КОМБИНИРОВАННЫЙ СТЕРЖЕНЬ РАСПОРНОЙ РАМКИ БАЛЛАСТНОГО УСТРОЙСТВА

Техническое решение относится к области строительства и может быть использовано при укладке и балластировке в траншеи подземных трубопроводов в обводненной или заболоченной местности.
Известны стержни сборных распорных рамок жесткости для полимер контейнерных балластирующих устройств, выполненные в виде металлической трубы (RU 38034 U1, 2004 г.).
Наиболее близкой из известных является конструкция металлического стержня распорной рамки полимерконтейнерного устройства, выполненного в виде полой трубы (RU 38879 U1, 2004 г.).
Все известные металлические конструкции стержней достаточно материаллоемки, и в случае нарушения антикоррозионного покрытия, подвержены активной коррозии, поскольку находятся в агрессивной среде. Кроме того, характер сопротивления конструкций таких стержней изгибу обусловлен пластическими свойствами используемого малоуглеродистого и не легированного металла, обоснованность которого обусловлена соотношением цена/качество. Кроме того, трубы по их длине имеют постоянную толщину сечения, что не находится в соответствии с воспринимаемыми ими эксплуатационными нагрузками, что заведомо приводит к повышенной металлоемкости, учитывая также и коэффициент запаса прочности стержней на возможную коррозию.
Технической задачей предлагаемого решения является снижение материалоемкости и массы стержня рамки путем изменения расчетного поперечного сечения пропорционально действующим нагрузкам.
Достигается это тем, что комбинированный стержень распорной рамки балластного устройства выполнен в виде отрезка трубы и усиливающего ее элемента, выполненного либо в виде размещенной в ее полости, по крайней мере на части ее длины, вставки из металла или иного твердого или твердеющего материала, предпочтительно полимерного или композиционного, либо в виде усиливающего элемента, плотно охватывающего отрезок трубы снаружи, по крайней мере на части ее длины, предпочтительно в средней ее части, выполненного из металла или полимерного или композиционного материала, например стеклопластика. При этом, отрезок трубы может быть выполнен из металла, полимерного или композиционного материала, например стеклопластика.
На фиг.1 представлен стержень с внешним усилением,
На фиг.2 - стержень с внутренним усилением.
На фиг.3 - эпюра напряжений от действующих нагрузок на стержень с усилением (сплошной линией) и без усиления (пунктиром), где «δ» - величина, на которую снижены действующие напряжения от эксплуатационных нагрузок (условно приняты сосредоточенными по центру длины стержня).
Комбинированный стержень распорной рамки балластного устройства выполнен в виде отрезка трубы 1 и усиливающего ее элемента, выполненного, напримет, в виде размещенной в ее полости (фиг.2), по крайней мере на части ее длины, вставки 2 из металла или иного твердого или твердеющего материала, предпочтительно полимерного или композиционного. Как вариант, усиливающий элемент 3 может быть выполнен в виде втулки, плотно охватывающей отрезок трубы снаружи (фиг.1), по крайней мере на части ее длины, предпочтительно в средней ее части, и выполнен из металла или полимерного или композиционного материала, например стеклопластика. При этом, отрезок трубы 1 может быть выполнен из металла, полимерного или композиционного материала, например стеклопластика.
Вставка или втулка имеет цилиндрическую форму и выполнена из полимерного материала, предпочтительно композиционного, например армированного волокнами и/или ориентированными в нем продольно нитями. Полость трубы 1 может быть заполнена твердеющим материалом, предпочтительно на основе минерального вяжущего или полимерного связующего. В качестве наполнителя для твердеющего материала заполнения полости стержней может быть использован сыпучий материал, предпочтительно песок мелкозернистый с размером частиц до 2 мм или среднезернистый с размером частиц от 2 мм до 2,8 мм или крупнозернистый песок с размером частиц 2,8-5 мм или смесь любых из них. Полость стержня может быть заполнена частично, предпочтительно в средней по длине его части, с образованием пробки, по обеим сторонам которой могут быть размещены заглушки.
Труба и/или вставка и/или втулка могут быть изготовлены из полимерного материала (например, стеклопластика), предпочтительно армированного волокнами и/или ориентированными в нем продольно нитями. Для производства стеклопластиковых стержней в виде труб могут быть применены различные типы связующего и армирующего материала: эпоксидные (GRE), полиэфирные (GRP), винилэфирные и пр. Втулка может быть изготовлена периодической или непрерывной намоткой непосредственно на трубу. Основными преимуществами стеклопластиковых стержней являются высокие удельные показатели прочности и жесткости, химическая стойкость, сравнительно малый вес и долговечность. Полость стержня может быть в процессе изготовления заполнена полностью или частично, предпочтительно с его уплотнением, твердеющим материалом, например, на основе минерального вяжущего или полимерного связующего (например, эпоксидного (GRE), полиэфирного (GRP), винилэфирного и пр.), или любого другого, обеспечивающего консолидацию частиц наполнителя. При этом, в качестве наполнителя для твердеющего материала заполнения полости стержней использован сыпучий материал, предпочтительно песок мелкозернистый с размером частиц до 2 мм или среднезернистый с размером частиц от 2 мм до 2,8 мм или крупнозернистый песок с размером частиц 2,8-5 мм или смесь любых из них. Полость стержней может быть заполнена частично, предпочтительно в средней по длине их части, с образованием пробки, по обеим сторонам которой могут быть размещены заглушки из материала, ограничивающего (удерживающего) описанное выше заполнение материалом. Стеклопластиковые стержни из термореактивного полимера, усиленные стекловолокном могут иметь жесткость SN=1250-10000 Па. Выбор композитного полимерного материала для стержней обеспечивает необходимую стойкость к коррозии в агрессивной водонасыщенной среде. Размещение полимерного материала в грунте предохраняет его от воздействия пагубного для него ультрафиолетового излучения (УФ). Эксплуатационные нагрузки на стержень рамки создаются контейнером, заполненным сыпучим материалом, например, песком, и воспринимаются продольными стержнями, как изгибающие, а поперечными - как сжимающие их по продольной оси. В первом случае заполнение, по крайней мере средней части верхнего полого стержня приводит к увеличению его сопротивления изгибающему моменту, что позволит уменьшить расчетное поперечное сечение стержня, снизив материалоемкость. Во втором случае заполнение, по крайней мере средней части поперечных стержней приведет к повышению их устойчивости под действием расчетных нагрузок, что позволит уменьшить сечение и снизить материалоемкость рамки.