КАРКАС ИЗ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ (ВАРИАНТЫ)

Представленные в данном описании варианты технического решения - каркас из композитной арматуры - относятся к строительству, в частности, к изготовлению армированных бетонных строительных конструкций и производству арматуры, предназначенной для армирования строительных конструкций из вяжущих материалов, включая панели, блоки, плиты и плитки. Варианты технических решений относятся также к арматурным сеткам и каркасам, которые выполнены из арматурных стержней, причем каждый стержень изготовлен из композитного материала, включающего стекловолокна, пропитанные отвержденной смолой.
Из патентной документации известны арматурные сетки и каркасы, в частности, известна арматурная сетка из пересекающихся неметаллических волокнистых материалов, пропитанных неотвержденным полимерным связующим, стержни выполнены с одной или несколькими спиральными жгутами, а перекрестные соединения образованы за счет механического сжатия, отличающаяся тем, что пересекающиеся неметаллические волокнистые материалы выполнены из отвержденных и неотвержденных стержней с последующим отверждением сетки (RU 2430221 C1, 10.12.2010).
Известна композитная арматура, содержащая внешний слой и внутренний слой, отличающаяся тем, что внешний слой выполнен из нанокомпозитного углепластика, в котором полимерная матрица модифицирована углеродными наноструктурами, а внутренний слой выполнен из легкого высокоподвижного бетона, содержащего в своем составе компоненты при следующем соотношении, мас.%: цемент 20-50, наполнитель 70-30, пластификатор 0,02-2,5, вода - остальное (RU 2405091 C1, 27.11.2010).
Известен способ изготовления арматурной сетки из композитных материалов, включающий изготовление композитных стержней периодического профиля, формирование сетки, соединение мест пересечений, отличающийся тем, что перед отверждением места соединений продольных и поперечных стержней сдавливают, затем производят нагрев стержней и мест пересечений (RU 2404892 C1, 27.11.2010).
Известна дорожная конструкция, включающая асфальтобетонное покрытие, содержащее упрочняющую арматуру, отличающаяся тем, что в качестве упрочняющей арматуры применена композитная стержневая арматура периодического профиля, соединенная в виде решетки, причем нижние стержни решетки уложены поперек длинной стороны дорожной конструкции (RU 2289648 C1, 20.12.2006)
Известно сборно-монолитное перекрытие каркасного здания, которое включает монолитно соединенные с колоннами каркаса сборно-монолитные ригели, по крайней мере, один из которых выполнен с нижней частью преимущественно в виде уширенной сборной полки, образующей, по крайней мере, после выполнения монолитной верхней части ригеля один или два боковых протяженных по длине консольных свеса для опирания на них плит перекрытия торцами и/или боковыми гранями и верхней монолитной частью, содержащей в поперечном сечении стенку и верхнюю уширенную полку с одним или двумя ответными нижним свесами, примоноличенными, по крайней мере, к одной опертой на ригель плите перекрытия, а также опертые на ригели плиты перекрытия, при этом смонтированная в перекрытии сборная часть выполнена предварительно напряженной преимущественно в виде нижней полки ригеля с выпусками продольной и поперечной арматуры, причем выпуски поперечной арматуры установлены, по крайней мере, в пролетной части ригеля и выполнены состоящими из хомутов или системы стержней, замоноличенных в нижнюю сборную часть ригеля в процессе ее изготовления и объединенных поверху не менее чем одной арматурной сеткой, и выведены вершинами выше верхней части опертых на ригель плит перекрытия, по крайней мере, в зоне примыкания ригеля к колонне на длине не менее одной трети пролета ригеля (RU 2285772 C1, 20.10.2006).
Известно сборно-монолитное перекрытие каркасного здания, характеризующееся тем, что оно включает плиты перекрытия, опертые на сборно-монолитные предварительно напряженные ригели, монолитно соединенные с колоннами каркаса, причем, по крайней мере, один из ригелей выполнен с нижней частью преимущественно в виде уширенной предварительно напряженной сборной полки, образующей, по крайней мере, после выполнения монолитной верхней части ригеля один или два боковых протяженных по длине консольных свеса для опирания на них плит перекрытия торцами и/или боковыми гранями, и верхней монолитной частью, содержащей в поперечном сечении стенку и верхнюю уширенную полку с одним или двумя ответными нижним свесами, примоноличенными, по крайней мере, к одной опертой на ригель плите перекрытия (RU 2285772 C1, 20.10.2006).
