СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМАТУРНОГО КАНАТА Российский патент 2005 года по МПК E04C5/03 D07B7/10 

Изобретение относится к канатному производству и может быть использовано при производстве гибкой арматуры, предназначенной для армирования предварительно напряженных изделий из бетона и других пластических материалов.

Известен способ изготовления арматурного каната, включающий изготовление проволок круглого сечения, свивку проволок в канат, упругое обжатие свитого каната путем волочения через обжимную плашку и низкотемпературный отпуск каната (см. ГОСТ 13840-68. Канаты стальные арматурные).

Недостатком известного способа является невозможность изготовления арматурного каната с развитой поверхностью из-за того, что в процессе изготовления свитый канат волочат через обжимную плашку, что приводит к дополнительному сглаживанию его наружной поверхности. Кроме того, изготавливаемый по известному способу арматурный канат имеет низкие физико-механические свойства вследствие того, что повивочные проволоки в процессе свивки укладывают под большим углом к оси каната, что требует большого изгиба проволок, а следовательно, приводит к возникновению в них высоких продольных напряжений, которые при низкотемпературном отпуске устраняются лишь частично.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ производства арматурных канатов, включающий изготовление проволок круглого сечения, нанесение периодического профиля на наружные проволоки, свивку проволок в канат и его последующее обжатие. При этом периодический профиль наносят на всю поверхность проволок перед свивкой их в канат, а после свивки осуществляют упругое обжатие путем волочения свитого каната через обжимную плашку (см. пат. ФРГ № 1659265, Е 04 С 5/03).

Недостатком известного способа является невозможность изготовить арматурный канат с высокими физико-механическими свойствами вследствие того, что при изгибе повивочных проволок в процессе свивки возникают значительные напряжения на границах выступов и впадин, являющихся концентраторами напряжений. Кроме того, при упругом обжатии свитого каната путем волочения его через обжимную плашку концентраторы напряжений подвергаются дополнительной нагрузке, что приводит к росту напряжений в канате, вплоть до зарождения трещин, а в зависимости от взаиморасположения выступов и впадин периодического профиля на повивочных проволоках каната последний в процессе волочения через обжимную плашку может приобретать отклонения от прямолинейной формы, что снижает равномерность натяжения проволок в канате. Все это также приводит к снижению физико-механических свойств каната.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении физико-механических свойств арматурного каната при сохранении развитого рельефа поверхности каната, обеспечивающего высокую степень сцепления его с бетоном.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе изготовления арматурного каната, включающем изготовление проволок круглого сечения, нанесение периодического профиля на повивочные проволоки, свивку проволок в канат и обжатие каната, в котором согласно изобретению нанесение периодического профиля осуществляют на наружный участок поверхности повивочных проволок после свивки их в канат путем деформации свитого каната в закрытом круглом роликовом калибре, причем одновременно с нанесением периодического профиля в калибре осуществляют пластическое обжатие каната со степенью обжатия 2-15%.

Отличительный признак, характеризующий нанесение периодического профиля на наружный участок поверхности повивочных проволок после свивки их в канат, в известных технических решениях не обнаружен.

Известно нанесение периодического профиля путем деформации в закрытом круглом роликовом калибре с одновременным пластическим обжатием изделия при изготовлении стержневой арматуры. Указанные операции предназначены для нанесения периодического профиля на поверхность стержневой арматуры и ее деформационного упрочнения (см. Оценка взаимосвязи относительного параметра сцепления “fr” периодического профиля и степени деформации при профилировании (А.В.Харитонов// Деп. в ВИНИТИ, 2003).

В заявляемом способе указанные признаки так же, как в известном способе, предназначены для нанесения периодического профиля на поверхность каната и его деформационного упрочнения.

Однако наравне с известными техническими свойствами указанные признаки в заявляемом способе создают новый технический эффект, заключающийся в удлинении наружных участков повивочных проволок свитого каната при пластическом обжатии последнего в роликовом калибре, что приводит к компенсации напряжений упругого растяжения, возникающих в наружных участках повивочных проволок в процессе свивки, причем вследствие уменьшения напряжений упругого растяжения происходит удлинение проволок до положения равновесия между напряжениями растяжения и сжатия, в результате чего указанные напряжения уменьшаются, способствуя повышению физико-механических свойств каната.

Известно пластическое обжатие каната при изготовлении канатов закрытой конструкции для создания поверхностного контакта между проволоками каната и формирования цилиндрической наружной поверхности каната (см. а.с. СССР №369196, D 02 E 3/08).

В заявляемом способе операция пластического обжатия каната так же, как в известном способе, предназначена для создания поверхностного контакта между проволоками каната.

Однако наравне с известным техническим свойством указанная операция в заявляемом способе проявляет новое техническое свойство, заключающееся в предотвращении скольжения проволок обжимаемого каната относительно инструмента, что обеспечивает равномерный (без отставания наружных участков) характер деформации проволок и позволяет исключить создание дополнительных напряжений в канате в процессе его пластического обжатия.

На основании вышеприведенного анализа известных источников информации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ изготовления арматурного каната не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Изготовление арматурного каната осуществляют следующим образом.

