RU131400U1

RU131400U1 - EXTERNAL REINFORCEMENT SYSTEM BASED ON A PLATED HARNESS

Info

Publication number: RU131400U1
Application number: RU2011153360/03U
Authority: RU
Inventors: Константин Анатолиевич Григорян; Леонид Борисович Меламед; Владимир Викторович Хлебников
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Холдинговая Компания "Композит"
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-08-20

Abstract

РЕФЕРАТESSAY

В соответствии с изобретением разработана система внешнего армирования для элементов строительных конструкций, содержащая, по меньшей мере, одно армирующее полотно или ламель из площеных жгутов и смоляного связующего, которое наносится на жгуты послойно с последующим отвердением. Армирующие волокна площеных жгутов образованы углеродными, стеклянными, базальтовыми, арамидными, органическими и др. волокнами или их комбинациями. Разработанная конструкция обладает высокими характеристиками адгезии и восприятия растягивающих усилий, содержит меньшее число поврежденных или не включенных в работу волокон. Также достигаемым результатом является снижение расхода связующего, необходимое для усиления, и удешевление итоговой конструкции за счет того, что производство толстых жгутов, подвергаемых в дальнейшем площению, является более простым технологически и более дешевым экономически.In accordance with the invention, an external reinforcing system for building structure elements is developed, comprising at least one reinforcing fabric or lamella of flat tows and resin binder, which is applied to the bundles in layers with subsequent hardening. Reinforcing fibers of layered bundles are formed by carbon, glass, basalt, aramid, organic and other fibers or their combinations. The developed design has high adhesion and perception of tensile forces, contains fewer damaged or not included fibers. Also, the achieved result is the reduction of the binder consumption necessary for reinforcement and the reduction of the cost of the final design due to the fact that the production of thick bundles subjected to further layering is simpler technologically and cheaper economically.

(Фиг.6) (Fig.6)

Description

2420-301166RU/0722420-301166RU / 072

СИСТЕМА ВНЕШНЕГО АРМИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ПЛОЩЕНОГО ЖГУТАEXTERNAL REINFORCEMENT SYSTEM BASED ON A PLATED HARNESS

ОПИСАНИЕDESCRIPTION

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к области строительства и, в частности, может быть применено к конструкциям наружного усиления балок, колонн, плит и т.п., а именно - к усиливающей конструкции, которая обеспечивает возможность увеличения максимально допустимой нагрузки на существующие балки, колонны, стойки и т.п., изготовленные из дерева, бетона, металла или другого материала.The present invention relates to the field of construction and, in particular, can be applied to structures for external reinforcement of beams, columns, plates, etc., namely, to a reinforcing structure that provides the ability to increase the maximum allowable load on existing beams, columns, racks and the like, made of wood, concrete, metal, or other material.

Уровень техникиState of the art

Известно, что для усиления существующих конструкций используют наружные усиливающие конструкции, состоящие из стального листа и крепящиеся к подобной существующей конструкции с помощью клея, болтов или т.п. It is known that external reinforcing structures consisting of a steel sheet and fastened to a similar existing structure using glue, bolts or the like are used to reinforce existing structures.

Однако такая усиливающая наружная конструкция имеет недостатки, заключающиеся в том, что, с одной стороны, она обладает большим собственным весом, тем самым значительно утяжеляя усиливаемую конструкцию, а, с другой стороны, ее монтаж является достаточно трудоемким процессом, в результате, также приводя к общему удорожанию.However, such a reinforcing outdoor structure has the disadvantages that, on the one hand, it has a large dead weight, thereby significantly weighting the reinforced structure, and, on the other hand, its installation is a rather time-consuming process, as a result, also leading to general rise in price.

