Усовершенствования, касающиеся составных панелей с двойным покрытием - RU2142038C1
Код документа: RU2142038C1
Чертежи
Описание
Это изобретение относится к составным панелям с двойным покрытием, которые содержат слой наполнителя (обычно цементирующего материала, например бетона), облицованного плитами (обычно из углеродистой стали), а также к способу их производства. Для определенных случаев применения может быть использован более легкий наполнитель, например синтетическая смола с введенным в нее наполнителем.
Составные панели с двойным покрытием демонстрируют характеристики, подобные характеристикам конструкции из армированного бетона, а их преимущество состоит в том, что облицовочные плиты действуют в качестве арматуры для возможности получения требуемых прочностных характеристик конструкциями с общей толщиной, которая меньше, чем у конструкций из армированного бетона. Возможны высокие степени армирования, при этом плиты действуют в качестве постоянной опалубки центрального бетонного слоя.
Известны составные панели с двойным покрытием, которые содержат две стальные облицовочные плиты, расположенные с каждой стороны от бетонного слоя и соединенные с ним посредством поперечных элементов, которые в целом проходят перпендикулярно к облицовочным плитам и крепятся к ним своими концами. Такие панели раскрыты в патентах Великобритании GB-A-2136032, GB-A-2136033 и GB-A-2258669.
В настоящее время такие составные панели с двойным покрытием изготавливаются по месту, т.е. в том месте, в котором они должны устанавливаться или монтироваться в большие подсборки. Изготовление по месту не только удваивает требуемые рабочие операции, поскольку манипуляции с каждым покрытием выполняются отдельно, но и существенно увеличивает затраты на изготовление панелей. Обычно эти известные панели содержат сочетание относительно толстых облицовочных плит, внутренних связей и элементов жесткости облицовочных плит. Они также требуют наличия внешней опоры и/или внутренних элементов жесткости для облицовочных плит в течение розлива бетона между плитами, с тем чтобы избежать искажения конструкции, вызываемого высоким гидростатическим давлением, создаваемым в течение розлива. Также установлено, что необходимо ограничивать высоту, с которой осуществляется розлив бетона, или скорость розлива, чтобы уменьшить это давление.
Предполагается, что выполняемые согласно настоящему изобретению составные панели с двойным покрытием должны изготавливаться на заводе и доставляться к месту использования в виде конструкций, представляющих собой одно целое и содержащих облицовочные плиты, крепящиеся друг к другу посредством поперечных соединительных элементов. Плиты могут быть плоскими или изогнутыми.
Размеры панелей согласно изобретению таковы, что они обладают достаточной жесткостью для сохранения своей формы в течение манипулирования ими, с тем чтобы обеспечить возможность быстрой и точной сборки больших конструкций. Осуществимы отдельные панели с размером до 3,5 м по ширине и до 18 м по длине, что сводит к минимуму время возведения конструкции по месту. Относительно малые промежутки между поперечными соединительными элементами обеспечивают возможность розлива бетона под большим напором без нарушения конструктивной формы панели, а также без необходимости применения внутренней арматуры или внешнего усиления.
Панели согласно этому изобретению обеспечивают возможность создания составных конструкций с двойным покрытием такой толщины, которая до настоящего времени практически не применялась.
Испытания и экспериментальные исследования, проведенные заявителями, показывают, что в отношении большинства составных панелей с двойным покрытием, представляющих потенциальный коммерческий интерес, существуют ограничения, которые должны налагаться на толщину облицовочных плит, расстояние между плитами и промежутками между поперечными элементами, если должны быть обеспечены требуемая прочность панелей и возможность манипулирования ими. Кроме того, каждый поперечный элемент должен быть прикреплен к обеим облицовочным плитам предпочтительно посредством сварки, так чтобы его продольная ось была фактически перпендикулярна в целом параллельным облицовочным плитам. В результате этих испытаний также установлено, что панели, имеющие поперечные соединительные элементы, прикрепленные к обеим облицовочным плитам, могут иметь большую прочность, чем обычные конструкции со шпильками, работающими на срез и установленными с перекрытием друг друга.