Предварительно изготавливают центральную проволоку и повивочные проволоки круглого сечения, свивают их между собой в канат в любой известной канатовьющей машине, например, сигарного типа. После свивки на наружный участок повивочных проволок каната наносят периодический профиль путем холодной деформации свитого каната в закрытом круглом роликовом калибре. Одновременно с нанесением периодического профиля на поверхность каната в указанном калибре осуществляют пластическое обжатие каната со степенью обжатия 2-15%.

Заявляемый режим обжатия каната позволяет достичь удлинения наружных участков повивочных проволок свитого каната, обеспечивающего снижение напряжений в повивочных проволоках, что способствует повышению физико-механических свойств каната, при одновременном создании развитого рельефа его поверхности, обеспечивающего высокую заанкеривающую способность каната.

При степени обжатия каната меньше 2% последний имеет низкую заанкеривающую способность из-за слабо развитого рельефа поверхности, а также низкие физико-механические свойства из-за недостаточного удлинения наружных участков повивочных проволок, не обеспечивающего снижение напряжений в них. При степени обжатия каната больше 15% изготавливаемый канат будет также иметь слабо развитый рельеф поверхности из-за сглаживания пазов между повивочными проволоками, низкую гибкость из-за высокого коэффициента заполнения сечения каната, а также недостаточно высокие физико-механические свойства (релаксационную стойкость и относительное удлинение) из-за возникающей при значительных обжатиях неравномерности деформации.

По заявляемому способу арматурный канат может быть выполнен как однослойным, так и многослойным. Кроме того, заявляемый способ позволяет изменять в широких пределах шаг периодического профиля, способствуя повышению заанкеривающей способности заявляемого каната.

Пример. Для обоснования преимуществ заявляемого способа были проведены лабораторные испытания канатов, изготовленных по заявляемому способу (опыты 1-6), и каната, изготовленного по прототипу (опыт 7). В опытах 2-5 степень обжатия канатов задавалась в заявляемых пределах. В опытах 1 и 6 режимы обжатия выходили за соответственно минимальный и максимальный заявляемые пределы.

Все канаты изготавливались из стали 70. Исходный номинальный диаметр канатов составлял 12,40 мм, диаметр центральной проволоки 4,20 мм, диаметр наружных проволок 4,10 мм, шаг свивки 160 мм.

Оценка заанкеривающей способности канатов производилась по показателю относительной площади смятия, адаптированному для канатов (см. Сравнительная оценка свойств шестипроволочного арматурного каната (В.А.Харитонов, В.П.Манин, Л.М.Зарецкии// Деп. в ВИНИТИ, 2002). Показатель относительной площади смятия fr′ характеризует проецируемую на плоскость, перпендикулярную оси каната, площадь смятия, приходящуюся на единицу длины каната. Показатель относительной площади смятия fr′′ характеризует сумму проецируемых на плоскости, перпендикулярные поверхностям повивочных проволок каната, площадей смятия, приходящуюся на единицу длины каната.

Кроме того, замерялись показатели относительного удлинения и релаксации напряжений при нагрузке 75% Р_в.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Таблица№ опытаСтепень обжатия, %Показатель относительной площади смятияРелаксация напряжений, %Относительное
удлинение, %fr’, мм²/ммfr”, мм²/мм111,9610,1548,03,5222,1520,3856,04,0372,4990,7994,05,54102,7631,3853,55,55152,1602,4114,05,06161,9442,625,04,57(прототип)-2,1430,29512,03,5

Результаты испытаний показывают, что изготовленный по заявляемому способу арматурный канат по сравнению с прототипом имеет более высокие физико-механические свойства:

- потери от релаксации напряжений в канате в 2-3,5 раза ниже, чем в канате по прототипу;

- относительное удлинение каната в 1,2-1,6 раза выше, чем у прототипа.

Кроме того, изготовленный по заявляемому способу арматурный канат имеет высокие показатели заанкеривающей способности по сравнению с прототипом, т.к. показатель fr^’, характеризующий сопротивление продольному перемещению, у каната, изготовленного по заявляемому способу (опыт 2-4), в 1,004-1,29 раза выше, чем у прототипа, а показатель fr^”, характеризующий сопротивление винтовому перемещению, у каната выше, чем у прототипа в 1,3-8,17 раза.

Изобретение может быть использовано при производстве гибкой арматуры для предварительно напряженных изделий из бетона и других пластических материалов. Технический результат - повышение физико-механических свойств изготавливаемого арматурного каната при сохранении развитого рельефа его поверхности, обеспечивающего высокую степень сцепления с бетоном. Для этого предварительно изготавливают центральную проволоку и повивочные проволоки круглого сечения, свивают их между собой в канатовьющей машине. Затем путем деформации свитого каната в закрытом круглом роликовом калибре осуществляют пластическое обжатие арматурного каната со степенью обжатия 2-15% и одновременно наносят периодический профиль в виде впадин и выступов на наружный участок повивочных проволок каната. Способ позволяет изготавливать как однослойный, так и многослойный канаты. 1 табл.

Способ изготовления арматурного каната, включающий изготовление проволок круглого сечения, нанесение периодического профиля на повивочные проволоки, свивку проволок в канат и обжатие каната, отличающийся тем, что нанесение периодического профиля осуществляют на наружный участок поверхности повивочных проволок после свивки их в канат путем деформации свитого каната в закрытом круглом роликовом калибре, причем одновременно с нанесением периодического профиля в калибре осуществляют пластическое обжатие каната со степенью обжатия 2-15%.