Для устранения таких недостатков были разработаны конструкционные решения на основе композитных материалов. Примеры таких решений раскрыты в патентах RU 2232238 и RU 2412128. Известные конструкционные решения предполагают замену стальной системы внешнего армирования на систему из композиционного материала, которая образуется посредством использования композиционного материала на основе углеродных, стеклянных, арамидных, органических и других волокон и эпоксидных, полиэфирных, виниловых эфиров и других связующих природного вида. To eliminate such shortcomings, structural solutions based on composite materials were developed. Examples of such solutions are disclosed in patents RU 2232238 and RU 2412128. Known structural solutions involve replacing a steel system of external reinforcement with a system of composite material, which is formed using composite materials based on carbon, glass, aramid, organic and other fibers and epoxy, polyester, vinyl esters and other binders of a natural kind.

Однако данные способы имеют определенные недостатки. Для обеспечения высокой адгезии армирующего материала к подложке конструкции, приходится производить ряд технологических операций по подготовке поверхностей, причем стоимость материалов, используемых в данных конструкторских решениях, и стоимость работ с ними в разы превышают усиление традиционными методами.However, these methods have certain disadvantages. To ensure high adhesion of the reinforcing material to the structural substrate, it is necessary to perform a number of technological operations for surface preparation, and the cost of materials used in these design solutions and the cost of working with them are several times higher than the amplification by traditional methods.

Кроме того, жгут для системы внешнего армирования (СВА) обычно имеет круглое сечение. Из-за этого площадь контакта армирующего материала с усиливаемой конструкцией не велика, так что необходимо проводить специальные мероприятия для увеличения степени адгезии усиливающего материала к подложке (основанию) усиливаемой конструкции.In addition, the harness for an external reinforcement system (CBA) usually has a circular cross section. Because of this, the contact area of the reinforcing material with the reinforced structure is not large, so it is necessary to carry out special measures to increase the degree of adhesion of the reinforcing material to the substrate (base) of the reinforced structure.

Все вышеуказанные факты приводят к тому, что использование в строительстве систем внешнего армирования на основе волокнистых композитов ограничивается специальными проектными решениями, которые пока не находят массового применения. All of the above facts lead to the fact that the use of external reinforcement systems based on fiber composites in construction is limited by special design solutions that are not yet widely used.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является создания системы внешнего армирования из площеного жгута на основе углеродных, стеклянных, арамидных, базальтовых, органических и других волокон, по своим технико-экономическим параметрам не уступающей системе внешнего армирования из обычного жгута, но лишенной недостатков последней. А именно, для устранения указанного недостатка жгут подвергается площению, за счет чего увеличивая площадь контакта с поверхностью. Площению могут подвергаться углеродные, стеклянные, базальтовые, арамидные, органические волокна.The objective of the present invention is to provide a system of external reinforcement from a flat tow based on carbon, glass, aramid, basalt, organic and other fibers, which in its technical and economic parameters is not inferior to the external reinforcement system from a conventional tow, but devoid of the drawbacks of the latter. Namely, to eliminate this drawback, the tow is subjected to flattening, thereby increasing the area of contact with the surface. Carbon, glass, basalt, aramid, organic fibers can undergo absorption.

Поставленная задача была решена за счет создания системы внешнего армирования для элементов строительных конструкций, которая согласно настоящему изобретению содержит, по меньшей мере, одно армирующее полотно или ламель из площеных жгутов и смоляного связующего, которое нанесено на жгуты послойно с последующим отвердением.The problem was solved by creating an external reinforcing system for building construction elements, which according to the present invention contains at least one reinforcing fabric or lamella of flat plaits and resin binder, which is applied to the plaits in layers with subsequent curing.

Площеные жгуты обладают большей площадью поверхности жгутов по сравнению со жгутами круглого сечения, что приводит к увеличению контактной площади жгутов с усиливаемыми элементами и между жгутами, что, в свою очередь, повышает качество сцепления и передачи усилий между монофиламентами.Condensed bundles have a larger surface area of the bundles in comparison with round bundles, which leads to an increase in the contact area of the bundles with reinforced elements and between bundles, which, in turn, improves the adhesion and transmission of forces between monofilaments.

