EA018421B1 - Легкие несущие конструкции, армированные элементами сердечника, выполненными из сегментов, и способ бетонирования таких конструкций - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к легкой несущей конструкции, армированной элементами (2) сердечника из прочного материала, составляющими одну или несколько зон сжатия или растяжения в конструкции, подлежащей бетонированию, при этом сердечник (2) окружен материалом менее прочным, чем материал сердечника (2), или примыкает к нему, причем сердечник (2) выполнен из сегментов (1) элементов (2) сердечника, собранных посредством одного или нескольких напрягаемых элементов (4). Изобретение дополнительно относится к способу бетонирования легких несущих конструкций, армированных элементами (2) сердечника из прочного материала, составляющими одну или несколько зон сжатия или растяжения в конструкции, подлежащей бетонированию, при этом сердечник (2) окружен материалом менее прочным, чем материал сердечника (2), или примыкает к нему, причем сердечник (2) выполнен из сегментов (1) элементов (2) сердечника, собранных и удерживаемых вместе посредством одного или нескольких напрягаемых элементов (4).

Description

Изобретение относится к легким несущим конструкциям, армированным элементами сердечника, с сердечником из прочного материала, составляющим одну или несколько зон сжатия или растяжения в конструкции, подлежащей бетонированию, при этом сердечник окружен материалом с прочностью меньше, чем у сердечника, или является примыкающим к такому материалу, при этом сердечник выполнен из сегментов элементов сердечника, собранных посредством одного или нескольких напрягаемых элементов.

Ранее минимальные конструкции уже применялись для больших мостов, но оказалось, что они требуют множества вспомогательных конструкций и поэтому почти невозможно выполнить реальные минимальные конструкции для конструкций среднего и малого размера, как в зданиях и помещениях.

В разное время пробовали различные решения для создания бетонных конструкций.

Одним хорошо известным способом является армирование бетона с применением стержней, проволочной арматуры или стальных профилей для восприятия растяжения и среза в армированных бетонных конструкциях.

Другой способ состоит в объединении прямолинейных горячекатаных стальных профилей и тяжелого бетона в композитные конструкции или выполнении многослойных плит со стальными арматурными стержнями или решеткой в зоне растяжения или со стальными пластинами в качестве растянутого или сжатого слоев.

Из РК 2878877 А1 известен блок опалубки, где ряд блоков заливают бетоном для выполнения стены, и стены служат постоянной опалубкой. Блоки также можно поместить на плоскую тонкую железобетонную балку, несущую блоки при бетонировании так, что они могут образовывать стену над проемом.

Данные блоки не взаимодействуют с окружающим стабилизирующим легким материалом, не используются в качестве армирования для более крупной конструкции и не очерчивают напрягаемые последующим натяжением сегменты зон сжатия или растяжения любой формы, подлежащие стабилизации посредством легкого окружающего материала.

В данных способах применяют армирующие стержни или профили для зон растяжения или сжатия в элементах из армированного бетона.

Вместе с тем, профили являются в основном прямолинейными или плоскими, и только проволочное армирование обеспечивает оптимальное конструктивное исполнение зон растяжения в целом. Ни один из способов не обеспечивает оптимального конструктивного исполнения зон сжатия.

Стало возможным использование конструкций из высокопрочного бетона в проектировании конструкций. Вместе с тем, сжатые сечения в конструкциях из высокопрочного бетона по требованиям устойчивости должны быть больше и поэтому тяжелее, чем требуется по условиям прочности на сжатие.

Сжатое сечение, такое как в колонне или стойке из прочного материала типа высокопрочного бетона, должно стремиться к прогибу или потере устойчивости при продольном изгибе, когда давление приложено к концам стойки, если сечение стойки недостаточно большое.

Когда такая стойка сжата с приложением давления на концах, должно возникать перемещение стойки в направлении, поперечном продольной оси стойки. Если поперечное перемещение такой стойки увеличивается, это должно влиять на устойчивость стойки.

Другим недостатком в использовании высокопрочного бетона является тенденция к взрывному выкрашиванию при температурах вблизи критической точки для пара 374°С, и несколько других прочных материалов нельзя использовать при высоких температурах.

Дополнительно минимальные конструкции применяют для мостов с арками, работающими на сжатие, выполняемыми в дорогой опалубке, следующими эпюрам изгибающих моментов и с приложением нагрузки к аркам от настила мостов стержнями, работающими на растяжение под аркой или колоннами над ней.

Преднапряженные бетонные конструкции применяют, например, в балках с сечением в виде двух стоящих рядом букв Т для больших пролетов в промышленных сооружениях и торговых залах. Данные балки представляют вполне оптимальное использование тяжелого армированного бетона. Вместе с тем, сверхлегкие конструкции с концентрированными зонами сжатия и растяжения, заделанными в легкий материал, могут значительно улучшать параметры в отношении габаритов конструкции и длины свободного пролета несущей конструкции.

В некоторых конструкциях из преднапряженного железобетона траектория напрягаемых тросов может следовать за изменением нагрузки от изгибающего момента. Здесь оптимизируют зону растяжения, но не зону сжатия. В целом сечение является сжатым и не испытывающим растрескивания и поэтому вносит вклад в жесткость, противостоящую изгибу. При этом зона сжатия сама стабилизируется. В изобретении устойчивость создается легким материалом, находящимся в контакте с зоной сжатия или окружающим ее, и дополнительно зона сжатия формируется как элемент сердечника, состоящий из сегментов материала подходящей прочности на сжатие, такого как высокопрочный бетон, защищенный легким материалом.