Известна георешетка, содержащая продольные пластины, соединенные в поперечном направлении анкерами, имеющими в поперечном сечении криволинейную форму предпочтительно с дренажными прорезями и образующими открытую поверхность в виде полости для отвода поступающей снизу и/или сверху воды, причем анкера выполнены в виде вставок криволинейной формы и пластин, посредством которых она путем сварки или скрепляющими элементами, например скобами, закреплена к продольным пластинам (RU 2221111 C1, 20.09.2003).
Известен каркас многоэтажного здания, включающий железобетонные колонны со сквозными проемами в уровнях перекрытий, железобетонные сборно-монолитные плоские диски перекрытий, образованные сборными многопустотными плитами, объединенными между собой и с неразрезными монолитными несущими и связевыми ригелями посредством межплитных швов, бетонных шпонок и арматурных выпусков, отличающийся тем, что продольная арматура железобетонных колонн выполнена с разрывом ее в сквозных проемах, в проемах вдоль оси колонн размещены дополнительные арматурные стержни-коротыши, закрепленные концами в колоннах над и под перекрытиями, колонны над каждым перекрытием снабжены компенсаторами концентрации напряжений в бетоне колонны в виде поперечного стального листа, в котором концами закреплена обрываемая сверху в проеме продольная арматура колонны, железобетонные несущие ригели, на которые по торцам оперты многопустотные плиты, выполнены в каждом пролете двухслойными с нижними сборными железобетонными вкладышами клиновидного книзу поперечного сечения, обетонированными сверху и по бокам монолитным бетоном, в котором размещены арматурные каркасы с продольной рабочей арматурой несущих ригелей, в створах колонн вдоль сборных плит в связевых ригелях размещена сквозная на всю длину или ширину здания продольная арматура с перехлестом концов ее стержней каждого пролета над колоннами, в межплитных швах поперек несущих ригелей размещены плоские арматурные каркасы с верхней и нижней рабочей арматурой на длину в обе стороны от граней несущего ригеля, достаточную для анкеровки этой рабочей арматуры в бетоне межплитного шва (RU 2233952 C1, 10.08.2004).
Известна стержневая несущая конструкция с узлами и стержнями, которые удерживаются между узлами с геометрическим замыканием посредством фиксаторов, по меньшей мере, в направлении поперек их продольного направления, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один стержень и/или, по меньшей мере, два соединенных стержнем узла составлены из нескольких частей, которые удерживаются вместе с геометрическим замыканием за счет относительного проворачивания фиксаторов стержней и узлов вокруг оси, проходящей в продольном направлении стержней (RU 2477354 C1, 20.12.2011)
Известен арматурный элемент для предварительно напряженных бетонных конструкций, включающий ровинг из непрерывных минеральных волокон, отличающийся тем, что арматурный элемент выполнен в виде собранных в ленточный жгут толщиной не более 2 мм продольных длинномерных базальтовых и/или углеродных волокон толщиной 5-50 мкм или нитей из них с плотностью волокон в сечении жгута 2-10 тысяч текс и прочностью на растяжение 0,6-4,0 ГПа (RU 2455436 C1, 10.07.2012).
Известен каркас арматурный, содержащий поперечную арматуру и продольную арматуру, отличающийся тем, что по первому варианту поперечная арматура выполнена, по меньшей мере, из одной цельной арматуры, деформирована с образованием чередующихся выступов и впадин треугольной формы и свернута в цилиндрические спиральной формы витки заданного диаметра и шага с образованием по всей длине каркаса арматурного по этим выступам и впадинам винтовых линий одинакового шага, в которые с наружных сторон впадин прикреплены стержни продольной арматуры, скрученные по винтовым линиям диаметра впадин поперечной арматуры (RU 2465416 C1, 27.08.2011).
Известно арматурное изделие, содержащее натягиваемый стержень арматуры с постоянными концевыми анкерами, отличающееся тем, что натягиваемый стержень арматуры выполнен составным из отрезков горячекатаной арматуры, снабжен стальными стопорными обоймами и стяжной муфтой в средней части изделия, а постоянные концевые анкера оборудованы анкерными обоймами и анкерными распределительными пластинами из толстолистовой стали (RU 2394968 C1, 20.07.2010).