Также площеные жгуты обладают ярко выраженной структуризацией монофиламентов в теле жгута, что повышает число волокон прямого контакта, также приводя к повышению качества сцепления и передачи усилий. Дополнительно к этому уменьшение числа волокон косвенного контакта, обусловленное реструктуризацией, приводит к повышению обеспеченности качества итоговой конструкции усиления и снижает влияние качества пропитки матрицей жгута на итоговые свойства конструкции. Also, braided bundles have a pronounced structuring of monofilaments in the body of the bundle, which increases the number of direct contact fibers, also leading to an increase in the adhesion and transmission of forces. In addition, a decrease in the number of indirect contact fibers due to restructuring leads to an increase in the quality assurance of the final reinforcement structure and reduces the influence of the impregnation quality of the tow matrix on the final properties of the structure.

Фиксация жгутов в полотне термосеткой из синтетического волокна и/или клеевым порошком не повреждает монофиламенты, как в случае с механическим плетением утковой нитью, что обеспечивает большее число рабочих волокон каждого жгута и повышает общую обеспеченность качества итоговой конструкции.Fixation of the bundles in the fabric by a synthetic fiber heat-mesh and / or adhesive powder does not damage monofilaments, as is the case with weaving with a mechanical thread, which provides a greater number of working fibers of each bundle and increases the overall quality assurance of the final structure.

Ориентация волокон в системе внешнего армирования обуславливается характером распределения напряжений и моментов, приложенных к усиливаемой конструкции. Элементы усиления располагаются таким образом, чтобы они под действием приложенных моментов работали на растяжение и были ориентированы вдоль линий действий напряжений.The orientation of the fibers in the external reinforcement system is determined by the nature of the distribution of stresses and moments applied to the reinforced structure. The reinforcing elements are arranged in such a way that, under the action of the applied moments, they work in tension and are oriented along the lines of action of the stresses.

Предпочтительно, усилению подлежат бетонные, железобетонные, каменные, кирпичные, металлические, деревянные конструкции или любые их комбинации.Preferably, concrete, reinforced concrete, stone, brick, metal, wooden structures or any combination thereof are to be reinforced.

Предпочтительно, площеные жгуты представляют собой армирующие жгуты, подвергнутые механической обработке валиками.Preferably, the layered strands are reinforcing strands, machined by rollers.

Предпочтительно, армирующие волокна площеных жгутов образованы углеродными, стеклянными, базальтовыми, арамидными или органическими волокнами или их комбинациями. Preferably, the reinforcing fibers of the flat tows are formed by carbon, glass, basalt, aramid or organic fibers, or combinations thereof.

Предпочтительно, полотно из площеных жгутов образовано путем нанесения термосетки из синтетического волокна и/или отвержденного клеевого порошка на скомпонованные жгуты.Preferably, the web of layered bundles is formed by applying a synthetic fiber thermogrid and / or cured adhesive powder to the bundled bundles.

Предпочтительно, полотно содержит однонаправленные или полиориентированные жгуты.Preferably, the web comprises unidirectional or multi-oriented tows.

Предпочтительно, смоляным связующим является эпоксид, полиэфир или виниловый эфир или их комбинации.Preferably, the resin binder is epoxide, polyester or vinyl ether, or combinations thereof.

Предпочтительно, ширина площеных жгутов находится в диапазоне от 3 до 500 мм.Preferably, the width of the layed tows is in the range of 3 to 500 mm.

Предпочтительно, поверхностная плотность площеных жгутов составляет от 10 до 600 гр/м².Preferably, the surface density of the flat tows is from 10 to 600 g / m ² .

Предпочтительно, система имеет внешнюю оболочку, на которую может быть нанесен защитный слой.Preferably, the system has an outer shell on which a protective layer can be applied.