Таким образом заявителем установлено, что для панелей шириной от 1 до 3,5 м, длиной от 2 до 18 м промежуток между поперечными соседними элементами важен, между прочим, для того, чтобы предотвратить выпучивание плит в сторону от наполнителя (обычно бетона). Если этот промежуток весьма велик, то существует большая вероятность того, что произойдет выпучивание. Заявителями также установлено, что существует взаимосвязь между толщиной плит и промежутками между поперечными элементами, которой необходимо следовать, чтобы достичь требуемых характеристик в отношении прочности и возможности выполнения рабочих операций. Помимо этого заявителями определен диапазон толщин стальных плит, который обеспечивает требуемые прочностные характеристики без чрезмерного увеличения веса, но с возможностью манипулирования панелями.
В патенте Великобритании GB-A-2136033 указано, что промежуток между поперечными элементами составной панели с двойным покрытием предпочтительно равен промежутку между облицовочными плитами панели. Кроме того, промежуток между поперечными элементами может составлять до четырех промежутков между облицовочными плитами, но предпочтительно составляет менее удвоенного такого промежутка. В патентах Великобритании GB-A-2136032 и GB-A-2258669 не говорится о том, какие промежутки желательны.
Настоящее изобретение ставит своей целью создание составных панелей с двойным покрытием, имеющих характеристики, которые обсуждались выше.
Термин "составная панель с двойным покрытием" предполагает панель, которая содержит две в целом параллельных облицовочных плиты, соединенных друг с другом посредством большого количества поперечных элементов, расположенных большим количеством отстоящих друг от друга рядов и в целом перпендикулярных облицовочным плитам, при этом внутренняя часть панели фактически заполнена наполнителем, например цементирующим материалом, таким, как бетон.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения создана предварительно изготавливаемая составная панель с двойным покрытием, содержащая две облицовочные стальные плиты, которые при использовании панели располагаются по одной с каждой стороны от цементирующего материала и соединены с ним посредством поперечных элементов, которые в целом проходят перпендикулярно к облицовочным плитам и крепятся к ним так, чтобы образовать составную панель с двойным покрытием, выполненную из стали и цементирующего материала, при этом панель отличается тем, что толщина каждой облицовочной плиты составляет от 2 до 32 мм, промежуток между соседними поперечными элементами составляет от 15 до 50 толщин облицовочных плит, а промежуток между облицовочными плитами составляет от 100 до 800 мм.
В предпочтительной конструкции каждый из поперечных элементов подсоединен к обеим облицовочным плитам. Поперечные элементы могут иметь форму стержней, труб, перегородок и тому подобного.
Предпочтительно, чтобы ширина панели составляла от 1 до 3,5 метров, а длина от 2 до 18 метров.
Толщина каждой облицовочной плиты может составлять от 3 до 20 мм. Как вариант, эта толщина может составлять от 6 до 20 мм. Как вариант, промежуток может составлять от 150 до 800 мм.
В одной из компоновок промежуток между соседними поперечными элементами может составлять от 20 до 40 толщин облицовочных плит. Составные конструкции с двойным покрытием собираются из большого количества отдельных панелей, каждая из которых приваривается к соседней панели или панелям.
Предпочтительно, чтобы концы каждого поперечного элемента приваривались к облицовочным плитам. Как вариант, соединение между некоторыми или всеми поперечными элементами может принимать форму соединения в виде пальца и гнезда, в котором при одной из компоновок каждый из концов поперечных элементов образован с пальцем или деформируемым гнездом, при этом соответствующее гнездо или палец (такой случай может иметь место) крепится к внутренней поверхности металлических плит панели.
