PL216773B1 - Pas kompozytowy do wzmacniania elementów budowlanych (54) i urządzenie do naprężania pasa kompozytowego przed przyklejeniem go do płaskiej powierzchni elementu budowlanego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest pas kompozytowy do wzmacniania elementów budowlanych i urządzenie do naprężania pasa kompozytowego przed przyklejeniem go do płaskiej powierzchni elementu budowlanego w konstrukcji betonowej, żelazobetonowej, ceglanej, kamiennej, drewnianej lub metalowej.

Znana jest technologia wzmacniania istniejących konstrukcji budowlanych, polegająca na naklejaniu wstępnie naprężonych pasów kompozytowych, które stosowane są jako dodatkowe zbrojenie zewnętrzne do przenoszenia obciążeń. Pas kompozytowy stanowi taśma, która jest kompozytem polimerowym wzmocnionym włóknem węglowym o jednokierunkowym ułożeniu wzdłuż osi głównej. Taśma charakteryzuje się właściwościami mechanicznymi, wymaganymi do wzmocnienia konstrukcji betonowych, żelazobetonowych, ceglanych, kamiennych, drewnianych lub metalowych. Naprężenie taśmy realizowane jest przez przyłożenie sił rozciągających do jej końców za pomocą klocków zaciskowych albo stalowych okuć, w które wklejone są końce taśmy. Niedogodnością stosowania klocków zaciskowych jest brak właściwej kontroli siły docisku lub wytworzenie nierównomiernego rozkładu naprężeń w taśmie, co może prowadzić do jej wysuwania się lub rozwarstwienia. Jedno z rozwiązań klocków zaciskowych przedstawione jest w opisie patentowym EP 1507051. Pasy z okuciami mają ściśle określoną długość roboczą, operacja mocowania okuć wymaga specjalnego oprzyrządowania, zwłaszcza przy wzmacnianiu elementów wysoce odpowiedzialnych zapewniającego pełne wykorzystanie wytrzymałości na rozciąganie taśmy. Znane rozwiązania okuć pasów kompozytowych przedstawione są miedzy innymi w opisach patentowych WO 99/28575 i WO 99/10613. Okucia mają postać prostokątnych płyt o szerokości nieco większej od szerokości taśmy oraz w których wykonane są otwory przelotowe na kotwy utwierdzające naprężony pas do elementu budowlanego. Znane pasy z klockami zaciskowymi jak i pasy z końcami taśmy wklejanymi w stalowe okucia przystosowane są do zaczepienia siły rozciągającej w osi taśmy. Rozwiązanie takie narzuca jednak konieczność wykonania wnęki w elemencie wzmacnianym w strefie klocka lub okucia czynnego, która umożliwia wysokościowe usytuowanie taśmy bezpośrednio ponad powierzchnią elementu budowlanego, ze szczeliną o grubości wytrzymałościowo skutecznej warstwy kleju. Po zakotwieniu okucia biernego naprężanie pasa wykonywane jest przez oddziaływanie na okucie czynne siłownika liniowego, korzystnie hydraulicznego. W znanych rozwiązaniach urządzeń do naprężania pasa kompozytowego siłownik mocowany jest między zakotwionym do elementu budowlanego blokiem oporowym a okuciem czynnym pasa. Siła naprężająca przyłożona jest symetrycznie po obu stronach w płaszczyźnie pasa kompozytowego - co przykładowo przedstawia rozwiązanie według opisu EP 1507051. Niedogodnością tego rozwiązania jest konieczność wykonania wnęki, która może prowadzić do znaczącego osłabienia wzmacnianej konstrukcji.

Celem wynalazku jest usunięcie niedogodności i wad opisanych powyżej rozwiązań wzmacniania elementów budowlanych przez zastosowanie naprężanych taśm kompozytowych.

Istota wynalazku polega na tym, że dolna powierzchnia taśmy oddalona jest od płaszczyzny dolnych powierzchni okuć na wymiar nie większy od trzech grubości taśmy, przy czym okucie czynne za strefą wklejenia taśmy ma strefę mocowania zaczepu ruchomego z otworami gwintowanymi i dalej za nią strefę kotwienia z otworami przelotowymi. Okucie bierne za strefą wklejenia taśmy ma tylko strefę kotwienia z otworami przelotowymi. Zastosowanie okucia czynnego o takiej konstrukcji umożliwia naprężenie, zamocowanie i przyklejenie pasa bez konieczności wykonania wnęki w powierzchni wzmacnianego elementu. Wnęka uszkadza otulinę istniejącego zbrojenia w elemencie żelazobetonowym, osłabia elementy wykonane z betonu, cegły, i drewna. Pas przystosowany do naprężania bez konieczności wykonania wnęki umożliwia wzmacnianie elementów metalowych. Siła rozciągająca pas według wynalazku przyłożona jest nie osiowo, w niewielkiej odległości ponad górną powierzchnią okucia czynnego.