Техническим результатом изобретения является получение высококачественной системы внешнего армирования, обеспечивающей снижение повреждений волокон при формовании армирующего полотна и имеющей повышенные характеристики за счет повышенной площади контакта армирующих волокон с поверхностью усиливаемой конструкции и более равномерного включения их в работу. Также достигаемым результатом является снижение расхода связующего, необходимого для усиления, и удешевление итоговой конструкции за счет того, что производство толстых жгутов, подвергаемых в дальнейшем площению, является более простым технологически и более дешевым экономически.The technical result of the invention is to obtain a high-quality external reinforcement system, which reduces damage to the fibers during molding of the reinforcing fabric and has improved characteristics due to the increased contact area of the reinforcing fibers with the surface of the reinforced structure and more uniform inclusion in the work. Also the achieved result is the reduction of the binder consumption required for reinforcement and the reduction of the cost of the final design due to the fact that the production of thick bundles, subjected to further layering, is simpler technologically and cheaper economically.

Использование более толстых жгутов, нежели обычно, обуславливается требованием достижения эквивалентной поверхностной плотности итогового полотна.The use of thicker harnesses than usual is determined by the requirement to achieve equivalent surface density of the final fabric.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

Фиг.1 - вид в поперечном сечении жгута до его площения;Figure 1 is a view in cross section of a bundle before it is flattened;

Фиг.2 - вид в поперечном сечении жгута после его площения;Figure 2 is a view in cross section of a bundle after it is laid;

Фиг.3 - геометрические характеристики жгутов до площения;Figure 3 - geometric characteristics of the harnesses before flattening;

Фиг.4 - геометрические характеристики жгутов после площения;Figure 4 - geometric characteristics of the bundles after plating;

Фиг.5 - вид полотна из неплощеных жгутов с фиксацией жгутов в полотне утковой нитью; иFigure 5 is a view of a web of non-bundled bundles with fixation of the bundles in the canvas with weft thread; and

Фиг.6 - вид полотна из площеных жгутов с фиксацией жгутов в полотне термосетками.Figure 6 is a view of a web of layered tows with fixation of the tows in the canvas by thermal grids.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В соответствии с объектом настоящего изобретения, разработана система внешнего армирования для элементов строительных конструкций. Система содержит, по меньшей мере, одно армирующее полотно или ламель из площеных жгутов и смоляного связующего, которое нанесено на жгуты послойно с последующим отвердением.In accordance with the object of the present invention, a system of external reinforcement for elements of building structures. The system contains at least one reinforcing fabric or lamella of flat tows and resin binder, which is applied to the bundles in layers with subsequent hardening.

Жгуты 1 армирующего волокна состоят из монофиламентов 2 и 3 и подвергаются площению, в результате чего становятся площеными жгутами 4. При этом соотношение в жгуте волокон 2 прямого контакта и волокон 3 косвенного контакта отличается до и после площения, значительно увеличиваясь в площеных жгутах 4 в пользу волокон 2 прямого контакта. Также в результате процедуры площения наблюдается структуризация монофиламентов 2 и 3 по сечению жгута.The reinforcing fiber bundles 1 consist of monofilaments 2 and 3 and are subjected to flattening, as a result of which they become flattened bundles 4. The ratio of the direct contact fibers 2 and indirect contact fibers 3 in the bundle differs before and after flattening, increasing significantly in the flat bundles 4 fiber 2 direct contact. Also, as a result of the lay procedure, the monofilament 2 and 3 are structured along the tow section.

В результате процедуры площения также происходит изменение геометрических характеристик сечения. Так как площади жгута до и после площения равны, следовательно, справедливо равенство (1):As a result of the lay procedure, the geometric characteristics of the cross section also change. Since the areas of the tow before and after the lay are equal, therefore, equality (1) holds:

(one)

С другой стороны, площадь наружной поверхности у площеного 4 и неплощеного 1 жгутов различна:On the other hand, the outer surface area of the flat 4 and non-flat 1 bundles is different:

(2)

В связи с тем, что за качество сцепления отвечает именно площадь поверхности жгута, получаем, что при эквивалентных площадях сечения, площеные жгуты 4 обладают преимущественно большим коэффициентом сцепления.Due to the fact that it is precisely the surface area of the bundle that is responsible for the adhesion quality, we find that for equivalent cross-sectional areas, the coated bundles 4 have a predominantly high coefficient of adhesion.