Гнездо может содержать отверстие или углубление, имеющее надлежащие размеры и образованное в облицовочной плите. Палец предпочтительно имеет сходящееся поперечное сечение и с трением заходит в отверстие или углубление.
Как вариант, каждый поперечный элемент может быть приварен одним концом к внутренней поверхности одной из облицовочных плит, а на его другом конце могут быть образованы палец или гнездо, при этом палец или гнездо соответствующим образом взаимодействует с гнездом или пальцем, прикрепленным к внутренней поверхности другой металлической плиты конструкции.
С целью сборки каждая облицовочная плита может иметь прикрепленную к ее внутренней поверхности плиту, содержащую в целом плоский или спрофилированный участок и наклонный концевой участок, при этом наклонный концевой участок действует в качестве направляющего элемента, когда происходит выравнивание панели со смежной составной панелью с двойным покрытием, к которой она должна быть приварена.
В случае предпочтительной компоновки плита принимает форму опорной плиты, которая крепится вдоль одной стороны каждой внутренней поверхности каждой панели и выступает с одной ее стороны, при этом плиты крепятся к внутренним поверхностям соответствующей панели, причем каждая из них включает в себя первый участок, длина которого перекрывает промежуток между соседними панелями, и концевой участок, который наклонен внутрь по направлению к центру соответствующей панели.
Согласно другому аспекту создана предварительно изготавливаемая составная панель с двойным покрытием, которая содержит две стальные облицовочные плиты, расположенные по одной с каждой стороны от слоя цементирующего материала и соединенные друг с другом посредством большого количества поперечных элементов, при этом каждая облицовочная плита имеет прикрепленную к ее внутренней поверхности опорную плиту, содержащую по существу плоский или профилированный участок и наклонный концевой участок, причем наклонный концевой участок действует в качестве направляющего элемента, когда происходит выравнивание панели со смежной составной панелью с двойным покрытием, к которой она должна быть приварена.
В процессе сварки смежных панелей каждая опорная плита может взаимодействовать с башмаком, подвижным по смежным краям наружных поверхностей соседних панелей, чтобы образовать с плитой форму для удержания жидкого металла, получаемого в течение сварочной операции.
Согласно еще одному аспекту создана опорная плита, которая содержит в целом плоский или спрофилированный участок и наклонный концевой участок, при этом в целом плоский или спрофилированный участок при его использовании может образовывать одну стенку резервуара для металла, задействованного при сварке, а наклонный концевой участок действует в качестве направляющего элемента для сведения друг с другом смежных панелей составной конструкции с двойным покрытием.
Поперечные элементы могут представлять собой стальные стержни с фактически равномерным поперечным сечением по всей их длине. Как вариант, стержни могут иметь сечение "I" или "T".
Облицовочные плиты в целом могут быть плоскими или криволинейными.
Ниже
изобретение будет разъяснено лишь посредством примера со ссылкой на прилагаемые схематические чертежи, на которых:
фиг. 1 - вид в
перспективе составной панели с двойным покрытием, выполненной
согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 - боковой вид панели в увеличенном масштабе, показанной на фиг. 1;
фиг. 3 и 4
- боковые виды альтернативных поперечных элементов,
предназначенных для использования в панелях, показанных на фиг. 1 и 2;
фиг. 5 - схематически представлена сборка составной конструкции с
двойным покрытием из большого количества составных
панелей с двойным покрытием, представленных на фиг. 1-4;
фиг. 6 - вид в плане двух соседних составных панелей с двойным покрытием,
подготовленных для сварки друг с другом;
фиг. 7
- отрывочный вид двух соседних панелей в течение сварки;
фиг. 8 - распорная деталь для использования с представленным устройством;
фиг. 9-12 - боковые виды альтернативных поперечных
элементов панелей согласно изобретению.
