Комбинированная труба и способ изготовления комбинированной трубы

Комбинированная труба и способ изготовления комбинированной трубы

Реферат

Изобретение относится к производству асбоцементных и бетонных труб с усиливающей наружной оболочкой и может найти применение в строительстве, например, при устройстве коммуникационных сетей.

Широко известны трубы из композиционных материалов с внутренними и наружными армирующими слоями (патент России №2095676, F16L 9/133, 1997). Известна труба из композиционных материалов и способ ее производства (патент России №2221183, F16L 9/12, 2004), согласно которому пропитывают связующим наполнитель и наматывают его на формообразующее тело, намотку ведут в три стадии, создавая армированные конструкционные слои, после чего производят отверждение материала.

Известны комбинированные многослойные трубы, в которых основной материал - бетон или портландцемент, усилен слоями из композиционных материалов (а.с. №646131, F16L 9/08, 1979; а.с. №1815462, F16L 9/08, 1993).

Недостатком вышеперечисленных способов является низкая несущая способность комбинированной трубы вследствие неудовлетворительной прочности асбоцемента или бетона на растяжение.

Для увеличения прочности комбинированных труб используют предварительное растяжение волокон композиционного материала, ориентируемых в кольцевом направлении (а.с. №518159, F16L 11/14, 1971; а.с. №642560, F16L 9/08, 1979).

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана асбоцементная труба по а.с. №591651, F16L 9/08, 1978, на жесткий сердечник которой послойно навита армирующая лента. Для повышения несущей способности трубы армирующую ленту при намотке подвергают натяжению, в результате чего в кольцевых волокнах возникают предварительно растягивающие напряжения.

При намотке композиционно-волокнистого материала с натяжением, в основной трубе из асбоцемента возникают начальные напряжения сжатия, накладывающиеся на эксплуатационные растягивающие напряжения, но это происходит только в кольцевом направлении. При эксплуатации же трубы часто возникают осевые растягивающие напряжения, а прочность бетона и асбоцемента на растяжение очень низка.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение прочностных характеристик комбинированной трубы, в частности, повышение ее прочности при растягивающих осевых усилиях.

Технический результат достигается тем, что в комбинированной трубе, состоящей из асбоцементной или бетонной основной трубы и наружного покрытия из композиционно-волокнистого материала, волокна которого ориентированы в кольцевом и осевом направлениях, кольцевые волокна композиционного материала находятся в предварительно растянутом состоянии, наружное покрытие охватывает наружную цилиндрическую поверхность и частично или полностью торцевые поверхности основной трубы или заполняет кольцевые канавки, образованные с обоих концов основной трубы, причем осевые волокна композиционного материала находятся в предварительно растянутом состоянии. В способе изготовления комбинированной трубы, включающем намотку на основную асбоцементную или бетонную трубу наружного покрытия из композиционно-волокнистого материала, состоящего из волокон, ориентированных в кольцевом и осевом направлениях, натяжение кольцевых слоев во время намотки, основную трубу перед намоткой подвергают напряжению сжатия в осевом направлении и фиксируют это сжатие технологической оснасткой, наматывают композиционный материал с охватом торцевых поверхностей или заполнением кольцевых канавок, в концевых зонах основной трубы, отверждают композиционный материал и затем снимают технологическую оправку, фиксирующую осевое сжатие. Основную трубу подвергают начальному осевому напряжению сжатия величиной 30-80 МПа.

Технический результат достигается за счет придания основной трубе начального осевого напряжения сжатия и последующего сохранения основной трубы в напряженном состоянии за счет поджатия ее торцов усиливающим покрытием из композиционно-волокнистого материала.

На чертеже представлен продольный разрез комбинированной трубы с технологической оснасткой.

Комбинированная труба состоит из основной трубы 1, изготовленной из асбоцемента или бетона и наружного покрытия 2 из композиционно-волокнистого материала. Наружное покрытие 2 с обоих концов основной трубы 1 охватывает конические поверхности ее торцов или заполняет кольцевые канавки, образованные с обоих концов основной трубы 1. При этом часть торца основной трубы 1 остается свободной для сопряжения с элементами технологической оснастки. Технологическая оснастка состоит из двух планшайб 3, двух гаек 4 и центрального штревеля 5.

Способ изготовления комбинированной трубы осуществляют следующим образом.

При выполнении основной трубы 1 с коническими участками торцевых поверхностей планшайбы 3 прижимают к плоским поверхностям ее торцов с помощью гаек 4, навинчиваемых на центральный штревель 5. При выполнении основной трубы 1 с кольцевыми канавками на цилиндрической части, планшайбы 3 так же прижимают к ее торцевым поверхностям. Величину прижатия выбирают из расчета возникновения сжимающих напряжений величиной 30-80 МПа. Далее производят намотку на основную трубу 1 наружного покрытия 2, направляя композиционный материал таким образом, чтобы он охватывал ее торцевые поверхности или заполнял кольцевые канавки, образованные в концевых зонах основной трубы 1, не снимая при этом сжимающего усилия со стороны технологической оснастки. Далее, не убирая технологической оснастки, отверждают материал наружного покрытия 2. После завершения процесса отверждения снимают технологическую оснастку. Наружное покрытие 2 продолжает сжимать основную трубу 1, при этом в нем создаются напряжения растяжения в осевом направлении. В результате предлагаемого способа получают комбинированную трубу с определенным внутренним осевым сжимающим напряжением, повышающим ее прочность при действии эксплуатационных нагрузок. Оптимальная величина начального осевого напряжения сжатия определена расчетным путем.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить расчетную прочность комбинированной трубы на действие растягивающих осевых усилий.

1. Комбинированная труба, состоящая из асбоцементной или бетонной основной трубы и наружного покрытия из композиционно-волокнистого материала, волокна которого ориентированы в кольцевом и осевом направлениях, кольцевые волокна композиционного материала находятся в предварительно растянутом состоянии, отличающаяся тем, что наружное покрытие охватывает наружную цилиндрическую поверхность и частично или полностью торцевые поверхности основной трубы или заполняет кольцевые канавки, образованные с обоих концов основной трубы, причем осевые волокна композиционного материала находятся в предварительно растянутом состоянии.

2. Способ изготовления комбинированной трубы, включающий намотку на основную асбоцементную или бетонную трубу наружного покрытия из композиционно-волокнистого материала, состоящего из волокон, ориентированных в кольцевом и осевом направлениях, натяжение кольцевых слоев во время намотки, отличающийся тем, что основную трубу перед намоткой сжимают в осевом направлении и фиксируют это сжатие технологической оснасткой, наматывают композиционный материал с охватом торцевых поверхностей или заполнением кольцевых канавок в концевых зонах основной трубы, отверждают композиционный материал и затем снимают технологическую оправку, фиксирующую осевое сжатие.

3. Способ изготовления комбинированной трубы по п.2, отличающийся тем, что основную трубу подвергают начальному осевому напряжению сжатия величиной 30-80 МПа.