Известен способ упрочнения арматурного стержня из материала, обладающего площадкой текучести, включающий скручивание арматурного стержня вокруг своей продольной оси с превышением предела текучести на растяжение материала наружных волокон арматурного стержня до достижения уровня предела прочности, при этом при скручивании один конец арматурного стержня закреплен, а скручивание арматурного стержня производят с другого конца до образования нераскручивающейся винтовой формы по всей длине стержня (RU 2457259 C1, 27.07.2012).
Известна железобетонная опора, включающая арматуру из стальных прутков, объединенную в каркас посредством узлов связи и имеющую на своей поверхности средство для сцепления ее с бетоном, отличающаяся тем, что арматура снабжена средством для экранирования электромагнитных полей, совмещенным со средством для сцепления ее с бетоном и выполненным в виде покрытия из алюмооксидной или другой керамики толщиной 50 150 мкм (RU 2094575 C1, 27.10.1997).
Известен арматурный элемент, содержащий арматуру, взаимодействующую с последовательно расположенными упругими компенсаторами потерь предварительного напряжения в арматуре, и концевой анкер, отличающийся тем, что упругие компенсаторы установлены по длине имеющего дополнительный концевой анкер арматурного элемента и выполнены в виде пустотелых элементов выпукловогнутого замкнутого контура, вогнутости каждого из которых расположены симметрично относительно продольной оси, при этом арматура между соседними компенсаторами переплетена, изогнута по синусоиде относительно продольной оси с возможностью контактирования с вогнутостью каждого компенсатора (RU 2211900 C2, 10.09.2003).
Известен также арматурный элемент, содержащий арматуру с концевыми анкерами, изогнутую по синусоиде и переплетеную между соседними упругими компенсаторами потерь предварительного напряжения в арматуре, отличающийся тем, что упругие компенсаторы выполнены в виде кольцевых контуров, образованных из изогнутых полос со встречно направленной вогнутостью, шарнирно соединенных между собой, при этом в полостях кольцевых контуров расположены упругие элементы +-образной, либо Ж-образной формы, образованные из попарно изогнутых полос со встречно направленной вогнутостью, закрепленных своими вершинами к шарнирам кольцевого контура, или упругие элементы из полых фигур, образованных из нескольких изогнутых полос со встречно направленной выпуклостью, соединенных между собой с внутренним кольцевым контуром (RU 2313641 C2, 27.12.2007).
Известна арматура, включающая арматурные элементы с винтовой нарезкой и соединительную муфту с внутренней винтовой нарезкой, отличающаяся тем, что арматурные элементы выполнены в виде стеклопластиковых трубок, а винтовая поверхность арматурного элемента образована по всей его длине (RU 2032043 C1, 27.03.1995).
Из полезных моделей известны арматурные каркасы и сетки, в частности, известна дорожная конструкция, включающая асфальтобетонное покрытие, содержащее упрочняющую арматуру, отличающаяся тем, что в качестве упрочняющей арматуры применена композитная арматура периодического профиля (RU 43883 U1, 10.02.2005).
Известна конструкционная панель, которая содержит сердечник в виде плиты наполнителя, с обеих сторон которого параллельно его поверхностям и с зазором относительно его поверхностей расположены проволочные сетки, в сердечнике параллельными рядами с заданным шагом выполнены сквозные, перпендикулярные плоскости сердечника, отверстия, в часть отверстий в определенном порядке установлены распорки в виде гибких стеклопластиковых связей, длина анкерируемой части распорок с одной стороны панели, по меньшей мере, равна длине анкерируемой части распорок с противоположной стороны панели, в другую часть отверстий установлены резьбовые шпильки, выполненные из композитных материалов или металла, на шпильки с двух противоположных сторон относительно поверхностей сердечника установлены дистанционные прокладки, выполненные из прочного материала, например, пластмассы, дистанционная прокладка представляет собой плоскую пластину круглой, овальной, прямоугольной или иной формы, содержит центральное сквозное отверстие диаметром, соответствующим внешнему диаметру резьбовой шпильки, с одной стороны дистанционной прокладки находится опорная площадка, с противоположной параллельной стороны находится площадка - ложемент сетки, расстояние между опорной площадкой и ложементом сетки задает зазор между проволочной сеткой и поверхностью сердечника, геометрические размеры дистанционной прокладки несколько превышают внешние размеры ячейки сетки, с противоположных сторон сердечника на ложементы дистанционных прокладок установлены проволочные сетки, на лежащие на ложементе проволоки сетки установлены прижимные планки, выполненные из прочного материала, например, пластмассы, композита, металла и установленные на концы резьбовых шпилек, прижимная планка представляет собой пластину прямоугольной формы, содержит центральное сквозное отверстие диаметром, соответствующим внешнему диаметру резьбовой шпильки, длина прижимной планки несколько превышает внешние размеры ячейки сетки, ширина прижимной планки несколько меньше внутренних размеров ячейки сетки, толщина прижимной планки несколько меньше диаметра проволок сетки, на концы резьбовых шпилек установлены гайки, выполненные из композитных или полимерных материалов, или металла, и стягивающие детали панели (RU 126736 U1, 10.04.2013).
