Композитная арматура

Область техники
Полезная модель относится к строительству, а именно, к композитной арматуре.
Уровень техники
Известно устройство стрежень композитной арматуры (Патент WO/2001/051730, МПК Е04С 5/07 (2006.01), Дата публикации 19.07.2001), выполненная в виде несущего стержня из нитей, пропитанная связующим с намоточным жгутом, стержень в поперечном сечении выполнен оваловидной формы.
Недостатком данного стержня композитной арматуры является недостаточная несущая способность.
Известно устройство арматура композитная (Патент RU №2287647 МПК E04C 5/07 (2006.01), Дата публикации 20.11.2006 Бюл. № 32), содержащая несущий стержень из высокопрочного полимерного материала, причем рельеф поверхности стержня создан обмоточным жгутом, при этом соотношение площадей сечений несущего стержня и обмоточного жгута находится в пределах от 3 до 25, обмоточный жгут в сечении имеет форму эллипса, большая ось которого расположена вдоль несущего стержня, а угол навивки составляет 30-70°.
Известное устройство имеет недостаточную несущую способность.
Наиболее близким устройством к заявляемой полезной модели является композитная арматура (Патент RU №190108 МПК Е04C 5/07 (2006.01), Дата публикации 18.06.2019 Бюл. № 17), включающая эллипсовидный сердечник из нитей ровинга пропитанных связующим и намотку, скрученную вокруг продольной оси, с твердостью выше сердечника, обмоточным жгутом имеющим в поперечном сечении форму эллипса, дополнительно пропитанного от контакта с сердечником и в сердечнике образована канавка вдавливанием жгута, причем величины осей эллипса сердечника композитной арматуры исполняют в пропорции с расчетными нагрузками по осям, длинную ось эллипсовидного сердечника совмещают с максимальным моментом сопротивления на арматуру в условиях ее пространственного позиционирования, меньшую ось эллипса обмоточного жгута в условиях его пространственного позиционирования вокруг сердечника располагают параллельно его продольной оси.
Рассмотренная композитная арматура имеет недостаточную несущую способность.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является повышение момента сопротивления для увеличения несущей способности композитной арматуры.
Технический результат достигается в устройстве композитная арматура, содержащем несущий стержень из высокопрочного полимерного материала, обмоточный жгут, скрученный вокруг продольной оси, с твердостью выше сердечника, дополнительно пропитанного от контакта с сердечником и в сердечнике образована канавка вдавливанием жгута, причем несущий стержень в поперечном сечении изготавливают в форме прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон, длинную ось которого совмещают с максимальным моментом сопротивления на арматуру в условиях её пространственного позиционирования, величины осей стержня в поперечном сечении композитной арматуры исполняют в пропорции с расчетными нагрузками по осям, обмоточный жгут в сечении выполняют в форме прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон, меньшую ось которого в условиях его пространственного позиционирования вокруг сердечника располагают параллельно оси несущего стержня.
Отличительными признаками полезной модели являются:
несущий стержень в поперечном сечении изготавливают в форме прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон, длинную ось которого совмещают с максимальным моментом сопротивления на арматуру в условиях её пространственного позиционирования, это даёт увеличение момента сопротивления арматуры по сравнению с другими геометрическими формами;
величины осей стержня в поперечном сечении композитной арматуры исполняют в пропорции с расчетными нагрузками по осям, что дополнительно увеличивает момент сопротивления композитной арматуры;
обмоточный жгут в сечении выполняют в форме прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон, меньшую ось которого в условиях его пространственного позиционирования вокруг сердечника располагают параллельно оси несущего стержня, это дает возможность учитывать геометрию арматуры в силовых нагрузках для периодического увеличения момента сопротивления по её длине;
Сравнение заявляемого решения с аналогами и прототипом не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение, это позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 приведена схема пространственного позиционирования поперечного сечения несущего стержня композитной арматуры в виде окружности и заявляемого устройства, на которой:
1 – вектор максимальной нагрузки на арматуру;
2 - поперечное сечение прутка арматуры заявляемого устройства в форме прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон;
3 – поперечное сечение прутка арматуры в форме круга;
4 – длинная ось заявляемого устройства, совпадающая с максимальной нагрузкой на арматуру в условиях её пространственного позиционирования;
5 – ось круга, не совпадающая с максимальной нагрузкой на арматуру;
6 – ось круга, совпадающая с максимальной нагрузкой на арматуру;
7 – короткая ось прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон не совпадающая с максимальной нагрузкой на арматуру;
На фиг. 2 изображена арматура композитная с рельефом поверхности сердечника, созданным обмоточным жгутом, в форме прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон, с расположением меньшей оси параллельно сердечнику, где: 2 - сердечник; 8 – обмоточный жгут.