Составная панель с двойным покрытием, представленная на фиг. 1 и 2, содержит большое количество отстоящих друг от друга поперечных элементов 1, каждый из которых у каждого из своих концов приварен к внутренним поверхностям стальных облицовочных плит 2, 3. Поперечные элементы 1 располагаются перпендикулярно к облицовочным плитам и могут представлять собой стержни, трубы и перегородки 2, 3. С целью упрощения ниже поперечные элементы будут называться стержнями. Для завершения конструкции пустое пространство между плитами заполняется цементирующим материалом, например, обычным или легким бетоном 5. При этом стержни 1 заделываются в бетон.
Как показано, стержни 1 привариваются между плоскими плитами. Однако в некоторых случаях необходимо вваривать стержни между плитами, имеющими одинарную кривизну.
Панели согласно изобретению при их использовании подвергаются действию различных сил и напряжений, которые, если не согласуются с ними, приводят к разрушению панелей. Заявителями установлено, что для широкого диапазона размеров панелей разрушения могут быть предотвращены или по меньшей мере сведены к минимуму посредством обеспечения того, что толщина облицовочных плит, длина стержней и промежутки между стержнями попадали бы в указанные ниже диапазоны.
Итак, заявителями установлено, что для панелей размером от 1х2 м до 3,5х18 м толщина стальных облицовочных плит должна находиться в диапазоне от 2 до 32 мм. Кроме того, промежуток между облицовочными плитами 2,3 должен составлять от 100 до 800 мм, при этом центр каждого стержня должен отстоять от центра соседних стержней на расстоянии, равном 15-50 толщин облицовочных плит. Предпочтительные диапазоны промежутков составляют 10, 20-50 или 20-40 толщин облицовочных плит. Как показано, поперечные элементы 1 привариваются к плитам 2, 3 в центрах, образующих заданную структуру. Однако нет необходимости в том, чтобы поперечные элементы формировали какую-либо определенную структуру.
Стержни 1, представленные на фиг. 1 и 2, имеют в целом цилиндрическую форму. Однако могут быть случаи, когда предпочтительны стержни в форме "I" или "T". Такой стержень представлен на фиг. 3.
Соединительный элемент с сечением в форме "T", представленный на фиг. 3, включает в себя вертикальную перемычку 6 и торцевые фланцы 7 (показан только один из них). Элемент прикреплен к каждой стальной облицовочной плите 2, 3 посредством сварных швов 9, а зона сопряжения каждой перемычки и фланца выполнена по радиусу 10.
Бетон, вводимый между облицовочными плитами и вокруг соединительных элементов, создает силы сжатия, которые действуют в основном в направлении стрелки C к углу между соединительными элементами. Большая часть вертикального компонента этих сил сжатия, как показано на фиг. 3, проходит непосредственно к фланцу 7, тем самым вводя фланцы 7 в желаемый контакт с облицовочными плитами.
У пересечения перемычек 6 и фланцев 7 все же создаются силы изгиба и растяжения, однако они не действуют в месте нахождения соответствующих сварных швов 9. Радиус 10 значительно снижает коэффициент концентрации напряжений.
В случае показанной компоновки сварные швы 9 работают главным образом на срез при ограниченной величине непосредственного растяжения. Таким образом может быть применен значительно меньший шов или шов более низкого качества. Кроме того, для стержней длина сварного шва значительно увеличивается, что дополнительно снижает напряжения, создаваемые при сварке.
В случае компоновки, представленной на фиг. 4, каждый фланец 7 образован со ступенчатыми боковыми частями 12 и центральным углублением 11, при этом его контакт со смежной облицовочной плитой ограничен ступенчатыми боковыми частями 12. Такая конструкция соединительного элемента может быть с пользой применена тогда, когда элемент принимает форму стержня, который должен быть приварен к смежным облицовочным плитам способом электрической контактной сварки или сварки трением.