Помимо этого, форма площеного жгута 4, стремящаяся к прямоугольной, обуславливает более равномерное заполнение монослоя армирующим волокном, что, в свою очередь, обеспечивает более равномерное распределение напряжений в конструкции усиления.In addition, the shape of the flat tow 4, tending to a rectangular, causes a more uniform filling of the monolayer with reinforcing fiber, which, in turn, provides a more uniform distribution of stresses in the reinforcement structure.

Полотна, образуемые объединением жгутов посредством соединителя, также отличаются по своим показателям. В полотнах из неплощеных жгутов 1, соединяемых утковой нитью 5, присутствуют зоны потенциального повреждения монофиламентов 6. Армирующие волокна в этих зонах могут быть повреждены в результате процесса переплетения утковой нитью 5, что приводит к снижению числа рабочих монофиламентов 2 и 3 в жгуте 1 и снижению качества итоговой конструкции усиления в целом.The canvases formed by combining the harnesses through the connector also differ in their performance. In the canvases of non-tapered bundles 1 connected by weft thread 5, there are areas of potential damage to monofilaments 6. Reinforcing fibers in these areas may be damaged as a result of weaving with weft thread 5, which leads to a decrease in the number of working monofilaments 2 and 3 in tow 1 The quality of the final reinforcement design as a whole.

Полотна, образованные из площеного жгута 4, формирующиеся за счет приклеивания термосетки 7, лишены данных зон, что обеспечивает более высокое качество итоговой конструкции.The canvases formed from the flat tow 4 formed by gluing the heat grid 7 are devoid of these zones, which ensures a higher quality of the final structure.

Использование клеевых составов для объединения площеных жгутов в полотна также не приводит к повреждению волокон.The use of adhesive compositions for combining flat tows into webs also does not damage the fibers.

Для лучшего раскрытия признаков изобретения описан предпочтительный вариант осуществления системы внешнего армирования, который приведен в качестве примера, не ограничивающего объем изобретения. To better disclose the features of the invention, a preferred embodiment of an external reinforcement system is described, which is given by way of example and not limiting the scope of the invention.

Площеные жгуты представляют собой обыкновенные армирующие жгуты, подвергающиеся механической обработке валиками. В результате данной процедуры жгуты становятся более плоскими, увеличивается площадь поверхности жгутов, а также происходит структуризация монофиламентов в теле жгута. Condensed harnesses are ordinary reinforcing harnesses that are machined by rollers. As a result of this procedure, the bundles become flatter, the surface area of the bundles increases, and the monofilament in the body of the bundle is also structured.

После процедуры площения полученные жгуты располагаются параллельно друг другу. Для объединения площеных жгутов в единое полотно на скомпонованные жгуты может быть наклеена термосетка из синтетического волокна и/или клеевого состава. After the lay-up procedure, the tows obtained are arranged parallel to each other. To combine the coated bundles into a single canvas, a thermo-mesh made of synthetic fiber and / or adhesive can be glued to the bundled bundles.

В результате данных мероприятий итоговое полотно обладает лучшими характеристиками адгезии и восприятия растягивающих усилий, содержит меньшее число поврежденных или не включенных в работу волокон. За счет более равномерного распределения волокон в итоговом полотне требуется меньшее количество связующего для его пропитки и наклейки. As a result of these measures, the final fabric has better adhesion and perception of tensile forces, contains a smaller number of damaged or not included fibers. Due to a more even distribution of fibers in the final fabric, a smaller amount of binder is required for its impregnation and sticker.

