АРМАТУРНЫЙ СТЕРЖЕНЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ Российский патент 2006 года по МПК E04C5/03 

Изобретение относится к арматурным элементам, в том числе малых диаметров, поставляемых в мотках, предназначенным для армирования железобетонных конструкций.

Известен арматурный стержень периодического профиля, содержащий сердечник и расположенные на его поверхности наклонные к продольной оси стержня поперечные ребра, внешний контур сердечника в нормальном сечении выполнен в форме укороченной гипоциклоиды с четным числом ветвей [1].

Недостатком известного решения при его реализации в прокатном производстве является сложность получения требуемой высоты поперечного ребра на современных высокопроизводительных станах. Из-за высоких скоростей прокатки и образования продольных ребер в зонах начальных точек ветвей гипоциклоиды поперечные ребра образуются с высотой меньше требуемой величины. Образуемые при прокатке продольные ребра к тому же уменьшают угол охвата сердечника стержня поперечными ребрами и тем самым также снижают сцепление арматуры с бетоном.

Техническая задача заключается в улучшении сцепления арматурного стержня с бетоном за счет увеличении высоты поперечных ребер и угла охвата ими сердечника стержня без снижения производительности прокатных станов.

Поставленная задача решается таким образом, что на арматурном стержне периодического профиля, содержащем сердечник с внешним контуром поперечного сечения в форме укороченной гипоциклоиды с четным числом ветвей и расположенными на ее поверхности наклонными к продольной оси стержня поперечными ребрами, высота поперечных ребер в зонах расположения начальных точек ветвей гипоциклоиды составляет 0,01÷0,1 номинального диаметра d_н арматурного стержня при отношении высоты h поперечных ребер в вершинах гипоциклоиды к высоте h₁ ребер в ее начальных точках от 1,0 до 5,0, при этом угол охвата поперечным ребром сердечника стержня составляет 160-180°. Кроме того, ширина поперечного ребра в начальных точках гипоциклоиды меньше ширины ребра в вершинах гипоциклоиды.

Отличие предлагаемого арматурного стержня заключается в том, что высота поперечных ребер в зонах начальных точек ветвей гипоциклоиды составляет 0,01÷0,1 номинального диаметра арматурного стержня при отношении высоты поперечных ребер в вершинах гипоциклоиды к высоте ребер в ее начальных точках от 1,0 до 5,0 и угле охвата поперечным ребром сердечника от 160° до 180°. Ширина поперечных ребер стержней, имеющих внешний контур поперечного сечения сердечника близкий к астроиде или к квадрату, переменна, в начальных точках гипоциклоиды она меньше, чем в вершинах гипоциклоиды.

Предлагаемые форма и размеры поперечных ребер обеспечивают в процессе прокатки арматуры более полное их заполнение металлом, так как образующиеся в канавках профилирующих валков воздушные пузыри ("мешки") концентрируются в этом случае в вершинах поперечных ребер, расположенных в области двух из четырех противоположных начальных точек ветвей гипоциклоиды, образующей форму сердечника арматуры, позволяя обжимаемому валками металлу максимально заполнять объем поперечных канавок. Высота ребра h₁ определена экспериментально из условия максимального заполнения металлом поперечных ребер и составляет 0,01÷0,1 номинального диаметра арматурного стержня. Угол охвата сердечника стержня поперечным ребром не может превышать 180°, так как при прокатке стержень формируется в симметричной паре валков с канавками, соответствующими половине его сечения. При наличии продольных ребер угол охвата сердечника стержня поперечным ребром может уменьшиться до 160°.

Величина отношения h/h₁ определяется из условий, соответствующих крайним значениям параметра расположения точек, описывающих укороченные гипоциклоиды, которые образуют внешний контур сердечника арматурного стержня.

Когда описывающая гипоциклоиду точка находится на расстоянии от центра направляющей (основной) окружности радиусом R, равном или близком трем значениям радиуса r производящего круга при соотношении r/R=1/4, внешний контур сердечника стержня имеет форму круга (линия центров гипоциклоиды) или близкую к кругу. В этом случае h/h₁=1, ширина поперечных ребер постоянна по периметру сердечника стержня, обеспечивается необходимый уровень сцепления арматуры с бетоном. Для принятых соотношений h/h₁ и h₁/d_н в худшем случае будет превышено нормируемое минимальное значение относительной площади смятия поперечных ребер f_R (критерий Рэма).

Когда описывающая гипоциклоиду точка находится от центра основной окружности с радиусом R на расстоянии, близком четырем значениям радиуса r производящего круга при отношении r/R=1/4, внешний контур поперечного сечения сердечника стержня близок по форме к астроиде. В этом случае h/h₁=5, ширина поперечных ребер в начальных точках гипоциклоиды меньше ширины ребер в вершинах гипоциклоиды.

Сердечник арматурного стержня по форме поперечного сечения близок к квадрату с закругленными углами, когда описывающая гипоциклоиду точка находится от центра основной окружности с радиусом R на расстоянии 3,4 r при отношении r/R=1/4, где r - радиус производящего круга. В этом случае h/h₁=2,3, ширина поперечных ребер в начальных точках гипоциклоиды меньше ширины ребер в вершинах гипоциклоиды.

