АРМАТУРНЫЙ СТЕРЖЕНЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ Российский патент 1994 года по МПК E04C5/03 

Изобретение относится к арматурным элементам, предназначенным для армирования железобетонных конструкций.

Известен арматурный стержень периодического профиля, содержащий сердечник с поперечным сечением в форме эллипса и расположенные на поверхности сердечника наклонные серповидные ребра, вершины которых ограничены окружностью диаметром, равным большой оси эллипса сечения сердечника, причем имеется определенное отношение малой оси эллипса и расстояние между фокусами эллипса к его большой оси [1].

Недостатком данного стержня является высокая распорность при взаимодействии с бетоном, а малая поверхность контура стержня не позволяет достичь требуемой степени прокаливания срединных слоев металла при термоупрочнении, особенно для стержней крупного диаметра. Это сдерживает производство высокопрочной стержневой арматурой стали крупных диаметров.

Наиболее близким к изобретению является арматурная сталь периодического профиля с плавно сопрягающимися с боковой поверхностью наклонными ребрами, причем поперечное сечение арматурной стали образовано замкнутой кривой, составленной из дуг окружностей разных диаметров, расположенных симметрично, в четном количестве [2].

Основным недостатком этого периодического профиля является наличие концентраторов напряжений в местах пересечения продольных и поперечных ребер, что существенно снижает усталостную прочность стержня, а также обуславливает низкую технологичность проката, повышенный износ прокатных валков и др.

Целью изобретения является улучшение совместной работы стержня с бетоном, повышение усталостной прочности, а также условий термообработки и проката.

Поставленная цель достигается тем, что в арматурном стержне, содержащем сердечник и расположенные на его поверхности наклонные ребра, внешний контур которого в нормальном сечении образован сочетанием четного количества симметричных кривых, кривые, образующие внешний контур сердечника стержня, выполнены в форме укороченной гипоциклоиды с четным числом ветвей, при этом максимальное удаление текущей точки гипоциклоиды от внешнего контура наклонных ребер составляет 0,05-1,0 от шага наклонных ребер и 0,03-0,3 от номинального диаметра стержня.

На фиг.1 изображен арматурный стержень периодического профиля; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Контур сердечника 1 имеет в поперечном сечении форму укороченной гипоциклоиды с четным числом ветвей. Наклонные ребра имеют внешний контур 2, проекция которого в нормальном сечении стержня представляет замкнутую кривую, составленную из четного количества сопрягающихся симметричных выпуклых кривых. Соотношение между максимальным удалением текущей точки гипоциклоиды от внешнего контура наклонных ребер h и их шагом t составляет 0,05-1,0, а отношение той же величины к номинальному диаметру стержня d_н находится в пределах 0,03-0,3.

При соотношениях h/t и h/d_н вне указанных пределов анкерующая способность арматурного стержня настолько снижается, что он становится неэффективным по сцеплению с бетоном.

Общепринятой оценкой эффективности периодического профиля по сцеплению с бетоном является использование, так называемого, критерия удельной погонной площади смятия бетона под поперечными выступами арматуры или критерия Г.Рема:
f_R= , где F_см - площадь смятия поперечных выступов профиля, равная площади проекции выступов на нормальное сечение стержня;
d_н - номинальный диаметр стержня;
t - шаг поперечных ребер.

Если в профиле параметры h/t и h/d_н принимать ниже указанной в формуле нижней границы (соответственно ниже 0,05 и 0,03), значения критерия f_R существенно падают. Такая арматура перестает удовлетворять как по прочности заделки, так и по другим рабочим признакам (не обеспечивается требуемая в расчете ширина раскрытия трещин, прогибы, надежность работы концевых анкеров преднапряженных конструкций и т.д.).

В случае же назначения параметров профиля с превышением верхней границы, указанной в формуле изобретения (10,0 и 0,3), на поперечные выступы, не участвующие в основной работе стержня на растяжение, потребуется затратить избыточное количество металла (30% и более), а прокат стержней со столь энергичным профилем становится технологически невозможным из-за невыжима металла в высокие поперечные выступы. Этим обоснованы указанные границы ограничений.

Форма сердечника стержня в виде укороченной гипоциклоиды позволяет не только получить профиль с плавно сопрягающимися с основным телом стержня поперечными ребрами, но и достичь следующих дополнительных преимуществ:
- за счет более развитой внешней поверхности сердечника стержня (по сравнению с кругом или эллипсом) увеличивается площадь контакта стержня с бетоном и тем самым улучшается сцепление его с бетоном;
- увеличение внешней поверхности стержня создает возможность для интенсивного прокаливания срединных слоев арматуры при ее закалке, чего не удается достичь при существующем обычном и серповидном профиле, особенно для крупных диаметров арматуры;
- снижается расклинивающее действие арматуры на бетон за счет рассеивания распорных воздействий как минимум по четырем направлениям, а не по двум, как это имеет место для серповидного профиля;
- повышаются прочность и удлинения арматуры при статическом растяжении, что подтверждается результатами выполненных испытаний натуральных образцов опытного проката.

Этот эффект может достигаться за счет более полного участия металла наклонных утопленных ребер в работе стержня на осевое растяжение. Такое предположение основано на том, что стержень более компактен, а наклонные ребра слитно вписаны в основную массу металла, приближены к оси стержня. Кроме того, происходит более равномерная закалка срединных слоев металла, равномерное упрочнение его по всему поперечному сечению;
- повышение предела выносливости арматуры предлагаемого профиля достигается исключением основных очагов концентрации напряжений (узлов пересечения продольных и поперечных ребер), чувствительность к которым возрастает с повышением прочности арматурной стали.

Использование: в строительстве при армировании железобетонных конструкций. Сущность изобретения: арматурный стержень периодического профиля содержит сердечник и расположенные на его поверхности наклонные ребра, внешний контур которого в нормальном сечении образован сочетанием четного количества симметричных кривых, причем последние выполнены в форме укороченной гипоциклоиды с четным числом ветвей, а максимальное удаление текущей точки гипоциклоиды от внешнего контура составляет 0,05 ... 1,0 от шага наклонных ребер и 0,03 ... 0,3 от номинального диаметра стержня. 2 ил.

АРМАТУРНЫЙ СТЕРЖЕНЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ, содержащий сердечник и расположенные на его поверхности наклонные ребра, внешний контур сердечника в нормальном сечении образован сочетанием четного количества симметричных кривых, отличающийся тем, что, с целью улучшения совместной работы стержня с бетоном, повышения усталостной прочности, а также условий термообработки и проката, кривые, образующие внешний контур сердечника, выполнены в форме укороченной гипоциклоиды с четным числом ветвей, причем максимальное удаление текущей точки гипоциклоиды от внешнего контура стержня составляет 0,05 - 1,0 шага наклонных ребер и 0,03 - 0,3 номинального диаметра стержня.