КРОВЕЛЬНАЯ ПЕШЕХОДНАЯ ДОРОЖКА

Полезная модель относится к области строительства, в частности к устройствам для хождения по плоской кровле, конструктивно связанным с кровлей. Заявленная кровельная пешеходная дорожка предназначена для обеспечения безопасного и комфортного пешеходного доступа на поверхность кровли при любых погодных условиях при осуществлении монтажа кровельной мембраны и последующей ее эксплуатации.
Уровень техники.
Из описания патента США №9828778, МПК: E04D13/12, опубл. 28.11.2017 известна кровельная пешеходная дорожка для размещения на плоской крыше для защиты кровельной мембраны от пешеходного движения по ней обслуживающего персонала и от повреждений при перемещении инструментов и/или оборудования. Дорожка содержит наружную износостойкую часть и подкладку, а также компенсатор теплового расширения деталей конструкции дорожки.
Недостатком конструкции данной дорожки и других аналогичных вариантов кровельных дорожек, представленных на рынке кровельных материалов, является недостаточный противоскользящий эффект от скольжения подошвы обуви при движении по ней при неблагоприятных погодных условиях.
Из описания патента Франции №2964985, МПК: E04D13/12, опублик. 14.06.2013, известна прямоугольная пластина кровельной пешеходной дорожки, наружная поверхность которой выполнена с эффектом противоскольжения. Для этого на опорную плиту (4), изготовленную из эластомера, установлена жесткая металлическая пластина с противоскользящими выступами сферической формы, выполненными на ее внешней поверхности. Однако в условиях отрицательных температур металлические поверхности становятся очень скользкими. Рельеф, образованный гладкими выступами сферической формы, не может обеспечить достаточный противоскользящий эффект особенно в зимнее время.
Из описания заявки на выдачу патента США №2012040124, МПК: E04D13/12, опубликованной 16.02.2012, известен многослойный композиционный материал для изготовления, в частности, кровельных пешеходных дорожек, состоящий из рабочего слоя на основе полиолефина (ТРО) или поливинилхлорида (ПВХ) и нижнего армирующего слоя с минеральным наполнителем. Рабочий слой выполнен с глубоким рельефом в виде трехмерного тиснения, образующего рисунок из прямоугольных ребер, расположенных ёлочкой в шевронном порядке. Согласно описанию патента данный многослойный композиционный материал обеспечивает трехмерную стабильность тисненного эксплуатационного слоя при высоких температурах. Однако при отрицательных температурах гладкая поверхность ребер, расположенных в шевронном порядке, не обеспечивает надежной защиты пешеходов от скольжения.
Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является кровельная пешеходная дорожка, известная из патента РФ на изобретение №2615580, МПК: E04D 13/12, опублик. 05.04.2017. Упомянутая кровельная пешеходная дорожка, состоит из прямоугольных пластин, снабженных стыковочными узлами, при этом каждая прямоугольная пластина представляет собой поле с ребрами, равномерно расположенными в шевронном порядке, и размещенными по краям поля боковыми полосами со сквозными вертикальными отверстиями, кроме того, на внутренней стороне пластин выполнена сеть взаимно ортогональных водоотводящих каналов, сообщающихся своими концами со сквозными вертикальными отверстиями. При этом угол наклона между ребрами соседних шевронных рядов составляет от 90 до 120 градусов, а поперечное сечение ребер выполнено в виде трапеции. В качестве опции кровельная пешеходная дорожка может быть снабжена термокабелем, расположенным под дорожкой вдоль ее продольной оси. В данной конструкции кровельной дорожки ребра, расположенные в шевронном порядке, преимущественно, выполняют водоотводящую функцию и мало участвуют в создании противоскользящего эффекта.
Недостатком кровельной пешеходной дорожки, выбранной за прототип, является гладкая поверхность верхней грани ребер, поскольку поперечное сечение ребер выполнено в виде трапеции, и верхние плоские грани ребер занимают значительную часть площади наружной поверхности дорожки. Таким образом, противоскользящий эффект между поверхностью ребер и подошвами обуви является низким, и особенно он понижается при дожде или при отрицательных температурах внешней среды, сочетающихся со снегом и льдом.
