Универсальный гибкий мат с краевой частью меньшего возвышения над поверхностью (варианты)

Универсальный гибкий листовой мат предназначен для укрепления берегов, защиты трубопроводов, создания основания для размещения грузов с целью хранения или транспортирования. Мат состоит из твердых блоков объединенных гибкими связями. Блоки краевой части мата обеспечивают плавность перехода от нижней к верхней поверхности. В первом варианте средняя толщина по меньшей мере двух блоков краевой части мата меньше средней толщины соседних с ними блоков внутренней части мата. По второму варианту блоки краевой части мата выполнены с наружной гранью малого угла наклона. В третьем варианте одна из сторон блока краевой части мата имеет форму для большего заглубления блока по сравнению с блоками внутренней части мата при приложении ко всем блокам мата одинакового усилия для вдавливания мата в поверхность. Существенно снижен коэффициент гидродинамического сопротивления, повышена безопасность и удобство использования мата. 3 н.п. ф-лы, 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

Полезная модель относится к области строительства, а именно: к гидротехническим сооружениям для укрепления берегов, дамб, русел, бортов каналов или для балластировки и защиты подводных переходов трубопроводов от размыва потоками воды, их защиты от переносимых течением предметов, а также для защиты иных инженерных сооружений; к средствам для укрепления откосов; к покрытиям из готовых сборных элементов, в частности - для пешеходных дорожек и тротуаров, а также постоянных или временных дорог для техники на гусеничном ходу, для оснований опор мостов или аналогичных сооружений; к строительным элементам специального назначения - для установки, в частности, трубопроводов.

Также полезная модель относится к области хранения или транспортировки массивных объектов, а именно к приспособлениям для укладки на них грузов с целью хранения или транспортирования.

Одним из получивших широкое распространение типов матов, способных выполнять данные назначения, является универсальный гибкий листовой мат из твердых блоков, которые объединены в единое однослойное полотно гибкими связями, а форма блоков и расстояние между соседними блоками выбраны из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга.

Характерным примером такого типа матов является мат, известный из патентного документа US 4375928 A (опубликовано 08.03.1983), являющийся наиболее близким аналогом настоящего технического решения.

Однако для матов данного типа характерен ряд известных недостатков.

В описании полезной модели RU 84400 U1 (опубликовано 10.07.2009) указано на то, что известный мат недостаточно эффективен для защиты поверхности дна от размыва течением воды. Согласно сведениям из описаний изобретений RU 2129635 C1 (опубликовано 27.04.1999), RU 2352714 C2 (опубликовано 20.04.2009), RU 2364678 C2 (опубликовано 20.08.2009) и RU 2365702 C1 (опубликовано 27.08.2009), также серьезным недостатком известного мата является его низкая сцепляемость с грунтом. Кроме того, как было отмечено в описании к патенту на полезную модель RU 102014 U1 (опубликовано 10.02.2011), указанное изобретение не обеспечивало надежного удержания гибкого бетонного покрытия при высоких скоростях потока воды, например, во время паводка на равнинных реках.

Перечисленные недостатки обусловлены, в частности тем, что коэффициент гидродинамического сопротивления известного мата достаточно высок для того, чтобы при соответствующих условиях (например, при паводке) сдвинуть мат с первоначального места установки, что вполне возможно при низкой сцепляемости мата с грунтом.

При выполнении мата, например, из мешков с наполнителем, сцепление мата с поверхностью было бы существенно выше и наблюдаемого нежелательного эффекта не наблюдалось бы, однако для матов описываемого типа, из твердых блоков, целесообразно по возможности уменьшить вероятность его смещения.

Недостаточная эффективность известного мата для защиты от размыва поверхности дна течением воды обусловлена тем, что для обеспечения гибкости, помимо использования гибких связей, в матах данного типа блоки размещают на расстоянии друг от друга, что позволяет изгибать мат из блоков соответствующей формы (обычно пирамидальной или конической). Из-за наличия промежутков между блоками мата там возможно возникновение локальных потоков воды, размывающих поверхность под матом. Причем, чем выше коэффициент гидродинамического сопротивления такого мата, тем больше поток воды, который не огибает мат сверху, а завихряясь воздействует на область поверхности перед первым блоков мата вымывая ее и проникает в пространство между блоками, вымывая поверхность также и там. Так как мат данного типа является листовым, представляет собой однослойное полотно, то поток воды, проходящий между блоками не встречает достаточного сопротивления, при котором величина такого потока была бы незначительна и не достаточна для разрушения поверхности под матом.