Если теперь обратиться к фиг. 5, то как показано, панели, описанные выше со ссылками на фиг. 1 и 2, собраны друг с другом для создания составной конструкции с двойным покрытием, например, посредством использования крана 14. Когда панель устанавливается краном 14 в надлежащее положение, она приваривается к соседней панели или панелям для создания составной конструкции с двойным покрытием, имеющей требуемые форму и размеры.
Как можно видеть из фиг. 6, к каждой из внутренних поверхностей двух облицовочных плит 2, 3 в области их краев прикреплена опорная плита 15. Плита 15 может крепиться, например, посредством сварки или связующего вещества. Опорная плита 15 изготавливается, например, из углеродистой стали. Каждая опорная плита 15 включает в целом плоский или надлежащим образом сформированный участок 16, который перекрывает требуемый промежуток 17 между соседними панелями. Опорные плиты 15 также включают в себя наклонные внутрь участки 18, которые действуют так, чтобы способствовать выравниванию соседних панелей в течение сборки конструкции. При этом наклонные внутрь участки 18 проходят и создают направляющие элементы для возможности надлежащего подхода опорных плит 15 одной панели к смежной стороне соседней панели, с тем чтобы выравнить панели друг с другом.
Наклонные участки 18 могут быть образованы с отверстиями, с тем чтобы обеспечить возможность течения цемента от одной стороны опорной полосы к другой стороне в течение операции наполнения.
Как можно видеть из фиг. 7, в течение сварки в целом плоский участок 16 каждой опорной плиты образует одну сторону резервуара для удерживания расплавленного сварочного металла, создаваемого контактным нагревом плавящихся сварочных электродов. Другая сторона соответствующего резервуара образуется охлаждаемым водой башмаком 19, который обычным способом перемещается вверх по наружным поверхностям боковых сторон панелей. Обычно сварка осуществляется электрически с образованием шлака.
Как показано на фиг. 8, распорная деталь 20 вначале может располагаться в промежутке между соседними панелями в целях выравнивания и для обеспечения минимальной ширины для сварки. Эти распорные детали 20 могут быть удалены или расходуются в течение сварочного процесса.
На фиг. 9-12 представлены альтернативные формы поперечных элементов.
Поперечный элемент, представленный на фиг. 9, имеет форму стального соединительного стержня 21, одним концом приваренного к облицовочной плите 2, а на другом конце образованного с гнездом 22. К облицовочной плите 3 приварен стальной палец 23, причем ему приданы такие размеры, чтобы обеспечить его захождение с трением во внутреннюю часть гнезда 22. Как можно видеть на этой фигуре, палец сужается внутрь от своего основания, чтобы упростить вход пальца в гнездо, а после этого к одной или обеим стальным плитам прилагается усилие для сдавливания пальца, чтобы принудительно смещать палец в гнездо для обеспечения между ними фрикционного сцепления. При этом, когда палец входит в гнездо, последнее расширяется, т.е. деформируется в радиальном направлении, чтобы создать значительные радиальные усилия и обеспечить трение. Обычно палец и гнездо выполняют посредством механической обработки или холодной штамповки.
Если теперь обратиться к компоновке, представленной на фиг. 10, то соединитель в этом варианте конструкции содержит поперечный элемент в форме трубчатого (или частично трубчатого) соединительного стержня 24, открытые концы которого проходят поверх пальцев 25 и деформируются этими пальцами, которые крепятся к каждой облицовочной плите 2, 3.
На фиг. 11 представлен поперечный элемент, содержащий соединительный стержень 26, концы которого образуют пальцы 27, которые входят в гнезда 28, прикрепленные к каждой облицовочной панели, и деформируют эти гнезда. Лишь один стержень 26 может образовывать палец, другой же содержит гнездо или просто приваривается к другой облицовочной плите.