Сегменты элементов сердечников должны быть выполнены из прочного материала. Подходящим материалом может являться экструдированный высокопрочный бетон с волоконным армированием или без него для улучшения пластичности, обычный тяжелый бетон, или керамзитобетон, но любые другие

- 1 018421 материалы можно использовать, если их прочность достаточна, и они имеют соответствующие другие качества, требуемые для работы в конкретной конструкции. В качестве одного примера, если пожар не является фактором риска или воздействие огня можно достаточно уменьшить легким материалом, материалы на основе углеродных волокон могут быть предложены для сегментов сердечника для создания еще более легких конструкций.

Другие виды бетона можно использовать при условии достаточной прочности.

Конструкции выполняют из преднапряженного железобетона в основном для уменьшения прогибов. Прогибы обычно уменьшают, создавая конструкции с преднапряженным армированием проволочной или стержневой арматурой, которая действует, прикладывая усилие сжатия к бетонному сечению в целом. Под воздействием изгиба в сечении сжатие прикладывается с одной стороны и растяжение с противоположной. Растяжение от изгибающего момента снимает сжатие от преднапряжения вместо создания растягивающих напряжений и образования трещин в зоне растяжения, которые могли бы иметь место в армированной бетонной конструкции без преднапряжения. Сечение при этом не уменьшается образованием трещин и должно сохранять свою максимальную изгибную жесткость, уменьшающую прогибы от меняющейся нагрузки. Кроме того, напрягаемую арматуру можно располагать по траектории, где усилие преднапряжения должно приводить к прогибу, противоположному прогибу конструкции от ее собственного веса, и результатом может являться полное устранение прогиба.

Одной причиной невозможности, в общем, преднапряжения конструкции из мягких материалов типа легкого бетона является ползучесть данных материалов в случае приложения усилий преднапряжения, вызывающая непрерывные прогибы и потерю преднапряжения.

С помощью изобретения становится возможным создание, например, преднапряженной конструкции из легкого бетона с пролетом гораздо больше, чем в конструкции с арматурой без преднапряжения из легкого бетона или с преднапряженной арматурой из тяжелого железобетона.

Дополнительное преимущество состоит в том, что является возможным создание преднапряженных зон растяжения в конструкциях, выполненных из мягких материалов, таких как легкий бетон, с предотвращением ползучести, уменьшением образования трещин, больших деформаций конструкции и защитой арматурной стали, например, от коррозии, ударной нагрузки и огня.

Изобретение дополнительно создает новую простую возможность установления зон сжатия для сверхлегких конструкций посредством применения, например, сборных деталей из прочного материала, которые преднапрягают до выполнения бетонирования из мягкого материала вокруг них или с примыканием к ним.

Изобретение делает возможным бетонирование сверхлегких несущих конструкций с оптимизированной формой зоны сжатия посредством создания арок, работающих на сжатие, или преднапряженных зон растяжения, образованных сегментами элементов сердечников, подлежащих бетонированию в легкий материал для взаимодействия с ним.

При выполнении зон сжатия из элементов сердечника, например, выполненных из высокопрочного бетона, является возможным выполнение элементов преднапряженных строительных конструкций почти любой формы.

Такие элементы сердечников можно выполнять в виде сегментов различных форм и различной длины.

Изобретение направлено на охват всех аспектов придания формы сегментам элементов сердечников, соответствующим вариантам осуществления, упомянутым выше, таким способом, что некоторые сегменты элементов сердечников могут иметь различную форму и/или длину и одновременно некоторые другие сегменты элементов сердечников могут иметь одинаковую форму и/или одинаковую длину.

Часто является предпочтительным уменьшать потерю преднапряжения и уменьшать поперечные напряжения от приложения нагрузок, если отверстия или каналы для напрягаемого элемента в элементах сердечников являются криволинейными без острых кромок или сегменты в целом, включающие в себя отверстия или каналы, являются криволинейными.

Сегменты именуются в описании сегментами элементов сердечников, при этом сегменты могут иметь любой подходящий размер и форму для использования согласно изобретению.

Данное получено усовершенствованием несущей конструкции как прочного каркаса, включенного в мягкий материал, где каркас сконструирован из сегментов элементов сердечника с подходящей прочностью на сжатие, таких как элементы из прочного бетона, керамики или высокопрочного бетона с волоконным армированием или без него, и примененных в качестве одной или нескольких зон сжатия или растяжения. Сегменты элементов сердечника созданы вдоль одной или нескольких зон сжатия или растяжения в конструкции, подлежащей бетонированию, окружаемой частично или полностью бетоном меньшей прочности, чем у бетона сердечников.

Если сердечник, выполненный из сегментов элементов сердечника, предназначен работать в зоне сжатия, преднапряжение предусматривают наименьшим возможным для создания сердечника устойчивым и самонесущим, до его бетонирования в сверхлегкую конструкцию, где он может работать на сжатие.

Если сердечник, выполненный из сегментов элементов сердечника, предназначен работать в зоне

- 2 018421 растяжения, преднапряжение предусматривают достаточно большим для нейтрализации максимальной силы растяжения, снимаемой нагрузкой сжатия сегментов сердечника.