Разработка заявленной полезной модели направлена на решение задачи по защите кровельной мембраны в процессе эксплуатации от механических повреждений, и на повышение безопасности перемещения обслуживающего персонала по поверхности мембранной гидроизоляции, например, к вентиляционным устройствам и к другим техническим конструкциям, расположенным на крыше здания или сооружения.
Техническим результатом является повышение противоскользящего эффекта между поверхностью ребер, размещенных на внешней стороне пластин кровельной пешеходной дорожки, и подошвами обуви при положительных и отрицательных температурах внешней среды, сочетающихся с различными атмосферными явлениями.
Для решения поставленной задачи заявлена кровельная пешеходная дорожка, содержащая прямоугольные пластины, снабженные стыковочными узлами, при этом на прямоугольных пластинах с внешней стороны размещены ребра, расположенные в шевронном порядке. Указанные ребра выполнены с неоднородной структурой поверхности.
Ребра, размещенные с внешней стороны прямоугольных пластин, выполнены, предпочтительно, с трапециевидной формой поперечного сечения, при этом неоднородная структура поверхности образует шероховатый рельеф на верхней грани ребер.
Ребра, размещенные с внешней стороны прямоугольных пластин, могут быть выполнены с прямоугольной формой поперечного сечения, при этом неоднородная структура поверхности образует шероховатый рельеф на верхней грани ребер.
Упомянутая неоднородная структура поверхности образует на ребрах шероховатый рельеф на площади, соответствующей площади потенциального контакта ребер с подошвами обуви, составляющей от 5% до 80 % от площади поверхности внешней стороны кровельной пешеходной дорожки.
Неоднородная структура поверхности образует на ребрах шероховатый рельеф в форме геометрических фигур в виде выступов или шипов, или насечек, или полос, или звездочек, или углублений, или сетчатых структур, или плавных подъемов и спусков, или наплывов, или в виде комбинации перечисленных форм рельефа.
Заявленная кровельная пешеходная дорожка выполнена с неоднородной структурой поверхности на ребрах, которая образует на них шероховатый рельеф, в частности, выполненный в виде покрытия с использованием частиц абразивного материала, либо - ворса.
В заявленной конструкции кровельной пешеходной дорожки ребра на поверхности пластины могут быть выполнены одинаковой высоты либо разной высоты.
В предпочтительном варианте исполнения заявленная кровельная пешеходная дорожка содержит прямоугольную пластину, которая снабжена боковыми полосами, размещенными по краям с противоположных сторон пластины, при этом боковые полосы выполнены со сквозными отверстиями, расположенными вертикально. Боковые полосы, могут быть выполнены с литыми каналами П-образной формы, расположенными вдоль боковых полос с выходными отверстиями с верхнего и с нижнего края пластины.
Сущность полезной модели поясняется рисунками 1 – 9 и примером использования изделия кровельной пешеходной дорожки на поверхности кровельной мембраны при разных погодных условиях.
На рисунке 1 представлен общий вид прямоугольной пластины кровельной пешеходной дорожки в предпочтительном варианте ее исполнения.
На рисунке 2 представлен фрагмент внешней стороны кровельной пешеходной дорожки, ребра которой выполнены с неоднородной структурой поверхности, образующей на верхней грани ребер шероховатый рельеф в форме звездочек.
На рисунке 3 представлен фрагмент внешней стороны кровельной пешеходной дорожки, ребра которой выполнены с неоднородной структурой поверхности, образующей на верхней грани ребер шероховатый рельеф в форме геометрических фигур пятиугольной формы.
На рисунке 4 представлен фрагмент внешней стороны кровельной пешеходной дорожки, ребра которой выполнены с неоднородной структурой поверхности, образующей на верхней грани ребер шероховатый рельеф в форме тонких рисок.
На рисунке 5 представлен фрагмент внешней стороны кровельной пешеходной дорожки, ребра которой выполнены с неоднородной структурой поверхности, образующей на верхней грани ребер шероховатый рельеф в форме сферических выступов.
На рисунке 6 представлен фрагмент внешней стороны кровельной пешеходной дорожки, ребра которой выполнены с неоднородной структурой поверхности, образующей на верхней грани ребер шероховатый рельеф в форме точечных выступов.