Korzystnym jest, gdy taśma w strefie wklejenia w okucie zamocowana jest dodatkowo nitami, które rozmieszczone są wzdłuż strefy tak, że osie nitów przesunięte są względem siebie w przekrojach poprzecznych sąsiadujących rzędów.

Korzystnym jest również, gdy okucie czynne i bierne wykonane jest z trzech płaskowników: górnego, środkowego i dolnego, połączonych ze sobą spoiną obwodową, wykonaną w strefie kotwienia i strefie mocowania zaczepu ruchomego. Płaskownik środkowy ma grubość równą grubości taśmy powiększoną o dwie grubości warstwy kleju.

PL 216 773 B1

Istota wynalazku dotyczącego urządzenia do naprężania powyżej opisanego pasa kompozytowego polega na tym, że urządzenie posiada dwie prowadnice boczne okucia czynnego, mocowane kotwami do elementu budowlanego i połączone poprzecznie mostkiem z zaczepem stałym, przykręcany śrubami do okucia czynnego zaczep ruchomy oraz rozpierak, korzystnie hydrauliczny. Rozpierak urządzenia jest zespołem samodzielnym, mającym budowę nożycową z dwoma ramionami połączonymi na górnych końcach przegubem. W strefie dolnej ramiona rozwierane są siłownikiem hydraulicznym, a na dolnych końcach zaopatrzone są w walcowe końcówki robocze, które okresowo wprowadzane są między zaczep stały i zaczep ruchomy. Prowadnice boczne przejmują składowe siły poprzeczne równoważące moment wynikający z nie osiowego przyłożenia do zaczepu ruchomego siły naprężania pasa.

Korzystnie jest, gdy siłownik zamocowany jest do ramion przez dwa przeguby, z których jeden osadzony jest na końcu tłoczyska a drugi na przedniej głowicy cylindra.

Wynalazek wyjaśniony jest opisem przykładowych wykonań pasa i urządzenia służącego do jego naprężania, pokazane na rysunkach. Figura 1 rysunku przedstawia widok z góry okucia czynnego, fig. 2 przekrój poprzeczny prowadzony według oznaczonej na fig. 1 linii A-A, fig. 3 powiększenie szczegółu „S” przekroju z fig. 2, fig. 4 funkcjonalny schemat urządzenia do naprężania pasa, figury 5 i 6 schematy połączeń zaczepu ruchomego i stałego odpowiednio według linii B-B i C-C, fig. 7 widok perspektywiczny urządzenia, fig. 8 widok z góry urządzenia z wprowadzonym między zaczepy rozpierakiem hydraulicznym, fig. 9 przekrój wzdłużny według linii D-D fig. 8, fig. 10 widok z góry prowadnicy, natomiast na figurach 11 i 12 pokazane są widoki perspektywiczne ramion cylindra i tłoczyska.

Pas posiada taśmę 1 wykonaną z włókien węglowych, ułożonych jednokierunkowo wzdłuż osi, osadzonych w osnowie polimerowej. Końce taśmy 1 wklejone są w stalowe okucia: jedno bierne 2 i drugie czynne 3 w formie prostokątnych płyt o szerokości większej od szerokości taśmy 1. Płyty okuć 2 i 3 wykonane są z trzech stalowych płaskowników: górnego 4, środkowego 5 i dolnego 6 - połączonych ze sobą na części obwodu spoiną 7. Płaskownik dolny 6 ma grubość równą podwójnej grubości g taśmy 1, co w niniejszym, przykładowym wykonaniu wynosi g = 2 mm i h = 4 mm. Płaskownik środkowy 5 jest krótszy od górnego 4 i dolnego 6, o wymiar długości strefy wklejenia taśmy I. Grubość płaskownika środkowego 5 jest równa grubości g taśmy 1 powiększonej o dwie grubości warstwy kleju. Na okuciu czynnym 3 za strefą wklejenia taśmy I znajdują się: strefa mocowania zaczepu ruchomego II z otworami gwintowanymi 9 i dalej za nią strefa kotwienia III z otworami przelotowymi 10. Spoina obwodowa 7 wykonana jest na obwodzie wspólnym, w zakresie stref mocowania zaczepu ruchomego Il i strefy kotwienia III. Okucie bierne 2 różni się od okucia czynnego 3 tylko długością, jest krótsze o wymiar długości strefy mocowania zaczepu ruchomego II, za strefą wklejenia taśmy I ma tylko strefę kotwienia III. Zamocowanie taśmy 1 w strefie wklejenia I w okuciach 2 i 3 dodatkowo wzmocnione jest połączeniem nitowym 8, którego nity 8 rozmieszczone są wzdłuż strefy wklejenia taśmy I z względnym przesunięciem osi w przekrojach poprzecznych w sąsiadujących rzędach. W strefie mocowania zaczepu ruchomego II na okuciu czynnym 3 osie otworów gwintowanych 9 przesunięte o połowę podziałki t/2 w sąsiadujących rzędach poprzecznych.