В случае наземного применения матов наибольшую проблему представляет возможность сминания или сдвига универсального гибкого листового мата из твердых блоков, в котором твердые блоки объединены в единое однослойное полотно гибкими связями, а их форма и расстояние между ними выбраны из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга, например, при перетаскивании на мат данного типа груза. Указанные нежелательные эффекты возможны из-за механического воздействия груза (или движителя транспортного средства) на резко выступающий край мата данного типа.

Таким образом, существует потребность в совершенствовании известной конструкции для снижения гидродинамических нагрузок на мат и для предотвращения возможных повреждений днищ небольших судов (лодок или катеров) резко выступающим краем мата. Также целесообразно уменьшить размыв поверхности, на которой находится мат и увеличить надежность его фиксации на месте, исключив дрейф или отрыв мата от поверхности.

Для наземных применений целесообразно создание мата более безопасного и удобного в эксплуатации по сравнению с известными аналогами: например, если мат использован для покрытия пешеходной дорожки или тротуара, то ступая на такое покрытие человек не должен зацепится своей ногой за его край, а в случае применения мата как временного или постоянного покрытия дороги для техники на гусеничном ходу край мата не будет подвергаться разрушению или чрезмерному износу, движение транспортного средства будет более плавным (то есть при оборудовании покрытия не требуется специальная заделка его края); в случае применения мата в качестве приспособления для укладки на него грузов для хранения или транспортирования целесообразно такое выполнение края мата, которое бы позволило более легко и более плавно перемещать (в частности, путем перекатывания или волоком) груз на него.

Причем важно решить поставленные задачи без усложнения конструкции мата и без использования дополнительных элементов, а также без снижения его эксплуатационных характеристик.

Решить данные задачи можно придав мату данного типа большую обтекаемость, с краевой частью меньшего, по сравнению с известными аналогами, возвышения над поверхностью на которой расположен мат. При этом под краевой (кромочной) частью мата понимается вся совокупность блоков с края полотна мата (то есть крайних блоков, расположенных на краю или по краю; данные блоки также могут быть охарактеризованы как наружные блоки полотна мата) или только часть таких блоков (в частности, расположенных только с одного края мата, например, обращенного против течения воды или против направления движения объектов по мату). В зависимости от конфигурации и расположения полотна мата его краевая часть может быть образована как минимум двумя (в случае образования полотна мата только двумя рядами блоков) или большим числом блоков.

Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат для универсального гибкого листового мата из твердых блоков, в котором твердые блоки объединены в единое однослойное полотно гибкими связями, а их форма и расстояние между ними выбраны из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга, заключается в увеличении плавности перехода от поверхности, на которой (или частично под которой) расположен универсальный мат данного типа, к верхней габаритной поверхности полотна мата, что выражается, в том числе, и в снижении коэффициента гидродинамического сопротивления мата при нахождении мата в потоке воды - существенно снижается лобовое сопротивление полотна потоку воды, а также заключается в увеличении надежности расположения мата на поверхности. Существенными при этом являются условия: а) сохранения универсальности мата (что связано с его листообразностью - мат такой формы имеет множество применений, и твердостью блоков, объединенных в единое однослойное полотно гибкими связями, выбором формы и расстояния между блоками из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга), б) отсутствия усложнения его конструкции (так как после изготовления мата не требуются дополнительные отдельные элементы, обеспечивающие плавность перехода от поверхности к верхней части мата, для его установки на поверхность) и в) сохранения его эксплуатационных характеристик (в частности, сохраняется гибкость по кромке мата, так как не менее двух блоков краевой части мата обладают свойством меньшего возвышения над поверхностью, что позволяет изгибать мат). Соблюдение перечисленных условий необходимо для получения указанного технического результата.

