Трубобетонная стойка

Полезная модель относится к строительству и может быть использована в качестве конструктивного элемента средней гибкости, работающего на сжатие с изгибом, например, в колоннах каркасных зданий и сооружений, в поясах мостовых ферм и др.
Одной из важнейших проблем производства строительных железобетонных конструкций, работающих на сжатие и на изгиб является изготовление оболочек стоек, которых наиболее часто используют металлическую трубу. Во многих случаях металл оболочки, как армирующий элемент, используется не в полной мере. Это приводит к нерациональному использованию металла и значительному увеличению первоначальной стоимости конструктивного элемента.
Известно техническое решение трубобетонной стойки сплошного сечения, в котором внутренняя полость металлической трубчатой оболочки заполняется полностью бетоном (US Patent Number 4, 783, 940 Date of Patent Nov. 15, 1988).
Недостаток указанного технического решения заключается в значительной потребности металла для оболочки стойки. Кроме того, при сжатии продольными силами стойки по указанному техническому решению, приложенными с эксцентриситетами к продольной оси происходит снижение несущей способности. В сжато-изогнутом конструктивном элементе появляются зоны растяжения, и бетон в этих зонах не работает.
Известна стойка элемент кольцевого сечения в виде заполненной бетоном колонны с двумя стальными трубами, установленными коаксиально (KR 200901108880 А, 2009). В указанном техническом решении внутренняя труба является арматурой, а диаметр внутренней оболочки значительно меньше наружного диаметра стойки.
Недостатком указанного технического решения является возможность образование растянутой зоны и появление в ней деформаций. Этот недостаток особенно существенен при знакопеременной периодической нагрузке стойки, что приводит к нарушению первоначальной структуры бетона в трубе и снижению несущей способности элемента в целом.
Известно техническое решение строительного конструктивного элемента в виде стойки, включающей предварительно напряженную трубчатую оболочку с торцевыми пластинами, внутри которой размещены продольная арматура и бетонное тело, причем продольная арматура выполнена в виде полой металлической трубы, установленной коаксиально, а бетонное тело размещено между металлической предварительно напряженной трубчатой оболочкой и продольной арматурой (Патент РФ на полезную модель №49861 U1, Е04С 3/36. 10.12.2005. Бюл. 34).
Недостатком представленного технического решения являются технологическая сложность изготовления трубобетонной стойки, а также необходимость применения металлической оболочки, что повышает первоначальную стоимость строительного элемента.
Известно техническое решение строительного конструктивного элемента в виде трубобетонной полой стойки кольцевого сечения (Патент РФ на полезную модель 120119 Е04С 3/69 10.09.2012 Бюл. №25), выполненный в виде полой трубобетонной стойки кольцевого поперечного сечения, состоящий из установленных коаксиально двух металлических оболочек разных радиусов и бетонного тела. В пространстве между металлическими оболочками установлены с равными центральными углами продольные полые металлические трубы-направляющие, через которые пропущены продольные стержни-анкеры для создания регулируемой величины предварительного напряжения сжатия, исключающего появления растянутых зон в бетоне, а бетонное тело размещено между металлическими оболочками и металлическими трубами-направляющими.
Недостатком указанного решения является необходимость использования металлических труб для оболочек, а также труб для пропуска арматурных стержней, а также размещение бетонной смеси между металлическими оболочками и между металлическими трубами-направляющими. Недостатком технического решения является то, что предварительное напряжение в сжатых элементах не эффективно.
Прототипом заявляемого технического решения является стойка (Tianyu Xie, Togay Ozbakkaloglu. Behavior of recycled aggregate concrete-filled basalt and carbon FRP tubes. Construction and Building Materials. 105 (2016) 132-143. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.12.068), оболочка которой выполнена из ткани с базальтовыми или углеродными волокнами.
Недостаток прототипа заключается в том, что стойка не воспринимает изгибающие усилия, возникающие при осевом сжатии с эксцентриситетом, так как у нее отсутствует адгизонное сцепление с бетонным стержнем.
Технический результат полезной модели заключается в улучшении работы стойки при внецентренном сжатии за счет интегрирования оболочки в единое целое с армированным бетонным стержнем посредством повышения адгезионного сцепления поверхности оболочки с цементным тестом бетонного стержня и армирующими элементами.
Технический результат достигается за счет того, что трубобетонная стойка, состоит из оболочки в виде замкнутой поверхности, в полости которой размещен армированный бетонный стержень. Оболочка выполнена из сетки, выполненной из базальтовых или углеродных волокон с размером ячейки с размером меньше или равным 20 мм, установленной симметрично своей продольной оси и пропитанной мелкозернистым бетоном с образованием защитного слоя на своей наружной поверхности толщиной от 20 до 40 мм. Бетонный стержень армирован сетками из базальтовых или углеродных волокон с размером ячейки от 25 до 150 мм, выполненными в виде замкнутых поверхностей, продольные оси которых совпадают с продольной осью оболочки. Расстояния между сетками составляют от 25 до 150 мм. Сетки закреплены в рабочем положении посредством стержней-фиксаторов, установленных в поперечном сечении армированного бетонного стержня перпендикулярно продольной оси оболочки на расстоянии меньшем или равном 400 мм друг от друга. Стержни-фиксаторы выполнены из того же материала, что и сетки армированного бетонного стержня. Стержни-фиксаторы установлены в полости оболочки на расстоянии от 20 до 40 мм от наружных поверхностей торцов. Стрежни-фиксаторы соединены с сетками посредством вязальных элементов, выполненных из базальтового или углеродного волокна.