Сегменты элементов сердечников могут включать в себя одну или несколько зон армирования в форме одного или нескольких каналов, отверстий или канавок, проходящих через сегменты элементов сердечника.

Каналы, отверстия или канавки далее именуются отверстиями, поскольку любой вид канала или т.п., проходящий внутри или вдоль сегмента элемента сердечника, можно использовать как направляющую для напрягаемого элемента.

Отверстие или отверстия для напрягаемого элемента или элементов проходит, по существу, параллельно внешней поверхности сегмента элементов сердечника.

При сборке элементов в некоторую форму является возможным использование сегментов элементов сердечников с различным числом отверстий. Такое возможно, например, если один или несколько сегментов элементов сердечника снабжены средством соединения напрягаемых элементов в элементе сердечника или с примыканием к нему.

Данного достигают согласно изобретению в легкой несущей конструкции, армированной элементами сердечника, с сердечником из прочного материала, составляющим одну или несколько зон сжатия или растяжения в конструкции, подлежащей бетонированию, при этом сердечник окружен материалом менее прочным, чем материал сердечника, или является примыкающим к нему, где сердечник выполнен из сегментов элементов сердечника, собранных посредством одного или нескольких напрягаемых элементов, и где один или несколько сегментов элемента сердечника имеют по меньшей мере один конец, проходящий под углом, отличающимся от 90° в продольной оси, проходящей через элементы сердечника.

Для обеспечения соединения между двумя сегментами элементов сердечника, где силы передаются надлежащим образом, один или несколько сегментов элемента сердечника имеют по меньшей мере один конец, проходящий, по существу, под углом 90° к продольной оси, проходящей через элементы сердечника.

Концы или по меньшей мере один конец сегмента могут содержать одну или несколько, по существу, плоских поверхностей.

В другом варианте осуществления данное выполняют посредством одного или нескольких сегментов элемента сердечника, являющихся криволинейными сегментами.

В дополнительном варианте осуществления один или несколько сегментов элемента сердечника снабжены одним или несколькими отверстиями для направления одного или нескольких напрягаемых элементов.

Для дополнительного обеспечения надлежащей передачи сил между сегментами элементов сердечника отверстие или отверстия для напрягаемого элемента или элементов проходят, по существу, параллельно внешней поверхности сегмента элементов сердечника.

Для обеспечения возможности создания некоторого типа решетки или сетки элемент сердечника можно снабдить рядом отверстий на стороне элемента сердечника для соединения с концами других сегментов элементов сердечника и образования, при этом, узлового сегмента.

В другом варианте осуществления узловой сегмент можно выполнить, выпуская соединения для напрягаемых элементов для элементов сердечника на его сторонах.

В другом варианте осуществления конструктивные элементы, такие как элементы настила или плиты с заделанной цепной арматурой, можно соединять, создавая напрягаемые элементы, проходящие через стороны заделанных сегментов элементов сердечника, или посредством отдельных элементов сердечника, заделанных для этого.

В другом варианте осуществления сегмент элемента сердечника, образующий узловой сегмент, выполнен в форме буквы Υ или крестовины с рядом ветвей, отходящих от корпуса элемента сердечника, или рядом граней, при этом каждая ветвь или грань выполнена для соединения с концевой поверхностью сегмента элемента сердечника или соединения с другим узловым сегментом.

Для защиты отверстия или отверстий для направления одного или нескольких напрягаемых элементов от износа и обеспечения более равномерного распределения сил при натяжении сердечника одно или несколько отверстий для направления одного или нескольких напрягаемых элементов снабжают слоем покрытия.

В варианте осуществления одно или несколько отверстий со слоем покрытия или без него для направления одного или нескольких напрягаемых элементов заполняют цементом.

После затвердевания цемент должен обуславливать изоляцию отверстий и обеспечивать передачу сил между напрягаемыми элементами и элементом сердечника. Дополнительно, он создает тепловую защиту и защиту от коррозии напрягаемого элемента в дополнение к тепловой защите и защите от коррозии, создаваемой покрытием соединенных сегментов элементов сердечника бетоном меньшей прочности, чем у бетона элементов сердечников.

Цемент может действовать как смазка некоторого вида во время вставления напрягаемых элемен

- 3 018421 тов.

Для гарантии того, что напрягаемый элемент или элементы остаются в преднапряженном состоянии, одно или несколько отверстий для направления одного или нескольких напрягаемых элементов снабжены удерживающим средством для удержания одного или нескольких напрягаемых элементов в преднапряженном состоянии.

Такое удерживающее средство может являться любым известным удерживающим средством, таким как клинья, гайки или т.п.

Указанное выше дополнительно достигается способом, где сердечник сконструирован из сегментов элементов сердечника, собранных и удерживаемых вместе посредством одного или нескольких напрягаемых элементов.

В варианте осуществления способа натяжение прикладывают к элементам сердечника применением одного или нескольких напрягаемых элементов через одно или несколько отверстий в элементах сердечника, при этом одно или несколько отверстий направляют один или несколько напрягаемых элементов, одно или несколько отверстий заполняют цементом до или во время преднапряжения одного или нескольких напрягаемых элементов.