Технический результат достигается благодаря тому, что в первом варианте выполнения технического решения в универсальном гибком листовом мате из твердых блоков, в котором твердые блоки объединены в единое однослойное полотно гибкими связями, а форма блоков и расстояние между соседними блоками выбраны из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга, средняя величина толщины по меньшей мере двух блоков одной краевой части мата на 10÷70% меньше средней величины толщины соседних с ними блоков внутренней части мата или средней величины толщины прилегающих к ним соответствующих последовательностей из 2÷3 блоков внутренней части мата. Причем для данных блоков краевой части мата выполнено условие по соотношению между их средней величиной толщины в наружной, центральной и внутренней частях одного блока: , где - средняя величина толщины блока в его наружной части, - средняя величина толщины блока в его средней части, - средняя величина толщины блока в его внутренней части.

В частном случае выполнения данного варианта технического решения .

В другом частном случае выполнения данного варианта технического решения .

Второй вариант выполнения технического решения характеризуется тем, что в универсальном гибком листовом мате из твердых блоков, в котором твердые блоки объединены в единое однослойное полотно гибкими связями, а форма блоков и расстояние между соседними блоками выбраны из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга, по меньшей мере два блока одной краевой части мата выполнены с наружной гранью. Причем величина толщины блока в области данной грани соотносится с величиной габаритной толщины соответствующего блока по условию h>0,8H _g, где h - величина толщины части блока в области грани (толщина грани), а H_g - величина габаритной толщины блока, а 50°80°, где - наружный угол наклона грани.

В частном случае своего выполнения данный вариант технического решения отличается тем, что блоки с наружной гранью характеризуются наличием острого ребра или ребер с наружной части блока.

Также в частном случае выполнения данный вариант технического решения отличается тем, что блоки с наружной гранью характеризуются наличием скругленного ребра или ребер с наружной части блока.

Третий вариант выполнения технического решения характеризуется тем, что в гибком мате из твердых блоков, содержащем совокупность объединенных в полотно блоков, в котором форма блоков и расстояние между соседними блоками выбраны из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга, одна из сторон по меньшей мере одного блока краевой части мата, соединенного с соседним блоком или блоками гибкой связью или связями, имеет форму, обеспечивающую большее заглубление данной стороны и всего блока в целом по сравнению с блоками внутренней части мата при приложении ко всем блокам мата одинакового усилия для вдавливания мата в поверхность.

В частном случае своего выполнения техническое решение по третьему варианту характеризуется тем, что блок краевой части мата имеет форму шара или цилиндра.

Также в частном случае выполнения по третьему варианту, техническое решение характеризуется тем, что сторона блока имеет пирамидальную или конусообразную форму, причем в еще одном частном случае пирамида или конус являются усеченными.

Полезная модель поясняется следующими графическими материалами, на которых показан вид сбоку краевой части матов различного выполнения. На фиг.1 блок краевой части мата и один блок внутренней части мата показаны в разрезе, на фиг.2-10 в разрезе показаны только блоки краевой части мата.

Фиг.1: известный мат.

Фиг.2: мат со скошенным блоком краевой части мата.

Фиг.3: мат, блок краевой части которого имеет грань, занимающую почти всю переднюю поверхность блока.

Фиг.4: мат, блок краевой части которого имеет параллельные верхнюю и нижнюю грани и меньшую толщину по сравнению с блоками внутренней части мата.

Фиг.5: мат, блок краевой части которого выполнен с гранью и ступенью.

Фиг.6: мат, блок краевой части которого выполнен скругленным.

Фиг.7: мат, блок краевой части которого имеет круглую форму в разрезе.

Фиг.8: мат, блок краевой части которого имеет в разрезе форму сегмента окружности.

Фиг.9: мат, блок краевой части которого имеет форму, обеспечивающую блоку большее заглубление.

Фиг.10: мат, блок краевой части которого имеет форму, обеспечивающую большее заглубление, после установки на защищаемую поверхность.

Конструктивное выполнение мата известного типа показано на фиг.1.

Мат содержит блоки 1 и 2, представляющие собой объемные тела. Блок 1 является блоком краевой части мата. Блоки 2 являются блоками внутренней части мата. Блоки 1 и 2 в матах известного типа имеют примерно одинаковый размер и форму. Все блоки соединены между собой гибкими связями 3 в единое однослойное полотно, представляющее собой, например, сетчатую структуру с блоками в местах пересечения связей.