Краткое описание таблиц
В табл. представлена взаимосвязь соотношения величин осей прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон и моментов сопротивления по главным центральным осям, взаимосвязь соотношения величин главных центральных осей эллипса и моментов сопротивления, а также взаимосвязь соотношения величин осей круга и моментов сопротивления по главным центральным осям круга по аналитическим данным источника [4], причем сравнительный анализ выполнен для стандартной площади круга и равных площадей ему других геометрических фигур. Моменты сопротивления по осям максимальной нагрузки увеличились: эллипса по сравнению с кругом 18 мм, в 1,305 раза, т. е. на 30% (см. Табл.), а прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон в 1,357 раза или 35,7%, это дает рост почти на 4%. Моменты сопротивления по оси минимальной нагрузки, в аналогичных условиях, уменьшились до 0,765 раза и 0, 832 раза или рост 8,7%. Суммарные моменты сопротивления по обеим осям увеличились соответственно в 1,0357 раза и 1,0952 раза, т. е. на 5,7%.
Осуществление полезной модели
Использование стержня композитной арматуры в форме прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон, длинная ось которого совпадает с максимальной нагрузкой на арматуру, увеличивает момент сопротивления такой арматуры по сравнению с круглой формой и эллипса, за счет повышения несущей способности геометрической формой и пространственным позиционированием ее в силовых нагрузках, см. табл.
Основным сырьем для производства композитной арматуры является стеклоровинг, базальторовинг, арамидоровинг и углепластикоровинг. Наилучшие показатели, характеризующие несущую способность композитной арматуры такие как: предел прочности при растяжении, модуль упругости при растяжении, предел прочности при сжатии, предел прочности при поперечном срезе, считают у углепластикоровинг [5]. Тем не менее, для всех материалов повышение несущей способности за счет изменения геометрической формы несущего стержня в поперечном сечении и пространственного позиционирования композитной арматуры в силовых нагрузках является эффективным.
Кроме ровинга для изготовления арматуры стеклопластиковой требуется: смолы; намоточный жгут (ровинг, который идет на обмотку стержня арматуры); спирт этиловый; ацетон; дициандиамид.
Технология производства композитной арматуры заключается в следующем:
Нити ровинга со специального устройства (шпулярника) поступают на механизм натяжения, в котором они располагаются в соответствующем порядке;
Скомпонованные в нужном порядке нити проходят стадию сушки и предварительного подогрева горячим воздухом;
Подогретый ровинг погружают в пропиточную ванную;
Из ванны материал протягивается через фильеры для получения заданной площади и формы в сечении сердечника 2 и обмоточного жгута 8 будущей арматуры;
После фильер нити поступают в обмоточник, формирующий стержень 2 арматуры с обмоткой в форме сечения мостового быка с закруглениями и меньшая ость поперечного сечения обмоточного жгута 8 располагается параллельно несущего стержня 2.
Подготовленная на обмоточнике арматура проходит в туннельную печь.
На входе в печь устанавливают узел, распределяющий по стержню песок. Если посыпка не предусмотрена, это устройство остается пустым. Туннельная печь предназначена для ускорения процесса полимеризации пропиточных смол;
Горячий жгут отправляется в охлажденную ванную, где под проточной водой он полностью охлаждается;
Непрерывный, охлажденный пруток пропускается через протягивающий механизм, на выходе из которого производится резка прутка согласно заданному размеру [6].
Профилирующая фильера может быть выполнена, например, в виде разъемной стальной конструкции, состоящей из двух прямоугольников с отфрезерованной и обработанной канавкой полу фигуры по длине каждой части, которые при смыкании образуют поверхность в виде прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон, соответствующей площади целевого устройства, приравненной к площади заданной окружности.
Композитная арматура с несущем стержнем, имеющим форму в поперечном сечении прямоугольника с закруглениями полуокружностями двух противоположных коротких сторон и длинную ось которого, совмещают с максимальной нагрузкой на арматуру, дает повышение несущей способности.
Источники информации
1. Патент WO/2001/051730, МПК Е04С 5/07, Дата публикации 19.07.2001;
2. Патент RU №2287647 МПК E04C 5/07 (2006.01), Дата публикации 20.11.2006 Бюл. № 32;
3. Патент RU №190108 МПК Е04C 5/07 (2006.01), Дата публикации 18.06.2019 Бюл. № 17;
4. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В.; отв. ред. Писаренко Г.С. - 2-е изд., перераб. и доп. - Киев: Наук, думка, 1988. - 736 с. (58, 74 с.);
5. Met-all.org [Электронный ресурс]. URL: http://metall.org/metalloprokat/ sortovoj/stekloplastikovaya-armatura-nedostatki-preimushhestva.html;
6. Промышленные материалы [Электронный ресурс]. URL: https://promresursy. com/materialy/proizvodstvo/oborudovanie/stanki-dlya-stekloplastikovoy-armatury.html.