Обоснование отличительных признаков.
Оболочка выполнена из сетки, состоящей из базальтовых или углеродных волокон с размером ячейки, равным или меньше 20 мм. Это позволяет обеспечить пропитку сетки мелкозернистым бетоном с образованием защитного слоя на ее наружной поверхности. Базальтовые или углеродные волокна характеризуются хорошей адгезионной способностью по отношению к цементному тесту, а также необходимой для инженерных целей прочностью. Если размер ячейки будет больше 20 мм, то не будет эффективного вовлечения мелкозернистого бетона оболочки в работу всей стойки. Сетка установлена симметрично своей продольной оси с образованием защитного слоя на своей наружной поверхности толщиной от 20 до 40 мм. Симметричность установки сетки необходима для обеспечения наиболее равномерного включения армированного бетонного стержня в работу стойки. Нижняя граница защитного слоя на наружной поверхности оболочки обусловлена тем, что она соответствует условиям эксплуатации в нормальных условиях. Верхняя граница соответствует значению для работы в условиях грунта. Бетонный стержень армирован сетками из базальтовых или углеродных волокон с размером ячейки от 25 до 150 мм, выполненными в виде замкнутых поверхностей, продольные оси которых совпадают с продольной осью оболочки. Такое решение позволяет создать условия для включения в работу оболочки и армированного бетонного стержня как единого целого. Нижняя граница размера ячейки обусловлена тем, что при меньшем значении наименьшие частицы крупного заполнителя бетонной смеси не смогут пройти сквозь ячейку, что не позволит обеспечить ее адгезию и эффективное вовлечение в работу оболочки и армированного бетонного стержня как единого целого. Верхняя границы обусловлена тем, что при большем значении размера ячейки будет выпучивание армирующих волокон сетки.
Сетки закреплены в рабочем положении посредством стержней-фиксаторов, установленных в поперечном сечении армированного бетонного стержня перпендикулярно продольной оси оболочки на расстоянии меньшем или равном 400 мм друг от друга. Стержни-фиксаторы предназначены для поддержки формы сеток при укладке бетонной смеси. Если величина расстояния между стержнями-фиксаторами будет больше, чем 400 мм, то под воздействием укладываемой бетонной смеси будет выпучивание соединяемых ими сеток, и формирование армированного бетонного стержня будет невозможным. Для обеспечения одинаковых условий работы всех элементов стоки стержни-фиксаторы выполнены из того же материала, что и сетки армированного бетонного стержня. Стержни-фиксаторы установлены в полости оболочки на расстоянии от 20 до 40 мм от наружных поверхностей торцов. Если расстояние от наружных поверхностей стойки будет меньше, чем 20 мм, то стержни-фиксаторы не будут полностью покрыты бетонной смесью и защитный слой будет неэффективен. Если расстояние до торца будет больше 40 мм, то в процессе формирования армированного бетонного стержня под воздействием укладываемой бетонной смеси базальтовые или углеродные сетки будут отгибаться, что приведет к снижению качества армирования и уменьшению эффективности работы трубобетонной стойки. Стрежни-фиксаторы соединены с сетками посредством вязальных элементов, выполненных из базальтового или углеродного волокна для того, чтобы обеспечить геометрическую неизменяемость сеток в процессе формирования армированного бетонного стержня. Материал для вязальных элементов предусмотрен таким же, из которого выполнены сетки, так как это позволяет создавать одинаковые условия работы материала армирования и бетона.
Сущность полезной модели представлена на иллюстрациях. На фиг. 1 представлена схема трубобетонной стойки. На фиг. 2 представлен поперечный разрез трубобетонной стойки.
Трубобетонная стойка состоит из оболочки 1 в виде замкнутой поверхности, выполненной из сетки 2, состоящей базальтовых или углеродных волокон 3. Оболочка 1 выполнена из мелкозернистого бетона с образованием защитного слоя 4 на наружной поверхности сетки 2. В полости оболочки 1 размещен бетонный стержень 5, армированный сетками 6, состоящей базальтовых или углеродных волокон 7. Сетки 6 по продольной оси соединены между собой стержнями-фиксаторами 8 с образованием защитного слоя 9 в торцах стойки. Сетки 6 соединены со стержнями-фиксаторами 9 посредством вязальных элементов 10, выполненных из того же материала, что и сетки.
Трубобетонная стойка работает следующим образом. В предварительно установленную опалубку замкнутого типа установлена сетка 2 в виде замкнутой поверхности, выполненная из базальтовых или углеродных волокон 3. После этого указанные элементы пропитаны смесью мелкозернистого бетона с образованием защитного слоя 4 на наружной поверхности сетки 2. После затвердевания мелкозернистой бетонной смеси пропитанная ею секта преобразуется в оболочку 1. В полости оболочки 1 установлены сетки 6, выполненные из базальтовых или углеродных волокон 7 и соединенные между собой на проектном расстоянии друг от друга стержнями-фиксаторами 8 посредством вязальных элементов 10. После установки указанных элементов оболочку заполняют бетонной смесью так, чтобы на торцах трубобетонной стойки был образован защитный слой 9. После затвердения и набора прочности бетонная смесь, армированная сетками 2 преобразуется в армированный бетонный стержень, а общее техническое решение превращается в трубобетонную стойку.
Совокупность признаков по заявляемому техническому решению позволяет существенно улучшить работу стойки при внецентренном сжатии за счет интегрирования оболочки в единое целое с армированным бетонным стержнем посредством повышения адгезионного сцепления поверхности оболочки с цементным тестом бетонного стержня и армирующими элементами.