Так как маты известного типа представляют собой однослойное полотно с примерно одинаковой толщиной всех блоков, и имеют длину (ширину) существенно превышающую высоту такого мата, то такие маты могут быть охарактеризованы как листообразные или листовые. В мате известного типа форму блоков и расстояние между соседними блоками выбирают исходя из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга, что в совокупности с гибкими связями позволяет достичь требуемой гибкости мата в целом. В зависимости от особенностей применения мата блоки обычно выполняют в форме усеченных тетрагональных пирамид (как в наиболее близком аналоге) или бипирамид (фиг.1), конусов (нижняя половина блока краевой части мата на фиг.8) или полусфер (верхняя половина блока краевой части мата на фиг.8). Расстояние между блоками зависит от угла наклона бетонного блока и диаметра каната или троса (патентный документ RU 2129635 C1, 27.04.1999).

В качестве соединительного элемента для соединения блоков - гибких связей, используют тросы, канаты или ленты: металлические (например, стальные), синтетические (например, капроновые или полиамидные) или композитные. Блоки обычно изготавливают из бетона или полимербетона.

Возможно и иное выполнение элементов мата известного типа.

Благодаря своим свойствам (в первую очередь, листообразности, гибкости и твердости блоков) маты известного типа являются универсальными, так как могут иметь самое широкое применение, в отличие от специализированных матов, конструкция которых предназначена для решения вполне определенной, частной технической задачи.

В отличие от известной конструкции мата, согласно первому варианту настоящего технического решения, предлагается придавать блокам с края мата меньшую толщину, чем блокам из внутренней части мата.

Так как в частных случаях своего выполнения блок мата представляет собой объемное тело сложной формы, то целесообразно исходить из соотношения средних величин толщины блока краевой части мата и толщины прилегающего блока внутренней части мата. Листовой мат содержит как минимум два блока к какой-либо краевой части мата. При создании настоящего технического решения установлено, что предпочтительно выбирать такой размер блоков, чтобы средняя величина толщины по меньшей мере двух блоков краевой части мата была на 10÷70% меньше средней величины толщины соседних с ними блоков внутренней части мата или средней величины толщины прилегающих к ним соответствующих последовательностей из 2÷3 блоков внутренней части мата.

Примеры формы таких блоков краевой части мата показаны на фиг.2-6.

Однако условия уменьшения средней толщины блока краевой части мата не достаточно для обеспечения обтекаемости или плавности перехода от поверхности, на которой (или частично под которой) расположен мат, к верхней габаритной поверхности полотна мата.

Каждый блок краевой части мата можно условно разделить на три части (фиг.1): наружную (A), среднюю (B) и внутреннюю (C), граничащую с блоком внутренней части мата.

Если соблюдается условие по соотношению между средней величиной толщины блока краевой части мата в его наружной, центральной и внутренней частях: , где - средняя величина толщины блока краевой части мата в его наружной части, - средняя величина толщины блока краевой части мата в его средней части, - средняя величина толщины блока краевой части мата в его внутренней части, то средняя толщина данного блока возрастает от наружной части к внутренней части блока (фиг.2, 3, 5 и 6) или остается постоянной (фиг.4), что обеспечивает достижение технического результата.

В частных случаях целесообразно также соблюдать условие или условие .

Согласно второму варианту данного технического решения, предлагается выполнять большую наружную грань на поверхности блоков с края мата, имеющую малый внутренний угол наклона (фиг.3 и 6).

Технический результат в данном варианте достигается, если величина толщины указанной грани соотносится с величиной габаритной толщины соответствующего блока по условию h>0,8H_g, где h - величина толщины части блока в области грани, а H_g - величина габаритной толщины блока краевой части мата, а 50°80°, где - наружный угол наклона грани блока.

При этом горизонтальные ребра блока краевой части мата являются острыми или скругленными (фиг.3 и 6), причем скругленные ребра на практике более предпочтительны.

В третьем варианте техническое решение реализуется путем придания одной из сторон блока (блоков) краевой части мата такой формы, благодаря которой можно достичь большего заглубления данного блока по сравнению с блоками внутренней части мата, если воздействовать на блоки мата с одинаковым усилием, вдавливая мат в поверхность.

