АРМАТУРНЫЙ МОДУЛЬ

Область техники
Полезная модель относится к области строительства, а именно к конструкции армирующих элементов, используемых в различных строительных конструкциях - плитах перекрытий и стеновых плитах, а также в дорожном, промышленном и гражданском строительстве, в особенности, при возведении сооружений, подвергающихся действию повышенных знакопеременных динамических нагрузок.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известны различные конструкции арматурных каркасов, предназначенных для использования в различных строительных конструкциях, например, арматурный каркас, используемый в изобретении по авторскому свидетельству СССР №1731914 А1, опубликованному 1992, в котором стержни арматурного каркаса образуют друг с другом тетраэдры, причем ножки наклонных к основанию тетраэдра стержней, выходящих за плоскость основания, отогнуты нормально к плоскости основания для помещения в теплоизоляционный слой, а на одном из свободных концов наклонных стержней установлен пластмассовый колпачок с продольным отверстием на конце для пропуска соединяющего каркасы по вертикали круглого монтажного стержня с анкерующим уширением на его конце.
Недостатком данного технического решения является сложность его изготовления, что влечет за собой высокую себестоимость железобетонных изделий в целом.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является арматурный каркас, раскрытый в патенте RU 2338036, опубликованном 10.11.2008, выполненный в виде пространственной арматурной структуры, содержащей наклонно расположенные арматурные стержни, образующие в пространстве противоположно ориентированные октаэдры.
Среди недостатков известного арматурного каркаса можно выделить необходимость использования высокопрочного бетона и значительного количества арматурной стали для обеспечения восприятия эксплуатационных нагрузок, поскольку данный каркас не имеет неподвижных прочных узлов соединения стержней, препятствующих разрушению строительных конструкций от возникновения чрезмерных изгибающих нагрузок, обусловленных, например, изменением схемы внешнего воздействия на имеющую арматурный каркас строительную конструкцию. Такие изменения воздействия происходят, как правило, под воздействием внешних факторов, проявления стихии - землетрясения, ураганы, и т.п.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, достигаемый при реализации заявленной полезной модели, заключается в повышении пространственной жесткости конструкции, повышении характеристик изгибной прочности за счет перераспределения в конструкции действующих на нее нагрузок. Предлагаемый арматурный модуль высокотехнологичен, как в производстве, так и при его сборке непосредственно на объекте.
Указанный технический результат достигается тем, что арматурный модуль содержит верхний и нижний элементы, каждый из которых выполнен в виде решетки с ячеистой структурой с формой ячейки в виде равностороннего многогранника, по крайней мере, один средний элемент, выполненный в виде пространственной арматурной структуры, содержащей наклонно расположенные арматурные стержни, образующие в пространстве противоположно ориентированные равносторонние многогранные пирамиды, и узловые элементы, при этом число граней ячейки решетки соответствует числу граней пирамиды арматурной структуры. При этом, по крайней мере, один из элементов арматурного модуля или узловой элемент может быть выполнен монолитным, а, по крайней мере, часть узловых элементов может быть выполнена монолитной с арматурными стержнями среднего элемента и/или верхнего и/или нижнего элементов арматурного модуля.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что верхний и/или нижний и/или арматурные стержни среднего элемента арматурного модуля и/или узловые элементы могут быть выполнены из металла, или композитных материалов на основе базальта или углерода, или стеклопластика, или полимерных материалов, или полимерных материалов с армирующими добавками.
Кроме того, пространство между арматурными стержнями среднего элемента арматурного модуля может быть заполнено наполнителем, в качестве которого могут быть использованы бетон, или полимерные материалы, или полимерные материалы с армирующими добавками, или звукоизолирующие материалы, или теплоизолирующие материалы. Также в пространстве между арматурными стержнями среднего элемента арматурного модуля могут быть размещены трубы для коммуникаций, по крайней мере, часть из которых выполнена со смотровыми люками для обеспечения возможности монтажа или диагностики состояния коммуникаций, и/или могут быть размещены средства бесконтактного электромагнитного питания для осуществления питания, например, электромобилей, движущихся по транспортному полотну.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что верхний и/или нижний элементы арматурного модуля могут быть выполнены с возможностью крепления панелей, по крайней мере, часть узловых элементов может быть выполнена с возможностью соединения двух арматурных модулей, а, по крайней мере, часть арматурных стержней среднего элемента арматурного модуля может быть выполнена с выпусками для обеспечения контакта с омоноличивающим или подстилающим слоем.