Известна композитная арматура, характеризующаяся тем, что она содержит выполненные из волокон жгуты, соединенные между собой путем их свивки вокруг друг друга и фиксации в этом положении отвержденной смолой, между витками жгутов образованы углубления, в зоне контакта волокон жгутов по всей длине арматуры образован винтообразный соединительный слой из отвержденной смолы и волокон двух жгутов, в поперечном сечении арматура образована парой контактирующих между собой через соединительный слой жгутов, каждый из которых имеет в поперечном сечении овальную форму (RU 124711 U1, 10.02.2013).
Известна амирующая сетка, имеющая квадратные или прямоугольные ячейки, образованные переплетением продольных и поперечных полос, выполненных из термопластичного полимерного материала и имеющих сварное перекрестное соединение, отличающаяся тем, что каждая из продольных и поперечных полос имеет ширину от 3 до 20 мм, толщину от 0,8 до 5,0 мм и снабжена включенной внутрь полимерной полосы по всей ее длине, по крайней мере, одной металлической проволокой, причем толщина слоя термопластичного полимерного материала, покрывающего металлическую проволоку составляет не менее 0,2 мм (RU 115381 U1, 27.04.2012).
Известна также арматурная сетка из пересекающихся неметаллических волокнистых материалов, пропитанных неотвержденным полимерным связующим, отличающаяся тем, что стержни выполнены из волокнистых материалов с одной или несколькими спиральными обмотками намоточными жгутами, а перекрестные соединения образованы за счет механического сжатия неотвержденных пластичных стержней с последующим отверждением сетки (RU 92439 U1, 20.03.2010).
Известны также каркасы и сетки из опубликованные заявок на выдачу патентов, в частности, известен способ натяжения арматурного каната, содержащего зажимы, натяжное устройство, с последующим заполнением формы бетоном, отличающийся тем, что арматурный канат перед натяжением ослабляют раскручиванием, путем вращения зажимов против направления свивки арматурного каната (RU 2011134196 A, 20.02.2013).
Известен способ изготовления сборных предварительно напряженных бетонных изделий по безопалубочной технологии на длинных стендах, включающий раскладку напрягаемой арматуры, натяжение ее с фиксацией на упорах стенда, укладку бетонной смеси проектной марки по длине стенда с одновременным формованием массива и позиционированием арматуры по сечению массива, выдержку до набора передаточной прочности бетона, отпуск натяжения и резку массива на изделия, отличающийся тем, что в качестве продольной напрягаемой арматуры на упоры стенда натягивают с напряжением 0,4-1,0 ГПа канаты из жгутов, выполненных из непрерывных стекло-, и/или базальто-, и/или углеродных волокон с прочностью на растяжение 0,6-4,0 ГПа, а при формовании по длине стенда в зоны возникновения в изделиях наибольших напряжений укладывают фибробетонную смесь (RU 2011134458 A, 27.02.2013).
Известна дорожная конструкция, включающая асфальтобетонное покрытие, содержащее упрочняющую арматуру, отличающаяся тем, что в качестве упрочняющей арматуры применена композитная арматура периодического профиля (RU 2004127528 A, 20.02.2006).