Данный вариант полезной модели может быть реализован на достаточно рыхлых поверхностях.

Влияние формы блока на процесс погружения блока в грунт известно из патентного документа RU 85915 U1 (опубликован 20.08.2009): благодаря своему весу и форме, которая имеет вид усеченных двухсторонних пирамид, полотно, а именно каждый его блок, погружается в грунт.

Если блок краевой части мата соединен с соседним блоком (блоками) гибкой связью (связями), то возможно его отклонение от общей плоскости мата вниз, обеспечиваемое формой той стороны блока, которая опирается на поверхность. При этом происходит уменьшение возвышения блока краевой части над поверхностью, что эквивалентно уменьшению его средней высоты по сравнению с блоками внутренней части мата.

Примером такого выполнения являются блоки краевой части мата в форме шара, цилиндра (фиг.7) или пирамидальной, конусообразной формы (фиг.8 и 9). В частном случае такого выполнения блока краевой части мата пирамида или конус являются усеченными, но более острыми, чем основания блоков внутренней части мата.

Если блок краевой части мата выполнен с верхней гранью, то при погружении такого блока в поверхность произойдет поворот грани наружу (фиг.10). Поворот блока краевой части мата обусловлен тем, что внутренняя часть мата соединена с другим блоком, не способным так легко погружаться в грунт. Данный поворот сильно заглубленного блока краевой части мата эквивалентен второму варианту выполнения настоящего технического решения.

Кроме того, усиленное проникновение блока краевой части мата в поверхность приводит к более надежной фиксации мата на поверхности.

1. Универсальный гибкий листовой мат из твердых блоков, характеризующийся тем, что твердые блоки объединены в единое однослойное полотно гибкими связями, в котором форма блоков и расстояние между соседними блоками выбраны из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга, отличающийся тем, что средняя величина толщины по меньшей мере двух блоков одной краевой части мата на 10-70% меньше средней величины толщины соседних с ними блоков внутренней части мата или средней величины толщины прилегающих к ним соответствующих последовательностей из 2÷3 блоков внутренней части мата, причем для данных блоков краевой части мата выполнено условие по соотношению между их средней величиной толщины в наружной, центральной и внутренней частях одного блока: , где - средняя величина толщины блока в его наружной части, - средняя величина толщины блока в его средней части, - средняя величина толщины блока в его внутренней части.

2. Мат по п.1, отличающийся тем, что .

3. Мат по п.1, отличающийся тем, что .

4. Универсальный гибкий листовой мат из твердых блоков, характеризующийся тем, что твердые блоки объединены в единое однослойное полотно гибкими связями, в котором форма блоков и расстояние между соседними блоками выбраны из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга, отличающийся тем, что по меньшей мере два блока одной краевой части мата выполнены с наружной гранью, причем величина толщины блока в области данной грани соотносится с величиной габаритной толщины соответствующего блока по условию h>0,8H_g, где h - величина толщины части блока в области грани, а H_g - величина габаритной толщины блока, а 50°80°, где - наружный угол наклона грани.

5. Мат по п.4, отличающийся тем, что блок с гранью в краевой части мата характеризуется наличием острого ребра или ребер с наружной части блока.

6. Мат по п.4, отличающийся тем, что блок с гранью в краевой части мата характеризуется наличием скругленного ребра или ребер с наружной части блока.

7. Гибкий мат из твердых блоков, содержащий совокупность объединенных в полотно блоков, в котором форма блоков и расстояние между соседними блоками выбраны из условия обеспечения подвижности блоков относительно друг друга, отличающийся тем, что одна из сторон по меньшей мере одного блока краевой части мата, соединенного с соседним блоком или блоками гибкой связью или связями, имеет форму, обеспечивающую большее заглубление данной стороны и всего блока в целом по сравнению с блоками внутренней части мата при приложении ко всем блокам мата одинакового усилия для вдавливания мата в поверхность.

8. Мат по п.7, отличающийся тем, что блок с края мата имеет форму шара или цилиндра.

9. Мат по п.7, отличающийся тем, что сторона блока имеет пирамидальную или конусообразную форму.

10. Мат по п.9, отличающийся тем, что пирамида или конус являются усеченными.