Urządzenie do naprężania opisanego powyżej pasa kompozytowego posiada elementy tworzące zaczepy dla siły rozciągającej, przykładanej przez rozpierak hydrauliczny R. Konstrukcja zaczepów zawiera dwie prowadnice boczne 11 mocowane kotwami prowadnic 24 do elementu budowlanego 25. Prowadnice boczne 11 połączone są poprzecznie mostkiem 12 z zaczepem stałym 13. Zaczep ruchomy 14 przykręcany jest śrubami 23 do okucia czynnego 3 pasa. Rozpierak hydrauliczny R jest samodzielnym zespołem o budowie nożycowej, z dwoma ramionami 15 i 16 połączonymi na górnych końcach przegubem ramion 17. W strefie dolnej ramiona 15 i 16 rozwierane są siłownikiem hydraulicznym 18, który zamocowany jest do ramienia cylindra 16 przez przegub 19 usytuowany na przedniej głowicy cylindra i drugim przegubem 19 do ramienia tłoczyska 15. Ramiona 15 i 16 na dolnych końcach zaopatrzone są w walcowe końcówki robocze 20, które okresowo wprowadzane są między zaczep stały 13 i zaczep ruchomy 14.

Technologia wzmacniania elementu budowlanego przy użyciu pasa i przy pomocy urządzenia według wynalazku polega na wykonaniu następujących czynności:

- wyznaczenie miejsc przebiegu istniejącego zbrojenia we wzmacnianym elemencie żelazobetonowym za pomocą urządzenia do lokalizacji zbrojenia,

- wytrasowanie według szablonu i wywiercenie otworów dla kotw okucia 21 w miejscu zamocowania okucia biernego 2. W elemencie 25 betonowym, kamiennym lub ceglanym są to otwory na sta4

PL 216 773 B1 lowe, gwintowane gniazda, w elemencie 25 drewnianym otwory pod wkręty do drewna, natomiast w elemencie 25 metalowym otwory gwintowane,

- przykręcenie do elementu 25 okucia biernego 2,

- przykręcenie do okucia czynnego 3 szablonu traserskiego i po rozwinięciu pasa wytrasowanie i wywiercenie otworów pod kotwy 24 mocujące prowadnice 11,

- zamocowanie prowadnic 11 kotwami 24,

- wprowadzenie okucia czynnego 3 w prowadnice 11,

- przykręcenie śrubami 22 zaczepu stałego 13 do prowadnic 11,

- przykręcenie śrubami 23 zaczepu ruchomego 14 do okucia czynnego 3, przez otwory 9,

- wprowadzenie końcówek roboczych 20 rozpieraka hydraulicznego R między zaczep stały 13 i ruchomy 14,

- naprężenie pasa żądaną siłą rozciągającą przez zasilanie siłownika 18 olejem o ciśnieniu o odpowiedniej wartości,

- wytrasowanie na elemencie 25 położenia otworów przelotowych 10 okucia czynnego 3 w stanie naprężonego pasa,

- w stanie naprężonego pasa sprawdzenie na całej długości taśmy 1, jej odległości od powierzchni elementu 25, w miejscach gdzie wymiar ten jest większy od 10 mm uzupełnienie podłoża zaprawą klejową lub zeszlifowanie nadmiaru betonu,

- zwolnienie naciągu i zdjęcie rozpieraka hydraulicznego R, odkręcenie zaczepu ruchomego 14 i wysunięcie okucia czynnego 3 z prowadnic 11,

- odkręcenie okucia biernego 2 i naniesienie kleju na taśmę 1 oraz na powierzchnię przylegania elementu 25,

- przeniesienie ze stanowiska do nakładania kleju pasa, przykręcenie okucia biernego 2 wsunięcie okucia czynnego 3 w prowadnice 11, przykręcenie zaczepu ruchomego 14 do okucia czynnego 3,

- wprowadzenie końcówek roboczych 20 rozpieraka hydraulicznego R między zaczep stały 13 i ruchomy 14, oraz naprężenie pasa żądaną siłą rozciągającą,

- przykręcenie kotwami 21 okucia czynnego 3 do elementu budowlanego 25,

- zwolnienie naciągu i zdjęcie rozpieraka hydraulicznego R.