Армирующие волокна площеных жгутов могут быть образованы углеродными, стеклянными, базальтовыми, арамидными или органическими волокнами или их комбинациями. Полотно может содержать однонаправленные или полиориентированные жгуты. Смоляным связующим может быть эпоксид, полиэфир или виниловый эфир или их комбинации.Reinforcing fibers of layered tows may be formed by carbon, glass, basalt, aramid or organic fibers, or combinations thereof. The canvas may contain unidirectional or multi-oriented harnesses. The resin binder may be an epoxide, polyester or vinyl ether, or combinations thereof.

Ширина площеных жгутов находится в диапазоне от 3 до 500 мм, а их поверхностная плотность составляет от 10 до 600 гр/м².The width of the layed bundles is in the range from 3 to 500 mm, and their surface density is from 10 to 600 g / m ² .

Дополнительно, система может иметь нанесенную на нее внешнюю оболочку, на которую, в свою очередь, может быть нанесено любое защитное покрытие в виде защитного слоя.Additionally, the system may have an outer shell deposited thereon, on which, in turn, any protective coating in the form of a protective layer can be applied.

Данное изобретение позволяет усиливать различные конструкции и сооружения, не прибегая к дополнительным технологическим операциям и приспособлениям для усиления адгезии усиливающего материала к объекту усиления, достигается это, как уже было сказано, за счет применения площеного жгута.This invention allows to reinforce various structures and structures without resorting to additional technological operations and devices for enhancing the adhesion of the reinforcing material to the reinforcement object, this, as has already been said, is achieved through the use of a flat tow.

Помимо этого, одним из положительных факторов является более равномерное распределение армирующего материала в системе усиления. In addition, one of the positive factors is a more uniform distribution of the reinforcing material in the reinforcement system.

Предпочтительно, осуществляется подготовка подложки для нанесения первого слоя адгезива и поэтапное нанесение армирующих слоев с последующим нанесением на них связующего.Preferably, the substrate is prepared for applying the first adhesive layer and the stepwise application of the reinforcing layers, followed by the application of a binder on them.

После нанесения системы внешнего армирования обрабатываемая поверхность покрывается защитным слоем для увеличения срока службы и защиты от механических повреждений конструкции.After applying the external reinforcement system, the treated surface is covered with a protective layer to increase the service life and protect against mechanical damage to the structure.

Настоящее изобретение не ограничено вариантом осуществления, описанным выше. Таким образом, подобная конструкция может быть выполнена различной формы и параметров, не выходя за объем изобретения. The present invention is not limited to the embodiment described above. Thus, such a design can be made of various shapes and parameters, without departing from the scope of the invention.

Claims

1. The system of external reinforcement for structural elements, characterized in that it contains at least one reinforcing fabric or lamella of flat tows and resin binder, which is applied to the bundles in layers with subsequent hardening.

2. The system according to claim 1, characterized in that the flat tows are reinforcing harnesses, machined by rollers.

3. The system according to claim 1, characterized in that the reinforcing fibers of the flat tows are formed by carbon, glass, basalt, aramid or organic fibers, or combinations thereof.

4. The system according to claim 1, characterized in that the web of flat tows is formed by applying a heat mesh of synthetic fiber and / or cured adhesive powder to the arranged bundles.

5. The system according to claim 4, characterized in that the web contains unidirectional or multi-oriented harnesses.

6. The system according to any one of the preceding paragraphs, characterized in that the resin binder is an epoxide, polyester or vinyl ether, or combinations thereof.

7. The system according to claim 1, characterized in that the width of the plaited bundles is in the range from 3 to 500 mm.

8. The system according to claim 1, characterized in that the surface density of the coated bundles is from 10 to 600 g / m ² .

9. The system according to claim 1, characterized in that it has an outer shell.

10. The system according to claim 9, characterized in that a protective layer is applied to the outer shell.