На рисунке 7 представлен фрагмент внешней стороны кровельной пешеходной дорожки, ребра которой выполнены с неоднородной структурой поверхности, образующей на верхней грани ребер шероховатый рельеф в форме зигзагов.
На рисунке 8 представлен фрагмент внешней стороны кровельной пешеходной дорожки, ребра которой выполнены с неоднородной структурой поверхности, образующей на верхней грани ребер шероховатый рельеф, при этом ребра выполнены разной высоты.
На рисунке 9 представлен общий вид прямоугольной пластины кровельной пешеходной дорожки, на передней торцевой части которой показано, что боковые полосы, выполнены с литыми каналами П-образной формы, расположенными вдоль боковых полос.
Как показано на рис. 1 кровельная пешеходная дорожка представляет собой прямоугольную пластину (1) из полимерных материалов, снабженную стыковочными узлами (2), при этом каждая прямоугольная пластина с внешней стороны снабжена ребрами (3), расположенными в шевронном порядке, выполненными с неоднородностями структуры на своей поверхности.
Стыковочные узлы (2) выполнены в виде двух полукруглых выступов на верхнем стыковочном краю пластины (1) и двух ответных полукруглых впадин на нижнем стыковочном краю пластины (1), образующих при монтаже стыковочное соединение «шип-паз» между соседними пластинами. Стыковочные узлы (2) позволяют соединять между собой неограниченное количество пластин. В собранном виде кровельная пешеходная дорожка обычно состоит из такого количества пластин, которое обеспечивает необходимые маршруты движения обслуживающего персонала по кровельной мембране сооружения.
Прямоугольная пластина (1) кровельной пешеходной дорожки снабжена боковыми полосами (4), выполненными со сквозными отверстиями (5), расположенными вертикально при этом на внутренней стороне пластины (1) выполнены водоотводящие каналы (не показаны на чертеже), сообщающиеся со сквозными вертикальными отверстиями (5).
Особая структура рабочей поверхности ребер (3), выполненных на наружной стороне пластины (1) кровельной пешеходной дорожки, по сравнению с имеющимися аналогами, позволяет увеличить силу трения, возникающую между данной поверхностью и низом подошвы пешехода, соприкасающихся между собой при перемещении по поверхности дорожки людей, что достигается за счет нанесения на поверхность ребер (3) искусственных неоднородностей, которые показаны на рисунках 2-7 и могут быть выполнены в виде звездочек, различных многоугольников, полосок, рисок, сферических или точечных выступов, зигзагов и иных фигур.
Прямоугольная пластина (1) пешеходной дорожки с внешней стороны характеризуется рабочим полем, с располагающимися на нем ребрами трапециевидного или иного сечения, верхняя поверхность которых снабжена упомянутыми искусственными неоднородностями, образующими шероховатый рельеф на верхней грани ребер и создающими ряд физических эффектов, способствующих повышению коэффициента трения. Неоднородности поверхности формируются на небольшой части общей поверхности кровельной пешеходной дорожки, располагаясь лишь на тех участках ребер, которые имеют непосредственный контакт с подошвой. Такое решение является уникальным и позволяет, по сравнению с другими противоскользящими системами, обеспечить улучшение требуемых характеристик, внося минимальные изменения в геометрию поверхности, составляющую от 5% до 80% от общей площади поверхности, сохраняя массогабаритные характеристики материала практически неизменными, что является критически важным при расчете предельных механических нагрузок на несущие конструкции. При этом, как показано на рисунках 2-8 неоднородности могут иметь самую разнообразную геометрическую форму на поверхности ребер глубокой тисненной текстуры. В глубокую тисненную текстуру поверхности дорожки дополнительно могут быть внесены изменения, показанные на рис. 8, поскольку ребра (3) могут быть выполнены неодинаковыми по высоте при шероховатом рельефе верхней грани ребер, что улучшит противоскользящие свойства поверхности дорожки.