Wykaz oznaczeń na rysunku

1. taśma

2. okucie bierne

3. okucie czynne

4. płaskownik górny

5. płaskownik środkowy

6. płaskownik dolny

7. spoina obwodowa

8. nit

9. otwór gwintowany

10. otwór przelotowy

I. strefa wklejenia taśmy

11. strefa mocowania zaczepu ruchomego

III. strefa kotwienia h. wymiar odsadzenia taśmy g. grubość taśmy

t. podziałka otworów gwintowanych

II. prowadnica boczna

12. mostek

13. zaczep stały

14. zaczep ruchomy

R. rozpierak hydrauliczny

15. ramię tłoczyska

16. ramię cylindra

17. przegub ramion

18. siłownik hydrauliczny

19. przegub siłownika

PL 216 773 B1

20. końcówka robocza

21. kotwa okucia

22. śruba (zaczepu stałego)

23. śruba (zaczepu ruchomego)

24. kotwa prowadnicy

25. element budowlany.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Pas kompozytowy do wzmacniania elementów budowlanych, posiadający taśmę wykonaną z jednokierunkowo ułożonych wzdłuż jej osi włókien, zwłaszcza węglowych, osadzonych w polimerowej osnowie wiążącej, której końce wklejone są w stalowe okucie bierne i czynne, mające postać prostokątnych płyt o szerokości większej od szerokości taśmy oraz w których wykonane są otwory przelotowe na kotwy mocowania naprężonego pasa do elementu budowlanego, znamienny tym, że dolna powierzchnia taśmy (1) oddalona jest od płaszczyzny dolnych powierzchni okuć (2, 3) na wymiar (h) nie większy od trzech grubości taśmy (1), przy czym okucie czynne (3) za strefą wklejenia taśmy (I) ma strefę mocowania zaczepu ruchomego (II) z otworami gwintowanymi (9) i dalej za nią strefę kotwienia (III) z otworami przelotowymi (10).
2. 2. Pas według zastrz. 1, znamienny tym, że taśma (1) w strefie wklejenia (I) w okucie (2, 3) dodatkowo zamocowana jest nitami (8), które rozmieszczone są wzdłuż strefy wklejenia taśmy (I) tak, że ich osie przesunięte są względem siebie w przekrojach poprzecznych sąsiadujących rzędów.
3. 3. Pas według zastrz. 1, znamienny tym, że okucie czynne (3) wykonane jest z trzech płaskowników: górnego (4), środkowego (5) i dolnego (6), połączonych ze sobą spoiną obwodową (7) w zakresie strefy kotwienia (III) i strefy mocowania zaczepu ruchomego (II), przy czym płaskownik środkowy (5) ma grubość równą grubości taśmy (g) powiększoną o dwie grubości warstwy kleju.
4. 4. Urządzenie do naprężania pasa kompozytowego przed przyklejeniem do płaskiej powierzchni elementu budowlanego, posiadające rozpierak hydrauliczny oddziaływujący na okucie czynne w kierunku napinania pasa, znamienne tym, że składa się z dwóch prowadnic bocznych (11) okucia czynnego (3), mocowanych kotwami prowadnic (24) do elementu budowlanego (25) i połączonych poprzecznie mostkiem (12) z zaczepem stałym (13), oraz z zaczepu ruchomego (14) przykręcanego śrubami (23) do okucia czynnego (3), natomiast rozpierak hydrauliczny (R) jest zespołem samodzielnym, mający budowę nożycową z dwoma ramionami (15, 16) połączonymi na górnych końcach przegubem ramion (17), w strefie dolnej rozwieranych siłownikiem hydraulicznym (18) a na dolnych końcach ramion (15, 16) zaopatrzonych w walcowe końcówki robocze (20), które okresowo wprowadzane są między zaczep stały (13) i zaczep ruchomy (14).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że siłownik (18) zamocowany jest do ramion (15, 16) przez dwa przeguby (19), z których jeden osadzony jest na końcu tłoczyska a drugi na przedniej głowicy cylindra.