В другом варианте осуществления способа натяжение прикладывают к элементам сердечника применением одного или нескольких напрягаемых элементов через одно или несколько отверстий в элементах сердечника, при этом одно или несколько отверстий направляют один или несколько напрягаемых элементов, одно или несколько отверстий заполняют цементом после преднапряжения одного или нескольких напрягаемых элементов.

С самонесущими элементами сердечника, созданными изобретением, возведение лесов можно уменьшить или исключить.

Данное достигается для зон сжатия и/или зон растяжения, образованных преднапряженными сегментами элементов сердечника, оборудованием их частями опалубки или опалубочной тканью для бетонирования окружающего или примыкающего материала, менее прочного, чем материал сердечника.

Альтернативно, примыкающий стабилизирующий материал меньшей прочности можно бетонировать на элементах сердечника до их сборки посредством преднапряжения, так что элемент сердечника и стабилизирующий материал образуют предварительно изготовленный блок для сборки с другими блоками или другими предварительно изготовленными блоками посредством преднапряжения.

Такие предварительно изготовленные блоки могут, например, являться блоками стен или оболочки или блоками для каркасных зданий.

В качестве специального примера хорошо известно, что большую площадь пола, например для офисного ландшафта, можно устанавливать посредством блоков плит перекрытия, перекрывающих пролеты между балками, опирающимися на колонны по сторонам площади пола. Если блоки плит перекрытия снабжены одним или несколькими сегментами элементов сердечников поперек их основного направления опирания преднапряжение элементов сердечника делает возможным сборку плиты перекрытия для составления балки, нагружающей колонны по сторонам, вместо несения блоков плит на отдельных балках.

С помощью изобретения является возможным образование зон сжатия или растяжения из сегментов элементов сердечника из прочного бетона на заводе или на строительной площадке, где изготавливают укрупненные несущие конструкции. На заводе или на стройплощадке прочный бетонный элемент сердечника или элементы помещают в опалубку, или, альтернативно, опалубку несет сердечник, и затем изготавливают несущую конструкцию бетонированием легкого материала, при этом прочный бетонный элемент сердечника или элементы полностью или частично окружает легкий материал.

Также возможно заводское изготовление готовых блоков элементов сердечников с легким материалом для сборки на строительной площадке или на заводе, производящем более крупные подземные части сооружения.

Изобретение делает возможным придание конструкции внешней формы, поддерживающей варианты применения или строительные конструкции, такой, что можно прикладывать нагрузку, и обеспечивающие возможность включения конструкции в состав, например, крыш, стен, настилов, туннелей, мостов, фундаментов, кораблей, барж, морских сооружений или любой другой конструкции.

Изобретение делает возможным защиту зон сжатия или растяжения от механического ударного воздействия.

Изобретение делает возможным защиту зон сжатия от огня. Огонь является особой проблемой для высокопрочного бетона, поскольку существует риск взрывного выкрашивания и ряда серьезных повреждений, вследствие выкрашивания конструкции, выполненной из высокопрочного бетона. Выкрашивание является основным препятствием для применения высокопрочного бетона. Изобретение дает возможность использования обычного пористого бетона, но высокопрочный бетон должен быть предпочтительным в некоторых случаях, и изобретение дает возможность решения проблемы выкрашивания, например, обеспечивая нагрев бетона до температуры не выше предела вблизи критической температуры для воды 374°С, где возникают проблемы выкрашивания. Данное может, например, быть достигнуто заделкой высокопрочного бетона в легкий бетон легкой несущей конструкции, где легкий материал действует

- 4 018421 в качестве теплоизоляции сердечника.

Если легкий материал создает достаточный уровень огнезащиты, или если огонь не является проблемой для конструкции, другие прочные материалы для сегментов элементов сердечника можно также рассматривать, например материалы на эпоксидной основе, армированные углеродными волокнами.

Альтернативно можно применять огнестойкие материалы достаточно высокой прочности, такие, например, как керамика, кирпич, камень, фаянс или пористый бетон.

При этом достигается возможность минимизирования количества прочных и часто тяжелых материалов для зон сжатия или растяжения, поскольку легкие материалы могут обеспечивать следующее:

делать возможным придание зонам сжатия и/или растяжения оптимальных форм и схем, делать зоны сжатия устойчивыми к прогибу и потере устойчивости при продольном изгибе, объединение зон сжатия с другими частями, включающими в себя зоны растяжения, если имеются, придание конструкции внешней формы, поддерживающей варианты применения, защиту зон сжатия и зон растяжения от механических ударных воздействий и защиту зон сжатия и растяжения от огня.

Материалы для зон сжатия часто в 3-5 раз тяжелее и в 3-10 раз прочнее легких материалов. Применение принципа делает возможным создание конструкций, которые в 2-4 раза легче, чем традиционные бетонируемые конструкции.

Изобретение позволяет получать большие пролеты и большие расстояния между колоннами.

Минимальные конструкции, где положения зон сжатия и растяжения оптимизированы по отношению к нагрузкам, до настоящего времени являлись сложными и часто невозможными для выполнения, поскольку упомянутые функциональные требования не было возможности выполнить на практике, особенно в конструкциях малого и среднего размера.

Данная технология делает минимальные конструкции более применимыми для зданий.

Данная технология делает высокопрочный бетон и другие прочные материалы более применимыми для зданий.

Варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на чертежи, где показано следующее:

на фиг. 1 - примеры сегментов элементов сердечника с напрягаемыми элементами, оборудованными в одном или нескольких отверстиях или каналах;

на фиг. 2 - пример зоны растяжения преднапряженного криволинейного сердечника, собранного из сегментов элементов сердечника;

на фиг. 3 - пример криволинейным сердечником зоны сжатия сердечника и прямолинейным - зоны растяжения;

на фиг. 4 - пример балки с криволинейным сердечником зоны сжатия сердечника и прямолинейным сердечником зоны растяжения;

на фиг. 5 - пример сетки преднапряженных сердечников для оболочки.

Ниже описаны подробно различные варианты осуществления изобретения.

Изобретение получено усовершенствованием несущей конструкции как прочного каркаса, включенного в мягкий материал, где каркас выполнен из сегментов 1 элементов 2 сердечника с подходящей прочностью на сжатие, таких как элементы из прочного бетона, керамики или высокопрочного бетона с волоконным армированием или без него, и примененных в качестве одной или нескольких зон сжатия или зон растяжения. Сегменты 1 элементов 2 сердечника созданы вдоль одной или нескольких зон сжатия или растяжения в конструкции, подлежащей бетонированию, окруженные, частично или полностью, бетоном меньшей прочности, чем у бетона сердечников.

Сегменты 1 именуются в описании сегментами 1 элементов 2 сердечника, данные сегменты 1 могут иметь любой подходящий для использования размер и форму. В изобретении устойчивость создает легкий материал, находящийся в контакте с зоной сжатия или окружающий ее, и дополнительно зона сжатия сформирована как элемент 2 сердечника, состоящий из сегментов 1 материала подходящей прочности на сжатие, такого как высокопрочный бетон, защищенный легким материалом.

Сегменты 1 элементов 2 сердечника могут включать в себя одну или несколько зон армирования в форме одного или нескольких каналов, отверстий или канавок 3, проходящих через сегменты 1 элементов 2 сердечника.

Каналы, отверстия или канавки 3 далее в документе именуются отверстиями 3, поскольку канал любого вида или т.п., проходящий внутри или вдоль сегмента 1 элемента 2 сердечника, можно использовать как направляющую для напрягаемого элемента 4.

Отверстие или отверстия 3 для элемента или напрягаемых элементов 4 проходят, по существу, параллельно внешней поверхности сегмента 1 элемента 2 сердечника.

В варианте осуществления изобретения каждый сегмент 1 элемента 2 сердечника выполнен и имеет форму, увязанную с местом в конструкции, где сегмент 1 устанавливают.

В другом варианте осуществления изобретения сегменты 1 элементов 2 сердечника выполнены как модульные элементы. При этом является возможным монтаж конструкции из элементов 2 сердечника, взятых из каталога. Другими словами, является возможным изготовление сегментов 1 элементов 2 сердечника стандартных форм и размеров.

- 5 018421

В другом варианте осуществления сегменты 1 элементов 2 сердечника скомбинированы таким способом, что является возможным конструирование элементов 2 сердечника с изгибом в двух или трех измерениях. Данное достигается использованием криволинейных элементов или созданием по меньшей мере одного конца 5 сегмента сердечника с плоскостью, проходящей под углом, отличающимся от 90° к продольной оси в направлении нормальной силы, действующей между элементами сердечника. Посредством объединения сегментов 1 сердечника, имеющих концы 5, по существу, под углом 90°, с сегментами 1, имеющими концы 5, выполненные с наклонной поверхностью или посредством применения криволинейных сегментов 1, возможно создание элементов 2 сердечника, проходящих в двух или трех измерениях.

Концы 5 или по меньшей мере один конец 5 сегмента 1 могут содержать одну или несколько, по существу, плоских поверхностей.

Сегменты 1 элементов 2 сердечника могут иметь стандартизированную длину, индивидуальную длину и длину, модифицированную для конструкции здания.

Данное также применимо к длине сегментов 1 элементов 2 сердечника, вне зависимости от исполнения их концов 5 наклонными или, по существу, перпендикулярными к продольным осям элементов 2 сердечника.

Во многих случаях наиболее удобна малая длина последних. Данное может упрощать создание изгибов элемента 2 сердечника.

Также возможно использование криволинейных сегментов 1 элементов 2 сердечника или имеющих концы 5, наклоненные под различными углами. При этом является возможным объединение, например, двух сегментов 1 элементов 2 сердечника в 15° и одного сегмента 1 элемента 2 сердечника в 20° для применения перегиба в 50° элемента 2 сердечника.

В вариантах осуществления, где сегменты 1 элементов 2 сердечника созданы с несколькими отверстиями 3, два примыкающих сегмента 1 не способны к вращению друг относительно друга вследствие наличия ряда напрягаемых элементов 4, проходящих через отверстия 3.

В варианте осуществления, где только одно отверстие 3 имеется в сегментах 1 элементов 2 сердечника, может являться приемлемым создание блокирующего элемента (не показано), предотвращающего вращение двух примыкающих сегментов 1 друг относительно друга.

Такой блокирующий элемент может являться полым в форме углубления, канавки или т.п., выполненной в одном конце сегмента 1, изготовленного для взаимодействия с соответствующими выступами в примыкающем конце сегмента 1, следующего в линии, или являться отдельным блокирующим элементом, вставленным между двумя элементами при выполнении каркаса из элементов 2 сердечника.