В одном из вариантов реализации заявленной полезной модели, показанном на (рис.9), заявленная кровельная пешеходная дорожка, содержащая прямоугольную пластину, может быть снабжена боковыми полосами, выполненными двумя литыми каналами (6) П-образной формы, расположенными вдоль обеих боковых полос, с выходными отверстиями с верхнего и нижнего краев пластины.
Пластина кровельной пешеходной дорожки также снабжена двумя сварными лепестками, которые видны на рис.1 и 9 в качестве продолжения боковых полос 4 на противоположных краях пластины (1), выходящих за габарит пластины.
При монтаже кровельной пешеходной дорожки производится укладка прямоугольных пластин (1) пешеходной дорожки по всей длине прямолинейного участка. С помощью стыковочных узлов (2) в виде полукруглых выступов и полукруглых впадин, образующих два стыковочных соединения «шип-паз» между соседними пластинами (1), производят выравнивание в прямую линию всех пластин (1) между собой. После чего с помощью сварных лепестков и ручного сварочного аппарата производится временная фиксация соседних элементов пластин (1) кровельной пешеходной дорожки между собой. В результате монтажа получают единую составную конструкцию с плавными переходами между полукруглыми выступами 2 и полукруглыми впадинами 3 стыковочного соединения «шип-паз». Также для фиксации направления пешеходной дорожки производится точечная прихватка к основанию мембранной кровли.
Далее, используя боковые гладкие полосы (4) вдоль каждой пластины (1) дорожки, на которой отсутствуют ребра (3) и сеть водоотводящих каналов, и применяя самоходный сварочный автомат, производят приварку прямолинейного участка пешеходной дорожки к кровельной мембране.
Самоходный сварочный аппарат устанавливается в начало прямолинейного участка дорожки и после выставления соответствующей погодным условиям и типу мембраны температуры сварки в полуавтоматическом режиме запускается процесс сварки по одной боковой стороне дорожки. В результате выполнения данной процедуры происходит формирование сварного шва шириной до 100 мм с одной из боковых сторон дорожки. Данную процедуру необходимо повторить со второй стороны дорожки.
Работа кровельной пешеходной дорожки заключается в следующем.
При температуре окружающей среды выше 0°С без воздействия осадков пешеходная дорожка служит распределителем нагрузки на кровельную мембрану, по своим физическим свойствам приближаясь к характеристикам самой мембраны, имея при этом повышенную износостойкость и прочность. За счет большей толщины материала и повышенной жесткости, по сравнению с мембранными покрытиями, пешеходная дорожка позволяет производить обслуживание технических сооружений и кровельной мембраны без повреждения последней.
При эксплуатации в условиях дождя за счет структуры рабочей поверхности с ребрами (3) кровельной пешеходной дорожки происходит самоудаление воды с ее поверхности. Угол расположения ребер (3) составляет 90 - 120° относительно друг друга соседних шевронных рядов, что приводит к формированию четко выраженных водоотводящих желобов от продольной оси дорожки к ее краям. Для водоотведения влаги из-под дорожки ее тыльная сторона снабжена сетью водоотводящих каналов и сквозных вертикальных отверстий (5).
При эксплуатации пешеходной дорожки в сложных климатических условиях возможны варианты:
При температуре окружающей среды ниже 0°С свойства пешеходной дорожки аналогичны свойствам кровельной мембраны, но за счет большей толщины материала, из которого сделана пешеходная дорожка, по сравнению с мембраной, достигается эффект повышенной стойкости к механическим воздействиям колюще-режущего характера.
Перед началом эксплуатации дорожки при обильном выпадении осадков необходимо провести с помощью ручного инструмента механическую очистку, которая производится при помощи щетки, метлы или пластиковой лопаты с закругленными углами (не допускается использование металлических лопат). С помощью вышеназванного инструмента надо очистить поверхность дорожки от снеговых масс. При использовании лопаты очистку произвести до краев поля с ребрами, после чего метлой или щеткой очистить ребра на всю длину их выступания от поверхности дорожки. При наличии специализированного механизированного инструмента можно провести механизированную очистку дорожки.
Наличие неоднородной структурой поверхности в виде геометрических фигур, образующих шероховатый рельеф на верхней грани ребер (3) приводит к появлению следующих физических эффектов.