Кроме того, арматурный модуль может быть снабжен средствами его обогрева, размещенными между арматурными стержнями среднего элемента арматурного модуля.
Предлагаемая конструкция арматурного модуля, применимого для строительства дорог, изготовления перекрытий, консолей, мостов, надземных переходов и пр., состоит из элементов, собранных по принципу, предпочтительно, тетраэдрических структур в единый блок. Заполнителем структур могут быть как обычные бетоны, так и пористые или пеноматериалы. В некоторых изделиях, таких как мосты, переходы и пр., заполнение может отсутствовать вовсе. Прочность конструкции определяется конструктивными особенностями арматурного модуля, его массгабаритными характеристиками и качеством сборки.
Основные свойства конструкций, изготовленных на основе арматурного модуля, следующие:
- прочность за счет самого арматурного модуля;
- распределение нагрузки равномерно по всей опорной площади конструкции вне зависимости от расположения прилагаемой нагрузки на верхнюю часть конструкции: будь то распределенная нагрузка по всей поверхности или же распределена только на поверхности одной ячейки;
- при консольной установке панели нагрузка распределяется также по всей площади консоли;
- гашение вибронагрузок внутри самой конструкции. Перечисленные свойства позволяют:
1. При строительстве дорог:
- изготавливать полотно дороги без стыковых швов. При этом концевые элементы панелей выполняются таким образом, что при сборке панелей друг с другом обеспечивается их полное слияние с образованием единой панели. В этой панели отсутствуют элементы арматуры, расположенные вдоль полотна дороги. Элементы арматуры в верхней и нижней части панели расположены под углом 120° и поперек дороги, что снимает проблему возникновения дополнительных нагрузок при перепадах температур.
- распределять вес всех автомобилей, находящихся на дороге равномерно по длине всей безстыковой трассы. Соответственно, удельный вес нагрузки на подстилающую основу (почву) определяется площадью опоры всей безстыковой конструкции, на вес всего транспорта, находящегося в данный момент на трассе.
- гасить вибрации, возникающие при движении транспорта внутри конструкции. Таким образом они не передаются на территорию, окружающую дорогу.
производить заливку бетона или иного заполнителя после сборки самой арматурной конструкции, предварительно обеспечив закладку в полотно дороги коммуникационных элементов.
- производить ремонтные работы и строительство тоннелей под полотном дороги без остановки движения.
- заливка бетоном арматуры обеспечивает ее сохранность в течении десятилетий, а прочность конструкции исключает образование колеи в местах наиболее интенсивного движения или прохождения тяжелого транспорта.
Совокупность данных свойств позволяет:
- резко уменьшить толщину подосновы под дорожное полотно;
- исключить проблему вибрации в зданиях, стоящих рядом с дорогой;
- снизить стоимость эксплуатации и ремонта дорог.
Все это резко повышает экологическую безопасность строительства и эксплуатации дорог и их экономичность.
2. При строительстве аэродромов:
- повысить прочностные характеристики взлетно-посадочных полос при снижении их стоимости.
3. При строительстве зданий и иных сооружений:
- снизить вес стеновых и потолочных панелей за счет использования более легких заполнителей;
- обеспечить сейсмоустойчивость зданий;
- использовать консольное строительство зданий на склонах.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид арматурного модуля в аксонометрии;
на фиг.2 представлены элементы арматурного модуля для сборки в аксонометрии;
на фиг.3 - арматурный модуль, вид сбоку;
на фиг.4 представлен узловой элемент арматурного модуля.