Посредством выступа, вставленного в вышеупомянутую полость примыкающих поверхностей двух соединяющихся сегментов 1 элементов 2 сердечника, предотвращается вращение сегментов 2 вокруг осевой линии друг относительно друга, если такое необходимо. Кроме того, можно закреплять совмещенное по одной линии положение отверстий двух примыкающих сегментов 1.

В варианте осуществления слой типа строительного раствора, герметика или т.п. можно залить между сегментами 1 элементов 2 сердечника перед преднапряжением. Данный строительный раствор или герметик может компенсировать неровные концевые поверхности 5 сегментов 1, подлежащих соединению. Строительный раствор или герметик может в некоторых случаях заполнять отверстия примыкающих сегментов 1, создавая фиксацию.

В варианте осуществления легкой несущей конструкции одна или несколько зон сжатия с сегментами 1 элементов 2 сердечника, например, из прочного бетона объединены с армированием в зонах растяжения или с сегментами 1 элементов 2 сердечника, например, из прочного бетона, где элементы 2 сердечника воспринимают растяжение посредством снятия сжатия от преднапряжения.

В другом варианте осуществления легкой несущей конструкции только зоны растяжения выполнены как элементы 2 сердечника из преднапряженных сегментов 1, где элементы 2 сердечника воспринимают растяжение посредством снятия сжатия от преднапряжения.

Дополнительное армирование в зонах растяжения или для получения преднапряжения сегментов 1 элементов 2 сердечника можно создавать подходящими частями, такими как арматурные канаты, проволочная арматура, пластины, сетки, ткани, стержни или прутки, из подходящих материалов, таких как сталь, углеродное волокно, нанотрубки, нановолокно, стекло, полипропиленовое волокно, арамидное волокно, или других материалов из пластика, металлов или органических волокон.

Отверстия 3 в сегментах 1 элементов 2 сердечника, то есть отверстия 3, в которых размещаются напрягаемые элементы 4, можно снабжать некоторым слоем покрытия (не показано) для уменьшения трения между напрягаемым элементом 4 и сегментом 1. Особенно при вставлении и натяжении напрягаемого элемента 4 напрягаемый элемент 4 должен скользить в отверстиях 3 на слое покрытия и одновременно уменьшается или даже предотвращается действие нештатных сил во время натяжения напрягаемых элементов 4.

Дополнительно в варианте осуществления является возможным заполнять отверстия 3 в элементах 2 сердечника с некоторым видом цемента после установки и преднапряжения напрягаемых элементов 4.

- 6 018421

Цементирование выполняют, например, закачкой цемента в отверстия 3 элементов 2 сердечника, такого, что цемент окружает напрягаемые элементы 4, установленные в отверстиях 3.

Цемент должен затем обуславливать скрепление между напрягаемым элементом 4 и внутренней поверхностью или внутренним слоем покрытия отверстия 3.

При этом отвержденный цемент должен обуславливать герметизацию отверстий 3, дополнительно создавая тепловую изоляцию и защиту от коррозии напрягаемого элемента 4 в дополнение тепловой изоляции и защите от коррозии, созданной соединением сегментов 1 элементов 2 сердечника, покрытым бетоном меньшей прочности в сравнении с бетоном элементов 2 сердечника.

Цемент должен также обеспечивать передачу усилий между напрягаемым элементом 4 и сегментами 1 элементов 2 сердечника.

В других вариантах осуществления без цементирования можно использовать не связанные натянутые элементы.

Другим способом скрепления сегментов 1 от смещения друг относительно друга и относительно центральной осевой линии является использование трубной гильзы в одном или нескольких отверстиях 3 в сегментах 1 элементов 2 сердечника, данная гильза выступает на некоторое расстояние от поверхности одного концевого сегмента 1. На соответствующем противоположном конце следующего сегмента 1 в линии гильзу устанавливают втопленной на некоторое расстояние в сегмент 1, данное расстояние соответствует расстоянию, на которое гильза выступает из предыдущего сегмента 1 элементов 2 сердечника.

В варианте осуществления, где только одно отверстие 3 имеется в сегментах 1 элементов 2 сердечника, можно создавать общее средство для предотвращения вращения вокруг продольной оси сегментов 1 элементов 2 сердечника. Таким средством могут, например, являться соответствующие канавки и шпунты, или пазы и гребни или полуцилиндрические оболочки, выступающие от концов гильз, вместе образующие трубу, или соответствующие формы или вырезы в концах трубных гильз.

Также является возможным выполнение сегментов 1 элементов 2 сердечника с выпуклыми и/или вогнутыми концевыми участками.

Для получения возможности фиксации сегментов 1 элементов 2 сердечника в заданном положении друг к другу, вогнутые и выпуклые концевые участки можно снабжать канавками и/или шпунтами, или гребнями, или пересекающимися элементами. Канавки и/или гребни можно выполнять в виде концентрических окружностей, или частей концентрических окружностей, или радиальных линий, или с любым другим подходящим очертанием. Когда напрягаемый элемент 4 натянут, два примыкающих сегмента 1 элементов 2 сердечника сжаты вместе и, таким образом, находятся в фиксированном положении.

Когда имеются, по существу, плоские концевые поверхности 5 на сегментах 1 элементов 2 сердечника, является возможным приложение более высокой нагрузки к элементам 2 сердечника, чем если концы 5 сегментов 1 элементов 2 сердечника имеют другие формы.