Известен композитный материал, состоящий из арматуры и связующего, отличающийся тем, что состоит из слоев арматуры с разными свойствами, причем внешние границы слоев расположены от точки отсутствия продольных деформаций на расстояниях, пропорциональных их допустимым продольным деформациям (RU 2005141367 A, 20.07.2007).
Известна конструкция из армированного бетона, содержащая, по меньшей мере, один растянутый жгут, образованный из нескольких моноволоконных нитей, таких, как углеродные или базальтовые, который свивается в непрерывный жгут повторяющимися витками упомянутой моноволоконной нити и погружается в связующее вещество для образования композитного волоконного жгута, покрываемого зернистым материалом, таким, как, например, песок, отличающаяся тем, что арматура содержит, по меньшей мере, одну петлю, которая, когда заделывается, содержит, по меньшей мере, два растянутых жгута, разнесенных друг от друга, причем концы жгутов соединены искривленным переходным участком, при этом тело в форме петли, когда заделывается, образует растянутые открытые петли, а искривленные переходные участки, заделанные в полностью затвердевшую бетонную конструкцию, выполнены с возможностью осуществления функции концевых анкеров для арматуры в форме петли или стропа (RU 2008122349 A, 10.12.2009).
Известен арматурный каркас для сооружений, в частности сооружений из бетонных материалов, включающий несколько арматурных стержней, состоящих из усиленного волокнами синтетического материала, соединенных друг с другом: в местах соединения с помощью соединительных средств, причем соединительные средства включают соединительные волокна, которые уложены в матрицу из синтетического материала, отличающийся тем, что соединительные волокна в местах соединений многократно таким образом обмотаны вокруг арматурных стержней, причем при растягивающей или сжимающей нагрузке, действующей поперек продольной оси первого арматурного стержня, в продольном направлении второго арматурного стержня в отдельном месте соединения достигается усилие S сцепления, которое установлено по формуле S>0,3·As·Rв, где As - площадь поперечного сечения второго арматурного стержня, Rв - допустимое рабочее напряжение второго арматурного стержня, при этом при растягивающей или сжимающей нагрузке, действующей поперек продольной оси первого арматурного стержня, в продольном направлении второго арматурного стержня в отдельном месте соединения достигается усилие S сцепления, которое определено по формуле S>0,3·As·Rв, где As - площадь поперечного сечения второго арматурного стержня, Rв - допустимое рабочее напряжение второго арматурного стержня (RU 2008113914 A, 20.10.2009).
Известен способ изготовления арматурного каркаса для железобетонных элементов путем применения продольной рабочей и монтажной арматуры и приваренных к ним хомутов и отгибов поперечной арматуры, отличающийся тем, что остов арматурного каркаса выполнен цельным путем загиба концов продольной рабочей и/или монтажной арматуры; поперечные стержни-хомуты и/или отгибы арматурного каркаса выполнены в виде узкой сетки «зигзаг» с наклонными к продольной оси ветвями, с закруглениями поперечных стержней-хомутов и/или отгибов при загибе в виде полукруга диаметром, равным величине шага хомутов и/или отгибов по длине каркаса, с прикреплением или без такового в местах сочленения их с продольной арматурой остова каркаса (RU 2008127926 A, 20.01.2010).
Известен арматурный каркас для армирования железобетонных конструкций, содержащий плоские каркасы из продольной арматуры и поперечных стержней, отдельные стержни и фиксирующие элементы. Каркас снабжен в зонах фиксации распорными и отдельными стяжными стержнями с отгибами на концах. Плоский каркас усилен раскосами и единичными поперечными элементами с фиксирующими его выпусками на поддоне формы. Распорные стержни с фиксаторами и отдельные стяжные стержни расположены на продольной арматуре плоских каркасов, причем стержни - в зонах размещения поперечных стержней под углом, соответствующим диаметру крайних поперечных стержней (RU 94038316 A1, 10.12.1995).
Близкие технические решения не в полной мере отвечают современным требованиям повышения прочности бетонных армированных конструкций. Они также не отвечают требованиям уменьшения издержек на изготовление предварительно напряженных конструкций, поскольку изготовление последних связано со значительной трудоемкостью и требует применения специального оборудования. Например, в RU 2011134458 A способ изготовления сборных предварительно напряженных бетонных изделий включает натяжение арматуры на стенде, фиксацию ее на упорах стенда, укладку бетонной смеси с одновременным формованием массива и позиционированием арматуры по сечению массива, выдержку до набора передаточной прочности бетона, отпуск натяжения арматуры, резку массива на изделия В этом способе предусмотрено, что арматуру, выполненную из непрерывных стекло-, и/или базальто-, и/или углеродных волокон с прочностью на растяжение 0,6-4,0 ГПа, натягивают с напряжением 0,4-1,0 ГПа. Указанные действия способа усложняют процесс производства арматуры.
