АРМАТУРНЫЙ СТЕРЖЕНЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ Российский патент 2016 года по МПК E04C5/03 

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

Известны арматурные стержни периодического профиля, у которых наклонные поперечные ребра чередуются с впадинами цилиндрического сердечника /1/, или поперечные ребра имеют полукруглую форму и расположены параллельно друг другу /2, 3/, или арматурный стержень периодического профиля с сердечником круглого сечения и наклонными незамкнутыми серповидными поперечными выступами на поверхности, в котором отношение максимальной высоты поперечного выступа к шагу составляет 0,12-0,3 /4/.

Недостатками известных профилей является то, что за счет серповидной или полукруглой формы происходит снижение высоты поперечных ребер и, как следствие, уменьшение относительной площади смятия f_r и анкерующей способности арматуры в бетоне. При этом шаг поперечных ребер или отношение максимальной высоты поперечного выступа к шагу составляет 0,12-0,3 и устанавливается без учета физико-механических характеристик бетона и специфики работы бетонных опорных цилиндров между поперечными ребрами арматуры.

Наиболее близким является арматурный стержень периодического профиля по патенту RU 2545235 /5/, параметры поперечных ребер которого определены в соответствии с пределами прочности бетона при сжатии и срезе между поперечными ребрами при условии нарушения анкеровки по характеру "срез" при достижении бетоном под рабочими площадкам поперечных ребер призменной прочности R_b и предела прочности при срезе R_ср части оснований опорных бетонных цилиндров по следующей зависимости:

где t - шаг поперечных ребер;

b - ширина верхней части ребра;

h - высота ребра;

R_b - призменная прочность бетона;

R_ср - предел прочности бетона при срезе;

R_bt - прочность бетона на осевое растяжение;

а продольные ребра выполнены серповидными и размещены между поперечными без пересечения с ними.

Недостатком арматурного стержня периодического профиля с определенными таким образом геометрическими параметрами является то, что разрушение анкеровки арматуры в бетоне происходит при достижении бетоном под рабочими площадками поперечных ребер призменной прочности R_b одновременно с достижением предела прочности при срезе R_ср части оснований опорных бетонных цилиндров. То есть происходит полное разрушение анкеровки арматуры в бетоне, а серповидность продольных ребер не позволяет обеспечить одинаковое количество металла и стабильность механической прочности в сечениях по длине арматурного стержня.

Такой характер разрушения бетонных опорных цилиндров снижает надежность анкеровки арматуры в бетоне, а серповидность продольных ребер не обеспечивает стабильности механической прочности в различных сечениях по длине арматурного стержня.

В то же время не учитываются особенности применения арматуры периодического профиля в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения и в предварительно напряженных железобетонных конструкциях в стадии предварительного обжатия бетона и в стадии эксплуатации.

Техническая задача заключается в повышении прочности сцепления и надежности анкеровки арматурного стержня в бетоне в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения и в предварительно напряженных железобетонных конструкциях в стадии предварительного обжатия бетона и в стадии эксплуатации.

Поставленная задача решается таким образом, что в арматурном стержне периодического профиля, включающем сердечник круглого сечения, наклонные поперечные ребра постоянной высоты и продольные ребра, размещенные между поперечными без пересечения с ними, согласно изобретению шаг поперечных ребер t определен из условия обеспечения нарушения анкеровки вследствие разрушения бетонных опорных цилиндров под рабочими площадками при достижении призменной прочности R_b по следующей зависимости:

t - шаг поперечных ребер;

b - ширина верхней части ребра;

h - высота ребра;

R_ср - предел прочности бетона при срезе;

R_b - призменная прочность бетона,

при этом продольные серповидные ребра имеют в верхней части участок постоянной высоты, длина которого не менее расстояния в свету между концами противоположных продольных ребер.

Также шаг поперечных ребер t определен из условия обеспечения нарушения анкеровки вследствие разрушения бетонных опорных цилиндров под рабочими площадками при достижении предела прочности бетона при смятии R_см по следующей зависимости:

t - шаг поперечных ребер;

b - ширина верхней части ребра;

h - высота ребра;

R_ср - предел прочности бетона при срезе;

R_см - предел прочности бетона при смятии.