Для получения возможности передачи больших сил на соединениях и опорных деталях является возможным выполнение большего поперечного сечения вблизи концов элементов 2 сердечника посредством применения сегментов 1 элементов 2 сердечника конической формы или с любыми другими изменениями поперечного сечения.

Аналогично, можно применять такие изменения поперечного сечения для противодействия изменениям нагрузки вдоль элемента 2 сердечника, например, вследствие веса самой конструкции арки.

В дополнительном варианте осуществления больше элементов 2 сердечника, работающих на сжатие, на растяжение или их комбинацию, соединены с применением специальных узловых сегментов 6 или без них для выполнения конструкции увеличенных размеров, такой, например, как оболочка, подвесная конструкция, пластина, плита, решетка, ферма, труба, коробчатая конструкция и т.д.

Сегменты 1 элементов 2 сердечника, образующие узловые сегменты, могут иметь форму буквы Υ или крестовины с рядом ветвей, отходящих от корпуса элемента 2 сердечника, при этом каждая ветвь выполнена для соединения с концевой поверхностью 5 сегмента 1 элемента 2 сердечника или соединения с другим узловым сегментом 6.

Некоторые сегменты 1 элементов 2 сердечника могут быть снабжены рядом отверстий (не показано) на сторонах элемента 2 сердечника. Отверстия выполнены для соединения с концевыми поверхностями 5 сегмента 1 элемента 2 сердечника, и стороны вблизи отверстий или концевых поверхностей 5 элемента 2 сердечника выполнены с возможностью соединения друг с другом либо посредством выполнения плоской поверхности на стороне вблизи отверстия, с плоскими сторонами в соединении с отверстиями, или посредством криволинейных концов 5 на соединяющихся сегментах 1 элементов 2 сердечника.

При этом является возможным объединение одной или нескольких зон сжатия и/или одной или нескольких зон растяжения для выполнения решетки, или сетки, или любой другой несущей части конструктивного элемента.

Также дополнительно является возможным соединение зон сжатия или растяжения с несущими зонами других конструктивных элементов.

В другом варианте осуществления одна или несколько зон сжатия или растяжения созданы с увеличением поперечного сечения к точкам, где силы перераспределяются по другим зонам сжатия или растя

- 7 018421 жения.

Таким образом, получают практически целесообразный вариант осуществления сердечника 2, образующего зону сжатия или зону растяжения, и практически целесообразные переходы между зонами сжатия или растяжения, образованными сегментами 1 элементов 2 сердечника, с уменьшением контактных напряжений или напряжений в узловых сегментах 6, или с улучшением анкерования, или силы взаимодействия между такими зонами в различных конструктивных элементах или соединяемых частях.

В дополнительном варианте осуществления одна или несколько зон сжатия, образованные сегментами 1 элементов 2 сердечника, созданы с поперечным сечением, увеличивающимся по меньшей мере к одному концу 5.

В дополнительном варианте осуществления увеличенные поперечные сечения зон сжатия или растяжения, образованные сегментами 1 элементов 2 сердечника, например, на концах 5 соединены в соединениях или посредством соединения сегментов 1.

Элемент 2 сердечника, образованный сегментами 1 элементов 2 сердечника, можно поместить в опалубку для отливки несущей конструкции, или в некоторых вариантах осуществления самонесущий элемент 2 сердечника может нести опалубку вокруг себя или с примыканием к ней.

Элемент 2 сердечника, образованный сегментами 1 элементов 2 сердечника, можно разместить там, где необходимо концентрировать сжатие, например в арке, работающей на сжатие.

Сердечник сегментов 1 элементов 2 сердечника из прочного материала, например прочного бетона или самоуплотняющегося высокопрочного бетона, выполняют соответствующим зоне сжатия или зоне растяжения в строительной конструкции. Затем опалубку вокруг сердечника заливают легким материалом, например бетоном с легкими наполнителями.

Прочный бетон является любым бетоном, более прочным, чем легкий материал, и может быть получен несколькими различными путями, и изобретение не ограничено одним способом получения прочного бетона. В качестве примера можно применять бетон высокой прочности и его можно получать добавлением мелкозернистых частиц в бетон. Дополнительно является возможным применение добавок в прочный бетон и/или в легкий материал, среди которых суперпластифицирующие добавки, волокна из стали, пластика или любых других материалов, или материалы, которые можно использовать для получения свойств высокой прочности и/или улучшенной удобоукладываемости, таких как свойство самоуплотнения или пластичности.

Сегменты 1 элементов 2 сердечника могут также быть выполнены из любых других материалов с достаточной прочностью и свойствами материала, требуемыми для фактической конструкции, которая в некоторых вариантах может являться, например, композитом, армированным стекловолокном или углеродным волокном на эпоксидной основе, керамикой, кирпичом, камнем, фаянсом, конструкционным стеклом, сталью и т.д.

Посредством образования зон сжатия или растяжения из сегментов 1 элементов 2 сердечника является возможным придание зонам сжатия или растяжения оптимальных форм и схем, следующих фактической форме траекторий сил, и с применением напрягаемых элементов 4 является возможным дополнительно стабилизировать зоны сжатия и зоны растяжения от прогиба и потери устойчивости при продольном изгибе перед бетонированием, так что их не нужно стабилизировать в опалубке или увеличивать их поперечное сечение больше, чем необходимо для противодействия нагрузке по условию обеспечения изгибной жесткости.