Техническим результатом полезной модели является повышение несущей способности каркаса и уменьшение трудоемкости его изготовления.
Указанный технический результат получен каркасом из композитной арматуры, характеризующимся тем, что он содержит простирающиеся в одном направлении первые предварительно напряженные арматурные стержни и простирающиеся в перекрестном направлении по отношению к первым стержням вторые предварительно напряженные арматурные стержни, соединенные с первыми арматурными стержнями, каждый арматурный стержень выполнен упругим из композитного материала, включающего пропитанные отвержденной смолой стекловолокна, каждый упругий стержень в рабочем положении изогнут в вертикальном направлении по отношению к плоскости расположения стержня и имеет в указанном положении волнообразную форму, образованную закругленными гребнями и закругленными углублениями, полученными при изгибе упругих стержней, в каждом углублении каждого первого стержня, расположенного в одном направлении, расположен арматурный стержень, расположенный в перекрестном направлении, первые и вторые стержни имеют одинаковые или разные поперечные сечения, в местах перекрещивания первых упругих стержней со вторыми упругими стержнями они притянуты друг к другу стяжками.
Указанный технический результат получен каркасом из композитной арматуры, характеризующимся тем, что он содержит первые предварительно напряженные упругие арматурные стержни, имеющие в рабочем положении волнообразную форму, образованную плавно закругленными гребнями и углублениями при изгибе стержней, и вторые стержни, выполненные прямыми и расположенные в перекрестном направлении, по отношению к первым стержням, при этом площадь поперечного сечения каждого второго стержня больше площади поперечного сечения каждого первого стержня, а каждый второй стержень расположен в углублениях первых стержней.
Указанный технический результат каркасом из композитной арматуры, характеризующимся тем, что он содержит первые и вторые, перекрестно расположенные по отношению друг к другу, предварительно напряженные упругие стержни, имеющие в рабочем положении волнообразную форму, образованную плавно закругленными гребнями и углублениями, причем в каждом углублении стержня расположен перекрещивающийся с ним смежный стержень, каркас содержит третьи стержни, выполненные прямыми и расположенные в перекрестном направлении по отношению к первым и вторым стержням, причем площадь поперечного сечения каждого третьего стержня больше площади поперечного сечения каждого первого стержня и каждого второго стержня и все стержни в местах их пересечения соединены стяжкой.
На фиг.1 показан первый вариант каркаса из композитной арматуры в отвержденном бетоне;
на фиг.2 - вид А на фиг.1; на
фиг.3 - вид Б на фиг.1;
на фиг.4 показан второй вариант каркаса из композитной арматуры;
на фиг.5 - исполнение второго варианта каркаса из композитной арматуры;
на фиг.6 - пространственное изображение первого варианта каркаса;
на фиг.7 - вид В на фиг.6;
на фиг.8 - вид Г на фиг.6;
на фиг.9 - сечение Д-Д на фиг.6;
на фиг.10 - сечение Ж-Ж на фиг.6;
на фиг.11 - соединение стяжкой стержней каркаса;
на фиг.12 показан третий вариант каркаса.
Каркас первого варианта выполнен из стержней композитной арматуры. Каждый стержень выполнен из композитного материала. Материал включает стекловолокна, пропитанные отвержденной смолой. На фиг.1 показан пример использования первого варианта каркаса, расположенного в отвержденном массиве строительного вяжущего материала (бетона).
Арматурный каркас 1 (первый вариант, фиг.1-4) содержит простирающиеся в одном направлении первые продольные арматурные стержни 2 и простирающиеся в перекрестном направлении по отношению к первым стержням вторые поперечные арматурные стержни 3 (фиг.2, 3). Стержни 2 и 3 в местах их перекрещивания или в местах сближения соединены между собой стяжками 4 так, как это показано на фиг.11. Каждая стяжка 4 выполнена из композитного материала, расположена под углом к стержням 2 и 3 и охватывает их по периметру. Вместо стяжек могут быть использованы известные фиксирующие и натяжные элементы, выполненные из антикоррозийных материалов.