1. Увеличение площади соприкосновения трущихся материалов. Наличие шероховатого рельефа на поверхности ребер, в зависимости от конфигурации, существенно увеличивает контактную поверхность, сохраняя при это, общие геометрические размеры самого изделия неизменными, или практически неизменными. При этом величина изменения площади определяется исключительно неоднородной структурой поверхности и количеством шероховатостей рельефа. Данные изменения приводят к увеличению силы трения.
2. Увеличение времени воздействия силы трения на трущиеся материалы. За счет того, что геометрия шага человека при ходьбе имеет сложную и разнонаправленную структуру, обуславливаясь большим количеством степеней свободы в суставах, наличие шероховатого рельефа между трущимися поверхностями подошвы и ребрами кровельной пешеходной дорожки позволяет увеличить время соприкосновения материалов, уменьшая вероятность проскальзывания в момент полного отрыва одной ноги и частичного отрыва второй, при смещении центра тяжести человеком в процессе ходьбы.
3. Распределение силы трения по разным направлениям. В виду сложной геометрии структуры шага человека, о чем говорилось выше, наличие шероховатого рельефа между трущимися поверхностями позволяет на некоторых этапах шага распределить силу трения по разным направлениям. Так как сила трения всегда направлена против направления движения, то при наличии гладкой поверхности существует только одна точка ее приложения. При наличии же шероховатого рельефа при одном и том же движении точек соприкосновения будет несколько и относительно каждой из них движение может иметь разное направление. Данное явление позволяет увеличить суммарный эффект силы трения.
4. Перераспределение нагрузок между силой трения покоя и силой трения скольжения. Наличие шероховатого рельефа на поверхности ребер создает точки локального упора трущихся материалов, оставляя вокруг себя подошву неподвижной вплоть до момента ее полного отрыва. Как известно сила трения покоя превосходит силу трения скольжения, наблюдаемую в местах соприкосновения трущихся материалов без неоднородностей.
Все вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что наличие локальных геометрических неоднородностей, образующих шероховатый рельеф на верхней грани ребер, составляющих часть от общей рабочей поверхности изделия, приводит к существенному улучшению противоскользящих характеристик всего изделия.
Для подтверждения данного факта в лаборатории был проведен эксперимент по определению предельного угла соскальзывания двух трущихся материалов, суть которого заключается в следующем:
На плоскую наклонную поверхность, угол наклона которой к горизонтали может меняться и задается исходя из задачи эксперимента, механически крепится исследуемое покрытие, в качестве которого выступает кровельная пешеходная дорожка. Для эксперимента выбиралось два варианта исполнения дорожки: с гладкой рабочей поверхностью ребер и с шероховатой поверхностью указанных ребер. Поверх исследуемого покрытия укладывается образец материала, силу трения которого об исследуемый образец необходимо оценить. В качестве такого образца использовалась подошва от обуви, сделанная из ПВХ композита и вулканизированного каучука. Далее плоскость с зафиксированным на ней образцом дорожки начинают поднимать за свободный, не зафиксированный к столу, выполняющему роль горизонтальной поверхности, конец, изменяя тем самым угол наклона поверхности по отношению к горизонтали. В момент, когда образец подошвы начинает соскальзывать с поверхности кровельной пешеходной дорожки, происходит замер угла наклона поверхности по отношению к горизонтали. Эксперимент повторяется многократно, а в качестве оценки силы трения выступает среднеквадратичное значение угла наклона. Сначала эксперимент проводился с кровельной пешеходной дорожкой, ребра которой имели гладкую рабочую поверхность, затем эксперимент повторяется, с кровельной пешеходной дорожкой с неоднородной структурой поверхности, выполненной на ребрах, на которые нанесен выпуклый рисунок (звездочки, зигзаги), образующий шероховатый рельеф.
Эксперимент показал, что среднеквадратичное значение угла наклона поверхности с зафиксированным на ней образцом исследуемой кровельной пешеходной дорожки с неоднородной структурой поверхности, выполненной на верхней поверхности ребер превышает среднеквадратичное значение угла наклона дорожки с гладкой рабочей поверхностью ребер на величину порядка 30%, что можно считать существенным улучшением противоскользящих свойств.