С применением самонесущих элементов 2 сердечника возведение лесов можно уменьшить или исключить.

Устойчивость элементов 2 сердечника дополнительно получают в изобретении способом бетонирования легких несущих конструкций с оптимизированной зоной сжатия, где сердечник конструируют из сегментов 1 элементов 2 сердечника и стабилизируют легким материалом, таким как легкий бетон.

В другом варианте осуществления изобретения зоны сжатия или растяжения, представленные сердечниками 2 из прочных материалов, могут быть созданы с увеличенным поперечным сечением в местах соединения с другими зонами сжатия или растяжения или установки соединений или сегментов.

В комбинации с одним или несколькими вышеупомянутыми вариантами осуществления изобретения является возможным добавление различных элементов в материалы, например в бетон, для получения подходящей текстуры для бетонирования или получения армирования, работающего на растяжение, или для улучшения пластичности.

Такие элементы могут являться канатами, проволочной арматурой, пластинами, сетками, волокнами, тканями, стержнями или прутками из подходящих материалов, таких как сталь, углеродное волокно, нанотрубки, нановолокна, минераловатные волокна, стекло, полипропиленовое волокно, арамидное волокно, или других материалов из пластика, металлов или органических волокон.

В вариантах осуществления, где элементы 2 сердечника забетонированы, так что видны через поверхностный слой или на поверхности материала менее прочного, чем материал сердечника 2, окружающего сердечник 2 или примыкающего к нему, возможно получение некоторого видимого фахверка, выглядящего как деревянный фахверк, при этом с возможностью создания видимых цветных арок (например, с оттенками красного, коричневого или черного) в строительной конструкции, и примыкающий

- 8 018421 стабилизирующий материал, менее прочный, чем материал сердечника 2, может иметь цвета, например оттенки белого, серого или светло-коричневого. При этом является возможным следить за статическим поведением и статической конструкцией в строительной конструкции.

Очевидно, что другие подходящие материалы можно использовать и изобретение не ограничено использованием описанных выше элементов.

Образно говоря, возможно сравнение изобретения с телом человека или животного, где прочный материал зоны сжатия создает позвоночный столб, сравниваемый с позвоночником человека или животных, и легкая несущая конструкция и работающее на растяжение армирование, если имеется, является мускулами и сухожилиями, удерживающими позвоночник на месте, создавая оптимизированную и элегантную строительную конструкцию. Дополнительно, элемент натяжения в позвоночнике или вдоль него может предотвращать прогиб сегментов позвоночника и может обеспечивать восприятие растяжения, как снятие сжатия, без разделения сегментов позвоночника.

Claims (9)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Легкая несущая конструкция, армированная элементами (2) сердечника из прочного материала, образующими одну или несколько зон сжатия или растяжения в конструкции, подлежащей бетонированию, при этом сердечник (2) окружен материалом менее прочным, чем материал сердечника (2), или является примыкающим к нему, причем сердечник (2) выполнен из сегментов (1) элементов (2) сердечника, собранных посредством одного или нескольких напрягаемых элементов (4), отличающаяся тем, что один или несколько сегментов (1) элемента (2) сердечника имеют по меньшей мере один конец (5), расположенный под углом, отличающимся от 90°, к его продольной оси.
2. 2. Конструкция по п.1, отличающаяся тем, что один или несколько других сегментов (1) элемента (2) сердечника имеют по меньшей мере один конец (5), расположенный, по существу, под углом 90° к продольной оси, проходящей через элементы (2) сердечника.
3. 3. Конструкция по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что один или несколько сегментов (1) элемента (2) сердечника являются криволинейными сегментами (1).
4. 4. Конструкция по п.3, отличающаяся тем, что отверстие или отверстия (3) для напрягаемого элемента или элементов (4) проходят, по существу, параллельно внешней поверхности сегмента (1) элементов (2) сердечника.
5. 5. Конструкция по п.3 или 4, отличающаяся тем, что элемент сердечника (2) снабжен рядом отверстий или соединений для напрягаемых элементов на стороне элемента (2) сердечника для соединения с концами (5) других сегментов (1) элементов (2) сердечника.
6. 6. Конструкция по п.3 или 4, отличающаяся тем, что сегмент (1) элемента (2) сердечника, образующий узловой сегмент (6), выполнен в форме буквы Υ или крестовины с рядом ветвей, отходящих от корпуса элемента (2) сердечника, или рядом граней, причем каждая ветвь или грань выполнена с возможностью соединения с концевой поверхностью (5) сегмента (1) элемента (2) сердечника или соединения другого узлового сегмента (6).
7. 7. Конструкция по одному из пп.3-6, отличающаяся тем, что одно или несколько отверстий (3) для направления одного или нескольких напрягаемых элементов (4) снабжены слоем покрытия.
8. 8. Конструкция по одному из пп.3-7, отличающаяся тем, что одно или несколько отверстий (3) для направления одного или нескольких напрягаемых элементов (4) заполнены цементом.
9. 9. Конструкция по одному из пп.3-8, отличающаяся тем, что одно или несколько отверстий (3) для направления одного или нескольких напрягаемых элементов (4) снабжены удерживающим средством для удержания одного или нескольких напрягаемых элементов (4) в преднапряженном состоянии.