Стальному пальцу 29 согласно фиг. 12 приданы такие размеры, чтобы обеспечить его захождение с трением внутрь гнезда 30. В этом варианте конструкции гнездо содержит спрофилированное отверстие, выполненное в облицовочной плите 2. Поперечное сечение пальца 29 сужается, с тем чтобы содействовать установке пальца внутри отверстия и обеспечить надлежащее соединение за счет трения между пальцем и облицовочной плитой 2. Стальной палец 29 может быть выполнен с внутренним буртиком 31 (показан пунктирной линией), который примыкает к внутренней стороне стальной плиты 2. Палец может проходить к наружной стороне плиты 2 либо может быть вставлен с поверхности, чтобы образовать углубление для захождения верхнего слоя сварного шва. В альтернативном варианте конструкции палец проходит через отверстие и выполнен с внешней резьбовой нарезкой, предназначенной для захождения в гайку с внутренней резьбовой нарезкой, которая по существу заменяет ранее описанное гнездо.
Сила стопорения между пальцами и гнездами может быть увеличена посредством использования клеящего вещества, например медленно отверждаемой эпоксидной смолы, которая обеспечивает дополнительные преимущества, действуя при сборке в качестве смазки. Нет необходимости в том, чтобы отверждение применяемого клеящего вещества происходило весьма быстро, поскольку будет иметь место достаточное механическое сцепление между пальцами и гнездами, с тем, чтобы обеспечить возможность немедленного выполнения манипуляций с панелями.
Как вариант, либо в дополнение к указанному, может применяться эпоксидная смола, наполненная весьма мелкими частицами (например, микронного размера) весьма твердых веществ, таких как карбид кремния и карбид алюминия. Как разъяснено выше, в течение сборки эпоксидная смола действует в качестве смазки, а ее избыток удаляется из соединения посредством значительных радиальных усилий, создаваемых в течение сборки. Когда перед отверждением смолы происходит передача радиального усилия, что осуществляется через частицы, отдельные частицы заделываются в поверхности раздела соединителей, состоящих из пальца и гнезда. Последующее приложение растягивающей нагрузки, действующей так, чтобы вытянуть палец из гнезда, вызывает "почвенное" взаимодействие, когда сила среза на поверхности раздела передается от одной заделанной частицы к другой. Кроме того, либо как вариант, на наружные поверхности пальцев и/или на внутренние поверхности гнезд может быть нанесена композиция, заполненная мягким или твердым припоем. Такие композиции в течение сборки действуют в качестве смазки, а когда они подвергаются нагреву, металлический мягкий или твердый припой плавится и при последующем охлаждении затвердевает, с тем чтобы образовать прочное соединение, обеспеченное мягким или твердым припоем.
Помимо этого, либо как вариант, на поверхности пальца или гнезда может быть нанесен противосмазочный агент, который действует так, чтобы удалить поверхностный оксидный слой металла. Последующее сведение друг с другом сопрягающихся поверхностей обеспечивает плотный контакт металла с металлом, что приводит к получению сварных соединений под давлением в холодном состоянии и механическому сцеплению, придающему соединению почти такую же прочность, как у металла.
Понятно, что вышеуказанное представляет собой лишь пример устройства согласно изобретению и что без отклонения от объема изобретения, который определен в прилагаемых пунктах формулы изобретения, легко могут быть выполнены его модификации.
Реферат
Изобретение относится к области строительства, в частности к составным панелям с двойным покрытием. Технический результат изобретения заключается в обеспечении требуемых прочностных характеристик панели без увеличения ее веса. Составная панель с двойным покрытием содержит две стальные облицовочные плиты толщиной 2 - 32 мм, соединенные друг с другом поперечными элементами. Каждый поперечный элемент в целом проходит перпендикулярно облицовочным плитам и отстоит от соседних элементов на расстоянии, составляющем 10 - 80 толщин центров облицовочных плит, при этом промежуток между облицовочными плитами составляет 30 - 800 мм. В промежуток между облицовочными плитами вводится наполнитель, например бетон. 18 з.п.ф-лы, 12 ил.
