность металлического элемента наносится клей (4), на который приклеивается углепластиковый композитный элемент (3). При этом углепластиковый композитный элемент (3) дополнительно обеспечивает консервацию растянутого металлического элемента (1). Обеспечение повышения несущей способности усиленного растянутого металлического элемента (1) до первоначального уровня выполняется расчетным путем с составлением расчетной модели, учитывающей направление, шаг и размеры углублений, наносимых на поверхность металла.
Эффективность полезной модели подтверждена результатами лабораторных испытаний и путем математического моделирования клеевого соединения, выполняемого по разработанному алгоритму с учетом направления, шага и размеровуглублений. Лабораторные испытания проводились на базе ГР ЦКП НИУ МГСУ с использованием углепластикового композитного элемента Carbon Wrap Таре 530/150 и клея Carbon Wrap Resin 530+. За эталон был принят металлический элемент с гладкой поверхностью, подготовленный в соответствии с ГОСТ и испытанный по стандартной методике. При подготовке поверхности образцов для испытаний ширина углублений была принята в диапазоне 0,8-3,3 мм. В зависимости от направления, шага и размеров углублений результаты лабораторных испытаний показали увеличение несущей способности усиленного растянутого металлического элемента от 2,0 до 2,4 раз относительно эталонного образца.
Предлагаемая полезная модель может быть широко использована для усиления элементов металлических конструкций, работающих на растяжение. Использование предлагаемой полезной модели является весьма актуальным при реконструкции и реставрации памятников архитектуры, так как позволяет повысить несущую способность металлических элементов до первоначального уровня в условиях, исключающих возможность использования стандартных методов усиления, например, увеличение сечения путем приварки или присоединением дополнительных элементов с помощью болтов.