Продольные и поперечные стержни упруго изогнуты в вертикальном направлении по отношению к плоскости сетки. Каждый арматурный стержень сетки имеет в рабочем положении волнообразную форму (фиг.2-8), образованную плавно закругленными гребнями 5 и плавно изогнутыми углублениями 6. В каждом углублении 6 каждого первого стержня 2, расположенного в одном направлении, расположен арматурный стержень 3, который расположен в перекрестном направлении. Первые и вторые стержни имеют разные или одинаковые поперечные сечения.
Второй вариант каркаса (фиг.4) выполнен из перекрещивающихся между собой арматурных стержней, в частности, во втором варианте каркаса первые продольные арматурные стержни 7 выполнены прямыми по длине, а вторые поперечные арматурные стержни 3 имеют волнообразную форму. Площадь поперечного сечения каждого прямого стержня 7 больше площади поперечного сечения каждого второго стержня 3. Сопротивление на изгиб каждого второго продольного стержня 3 меньше сопротивления на изгиб каждого первого поперечного арматурного стержня 7. Во втором варианте каркаса каждый прямой продольный стержень 7 расположен в одной прямолинейной плоскости, что не исключает его расположение по изогнутым кривым. Предусмотрено исполнение второго варианта (фиг.5), в котором каждый прямой стержень 7 сжат с двух противоположных сторон двумя поперечными стержнями 3 (фиг.5).
Третий вариант каркаса (фиг.12) имеет признаки первого или второго вариантов каркаса и при этом третий вариант каркаса содержит расположенные под углом к продольным и поперечным стержням 2 и 3 третьи вертикально расположенные стержни 8 большего диаметра. Каждый стержень 8 соединен со стержнями 2 и 3 стяжками 4, охватывающими стержни 2,3 и 8. Третий вариант каркаса содержит, по меньшей мере, пару таких каркасов,, которые показаны на фиг.4-6.
В каждом варианте каркаса каждый волнообразный арматурный стержень выполнен упругим с заданными предельно допустимым углом перегиба и модулем упругости на изгиб. Таким углом является угол α (фиг.4), образованный касательными к изогнутым участкам арматурного стержня в зоне его изгиба. Предельный угол изгиба стержня выбран из расчета не разрушаемости структуры стержня при максимально возможном радиусе R1 изгиба стержня в температурном диапазоне от - 70°C до +70°C.
В первом варианте каркаса каждый продольный арматурный стержень 2 удален от смежного с ним продольного стержня на шаг t - расстояние между осями стержней 2 (фиг.1). Данное расстояние регламентировано диаметрами стержней 2 и 3, их упругостью и допустимыми углами α перегиба стержней. В первом варианте каркаса каждый поперечный арматурный стержень 3 удален от смежного с ним поперечного стержня на шаг t1. Длина и ширина первого варианта каркаса зависит от диаметра d каждого стержня (фиг.4) и числа стержней каркаса. Высота h первого варианта каркаса зависит от диаметра d стержней каркаса, угла α и модуля упругости стержней. Высота h первого варианта каркаса включает высоту h3 (фиг.8) волны одного волнообразного поперечного стержня 3 и высоту h2 (фиг.7) волны другого волнообразного стержня 2, причем каждая указанная высота равна расстоянию от оси 9 симметрии каркаса до наружных кромок волнообразных стержней. Таким образом, для первого варианта каркаса его высота h=h2+h3 для случая, если в местах перекрещивания стержней 2 и 3 между ними нет зазора, диаметры стержней равны и стержни плотно прижаты друг к дугу стяжками 4 (фиг.11). Если между стержнями 2 и 3 имеется зазор, то высота каркаса h=h2+h3+S, где S - зазор между стержнями 2 и 3 в месте их перекрещивания (фиг.9). В этом случае в зазоре располагают элемент стяжки 4 (не показано). Стяжка, предпочтительно, имеет форму круглого изогнутого прутка, выполненного из композитной арматуры. Подбором стяжек 4 регулируют s - зазор между стержнями 2 и 3 в месте их перекрещивания и таким образом регулируют высоту h каркаса. Предусмотрено, что каждая стяжка 4 или, по меньшей мере, часть стяжек представляет собой, имеющий сложную форму элемент, охватывающий с нижней стороны арматурный стержень 2, а с верхней стороны охватывающий арматурный стержень 3.