На фиг.1,2 и 3 изображено поперечное сечение арматурного стержня периодического профиля (варианты форм укороченной гипоциклоиды); фиг.4 - А-А на фиг.1; фиг.5 - А-А на фиг.2 и 3.

Арматурный стержень периодического профиля содержит сердечник 1, продольные ребра 2, которые могут иметь место (фиг.2 и 3) или отсутствовать(фиг.1), и поперечные наклонные к продольной оси стержня ребра 3. Внешний контур сердечника 1 имеет в поперечном сечении форму укороченной гипоциклоиды с четным числом ветвей. В зависимости от параметров расположения точки, описывающей укороченную гипоциклоиду при отношении r/R=1/4, форма укороченной гипоциклоиды может варьироваться от близкой к кругу (фиг.1) до близкой к астроиде (фиг.2). Промежуточным видом внешнего контура сердечника стержня является квадрат с закругленными углами (фиг.3). Высота поперечных ребер 3 в зонах расположения начальных точек ветвей гипоциклоиды составляет 0,01÷0,1 номинального диаметра арматуры. Угол охвата сердечника стержня поперечным ребром равен 160-180°. Ширина поперечных ребер постоянна (фиг.4) или переменна (фиг.3) в начальных точках и в вершинах гипоциклоиды в зависимости от формы внешнего контура сердечника стержня. Величина отношения h/h₁ определяется из условий, соответствующих крайним значениям параметра расположения точек, описывающих укороченную гипоциклоиду, образующую форму внешнего контура сердечника арматурного стержня.

Когда описывающая гипоциклоиду точка находится на расстоянии от центра направляющей (основной) окружности радиусом R, равном или близком трем значениям радиуса r производящего круга при соотношении r/R=1/4, внешний контур сердечника стержня имеет форму круга (линия центров гипоциклоиды) или близкую к кругу (фиг.1). В этом случае h/h₁=1, ширина поперечных ребер постоянна по периметру сердечника стержня.

Когда описывающая гипоциклоиду точка находится от центра основной окружности с радиусом R на расстоянии, близком четырем значениям радиуса r производящего круга при отношении r/R=1/4, внешний контур поперечного сечения сердечника стержня близок по форме к астроиде (фиг.2). В этом случае h/h₁=5, ширина поперечных ребер в начальных точках гипоциклоиды меньше ширины ребер в вершинах гипоциклоиды.

Сердечник арматурного стержня по форме поперечного сечения близок к квадрату с закругленными углами, когда описывающая гипоциклоиду точка находится от центра основной окружности с радиусом R на расстоянии 3,4 r при отношении r/R=1/4, где r - радиус производящего круга (фиг.3). В этом случае h/h₁=2,3, ширина поперечных ребер в начальных точках гипоциклоиды меньше ширины ребер в вершинах гипоциклоиды.

Такая конфигурация арматурного стержня периодического профиля позволяет обеспечить при прокатке максимальное заполнение металлом поперечных ребер с получением, нормируемых значений их высоты и необходимого сцепления арматуры с бетоном.

Пример.

Были прокатаны две опытные партии арматурных стержней периодического профиля номинальным диаметром 5,5 и 7 мм с внешним контуром поперечного сечения сердечника близким к квадрату (фиг.3). Соотношения фактических размеров равны: h₁=0,04d_н; h/h₁=2,25. Относительная площадь смятия поперечных ребер f_R, определенная с учетом фактических размеров периодического профиля, равна f_R=0,055 для номинального диаметра 5,5 мм и f_R=0,065 для номинального диаметра 7 мм, что на 41-44% превышает нормируемые минимальные значения f_R по Евронормам EN10080 [2] и подтверждает повышение сцепления арматуры с бетоном.

Источники информации

1. Патент РФ №2015270, кл. Е 04 С 5/03, БИ №12 30.06.94 г. (прототип).

2. EN 10080-1:1999Е "Steel for reinforcement of concrete - Weldable reinforcing steel"-CEN. January 1999.

Использование: для армирования железобетонных конструкций. Сущность: Арматурный стержень периодического профиля имеет сердечник с поперечным сечением в виде укороченной гипоциклоиды с четным числом ветвей и наклонные к продольной оси поперечные ребра на его поверхности. Поперечные ребра расположены с углом охвата сердечника стержня 160-180°. Высота поперечных ребер в начальных точках ветвей гипоциклоиды составляет 0,01-0,1 номинального диаметра арматурного стержня при отношении высоты поперечных ребер в вершинах гипоциклоиды к высоте ребер в ее начальных точках 1,0÷5,0. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Арматурный стержень периодического профиля с формой сердечника в виде укороченной гипоциклоиды с четным числом ветвей и наклонными к продольной оси поперечными ребрами на его поверхности, отличающийся тем, что высота поперечных ребер в начальных точках ветвей гипоциклоиды составляет 0,01÷0,1 номинального диаметра арматурного стержня при отношении высоты поперечных ребер в вершинах гипоциклоиды к высоте ребер в ее начальных точках 1,0÷5,0, при этом поперечные ребра расположены с углом охвата сердечника стержня 160-180°.2. Арматурный стержень по п.1, отличающийся тем, что ширина поперечного ребра в начальных точках гипоциклоиды меньше ширины ребра в вершинах гипоциклоиды.