Вариант осуществления полезной модели
В плане арматурный модуль может быть выполнен в виде прямоугольника или многоугольника, предпочтительно, правильного шестиугольника. Форма модуля определяется расчетом и формой изделия, например дорожных плит, стеновых панелей и пр., которые собираются из нужного количества модулей
Арматурный модуль собирается из верхнего и нижнего элементов 1, каждый из которых выполнен в виде решетки с ячеистой структурой с формой ячейки в виде равностороннего многогранника и среднего элемента 2, выполненного в виде пространственной арматурной структуры, содержащей наклонно расположенные арматурные стержни 6, образующие в пространстве противоположно ориентированные равносторонние многогранные пирамиды. Элементы 1 и 2, в случае выполнения их из металла, композитных материалов на основе базальта или углерода, или стеклопластика, или полимерных материалов, или полимерных материалов с армирующими добавками, могут быть выполнены монолитными, например, методом литья, при этом одновременно выполняются соединительные 3 и узловые элементы, представляющие собой узловые стержни 4 на элементах 2 и узловые кольца 5 на элементах 1. Часть узловых стержней 4 среднего элемента 2 может быть выполнена более длинными, за счет чего они выполняют функции выпусков для обеспечения контакта с омоноличивающим или подстилающим слоем.
После сборки элементов 1 и 2 арматурного модуля, при которой узловые стержни 4 элемента 2 устанавливаются в отверстия узловых колец 5 элементов 1, и производят крепеж узла методом, приемлемым для материала, из которого изготовлены стержни. Например, при изготовлении стержней из полимерных материалов применяют метод оплавления верхней части соединительных стержней 4 элемента 2.
При этом остается некоторая часть свободы для перемещений в узле, что уменьшает возникновение чрезмерных изгибающих нагрузок, обусловленных, например, изменением схемы внешнего воздействия на имеющую арматурный каркас строительную конструкцию. Такие изменения воздействия происходят, как правило, под воздействием внешних факторов, проявлений стихии - землетрясений, ураганов, и т.п.
Дальнейшая сборка арматурных модулей зависит от назначения изделия в целом.
При изготовлении дорожной плиты собранные модули устанавливаются на подстилающую поверхность, при этом за счет соединительных элементов 3 обеспечивается сборка единого полотна из множества арматурных модулей по всей длине и ширине дороги. Далее производится, при необходимости, установка в пространстве между арматурными стержнями среднего элемента 2 арматурного модуля труб для коммуникаций, по крайней мере, часть из которых выполнена со смотровыми люками для обеспечения возможности монтажа или диагностики состояния коммуникаций; средств бесконтактного электромагнитного питания для осуществления питания, например, электромобилей, движущихся по транспортному полотну; средств обогрева и пр. После чего производится заливка бетоном по всей высоте модулей. При необходимости заливка увеличивается на толщину омоноличивающего слоя. При этом узловые стержни 4 элемента 2 могут быть выполнены такой длины, чтобы их можно было расположить как в подстилающем слое, так и в слое омоноличивающего бетона.
При изготовлении, например, стеновых панелей арматурный модуль устанавливается между омоноличивающими слоями, например, из древесно-стружечных плит. В плитах могут выполнены отверстия для узловых стержней 4 элемента 2. Далее производится, при необходимости, установка в пространстве между арматурными стержнями среднего элемента 2 арматурного модуля труб для коммуникаций, по крайней мере, часть из которых выполнена со смотровыми люками для обеспечения возможности монтажа или диагностики состояния коммуникаций; средств обогрева и пр. После чего производится заливка наполнителем. В качестве наполнителя могут быть использованы бетон, или полимерные материалы, или полимерные материалы с армирующими добавками, или звукоизолирующие материалы, или теплоизолирующие материалы.
При изготовлении, например, моста не требуется установка наполнителя, а в верхней части арматурного модуля устанавливается омоноличивающий настил.