Каждый стержень композитной арматуры содержит, по меньшей мере, один жгут, выполненный из соединенных между собой отвержденной смолой стекловолокон, на поверхности жгута расположен по спирали 10 (фиг.7) пучок других стекловолокон, причем стекловолокна спирального пучка соединены между собой и со стекловолокнами жгута.
Внутри каждого стержня 2 и 3 каркаса расположен, по меньшей мере, один металлический сердечник 11 (фиг.6) с выполненными на его поверхности зацепами 12 в виде выступов. Каждый сердечник замоноличен в стержне отвержденными волокнами стержня, пропитанными смолой. Площадь поперечного сечения сердечника 11 каждого стержня выбрана в пределах 5-30% от площади поперечного сечения стержня, выполненного из одного жгута или из нескольких жгутов, образованных нитями стекловолокон. Спираль 10 пучка волокон, навитая на наружной поверхности каждого стержня, имеет угол наклона витка пучка к продольной оси стержня и этот угол наклона выбран в пределах от 1 до 89°.
В другом исполнении внутри жгута каждого стержня 2 и 3 расположены, по меньшей мере, два скрученных между собой по продольной оси арматуры металлических сердечника 11, образующих в местах скрутки волнообразную поверхность, находящуюся в зацеплении со стекловолокнами жгута стержня 2 или 3. В представленном примере реализации каркаса стержни 2 и 3 и их геометрия имеют следующие предельные значения: R=100-500mm; R1=100-500 мм; d=5-20 мм; D=5-40 мм; α=110-150°.
Вышеописанные варианты каркаса содержат предварительно напряженные стержни 2, 3, при этом каждый сердечник 11 стержня также находится в предварительно напряженном состоянии. Напряжение стержней и сердечника достигнуто путем изгиба каждого стержня и его сердечника в поперечной плоскости каркаса, проходящей через его продольную ось 9. В процессе изготовления стержни 2, 3 и их сердечники 11 изгибают на угол α в указанной плоскости и придают стержням волнообразные формы (фиг.2-8). При этом волокна каждого стержня, находящиеся в зоне закругленных гребней 5, растягиваются, а в зоне изогнутых углублений 6 (с их внутренних сторон) волокна стержней сжимаются. Растяжение и сжатие волокон осуществляют в допустимых пределах, регламентируемых жесткостью и ломкостью смолы и предельно допустимыми усилиями волокон стержней и их жгутов на разрыв. Изменением угла изгиба изогнутого участка стержня, изменяют натяжение и сжатие волокон стержня. В результате каркас арматуры, имеющий указанную выше высоту h, обладает свойствами объемного перераспределения концентрированных нагрузок, передаваемых на массив бетона.
Работает каркас из композитной арматуры следующим образом.
Знакопеременные изгибающие нагрузки Ρ (фиг.2), прилагаемые к бетонной конструкции 13, от ее бетонного массива передаются на стержни 2 и 3 каркаса 1. В результате стержни 2 и 3 попеременно сжимаются и растягиваются, компенсируют напряжения и передают их с одного закругленного гребня 5, на другой гребень или с одного углубления 6 на другое углубление, или по диагонали с одного гребня 5 (фиг.6) на смежное с ним углубление 6. В итоге повышается несущая способность каркаса 1 и бетонной конструкции 13 в целом Q сопротивляемость конструкции воздействию динамических и ударных нагрузок.
Аналогичным образом работают стержни 2 и 3 второго и третьего вариантов каркаса, которые кроме указанных изгибающих нагрузок испытывают нагрузки кручения и сжатия. Во втором варианте (фиг.4, 5) указанные нагрузки компенсируются продольными стержнями 7, проектную устойчивость которым придают стержни 2 и 3, связанные со стержнями 7 стяжками 4. В третьем варианте указанные нагрузки компенсируются продольными стержнями 8 (фиг.12) и стержнями 2 и 3, образующими пространственную конструкцию сложной формы со сложной схемой взаимодействия напряжений между элементами конструкции.