Также шаг поперечных ребер t определен в соответствии с условием обеспечения нарушения анкеровки вследствие разрушения бетонных опорных цилиндров под рабочими площадками при достижении кубиковой прочности R по следующей зависимости:

t - шаг поперечных ребер;

b - ширина верхней части ребра;

h - высота ребра;

R_ср - предел прочности бетона при срезе;

R - кубиковая прочность бетона.

Предлагаемая конструкция арматурного стержня отличается от известной тем, что шаг поперечных ребер определен из условия обеспечения нарушения анкеровки арматуры в бетоне в различных железобетонных конструкциях вследствие разрушения бетонных опорных цилиндров под рабочими площадками поперечных ребер при достижении бетоном или призменной прочности R_b, или предела прочности бетона при смятии R_см, или кубиковой прочности бетона R, без среза оснований бетонных опорных цилиндров, а продольные ребра имеют в верхней части участок постоянной высоты, длиной не менее расстояния в свету между концами противоположных продольных ребер, чем достигается равное количество металла и одинаковая механическая прочность в сечениях по длине арматурного стержня. При разрушении бетонных опорных цилиндров под рабочими площадками поперечных ребер арматурного стержня не происходит полного разрушения анкеровки арматуры в бетоне, так как анкеровка обеспечивается сопротивлением срезу части оснований бетонных опорных цилиндров.

Технический результат - определение такого шага поперечных ребер, когда происходит разрушение бетонных опорных цилиндров под рабочими площадками без среза оснований опорных бетонных цилиндров, что обеспечивает максимальную прочность сцепления и повышенную надежность анкеровки арматурного стержня в бетоне, а выполнение продольных ребер с участком постоянной высоты в верхней части, длина которого не менее расстояния в свету между концами противоположных продольных ребер, обеспечивает равное количество металла и одинаковую механическую прочность в сечениях по длине арматурного стержня.

На фиг. 1 представлен арматурный стержень; фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; фиг. 3 - схемы к расчету шага поперечных ребер периодического профиля для железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры и для предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Арматурный стержень содержит сердечник 1 круглого сечения, продольные ребра 2 и наклонные поперечные ребра 3 постоянной высоты. Продольные ребра 2 имеют участок "а" постоянной высоты в верхней части, длиной не менее расстояния в свету "с" между концами противоположных продольных ребер.

Геометрические размеры профиля обеспечивают такое напряженно-деформированное состояние в контактном слое бетона, когда разрушение бетонных опорных цилиндров и соответственно разрушение анкеровки арматуры в бетоне происходит в два этапа - вначале происходит частичное разрушение бетонных опорных цилиндров под рабочими площадками поперечных ребер арматуры и только затем происходит срез части их оснований, полное разрушение бетонных опорных цилиндров и соответственно полное разрушение анкеровки. В предельной стадии на первом этапе прочность сцепления арматуры с бетоном обеспечивается призменной прочностью бетона R_b, или пределом прочности бетона при смятии R_см, или кубиковой прочностью бетона R под рабочими площадками поперечных ребер арматуры (линия "а-б" фиг. 3). На втором этапе - сопротивлением срезу части оснований бетонных опорных цилиндров (линия "д-г" фиг. 3).

Разрушение анкеровки в два этапа достигается тем, что усилие, необходимое для среза части оснований бетонных опорных цилиндров, превышает усилие, необходимое для разрушения бетонных опорных цилиндров под рабочими площадками поперечных ребер: в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения

откуда

или

Шаг поперечных ребер профиля

в предварительно напряженных железобетонных конструкциях в стадии предварительного обжатия бетона

откуда

или

Шаг поперечных ребер профиля

в предварительно напряженных железобетонных конструкциях в стадии эксплуатации

откуда

или

Шаг поперечных ребер профиля

где 2·F_r - площадь боковой поверхности поперечного ребра арматуры.

Пример

Выполняем расчет периодического профиля по ГОСТ 5781 (1991 г.) /6/.

Исходные данные для расчета:

Диаметр стержня - 16 мм

Класс бетона В 35

Призменная прочность бетона R_b=25,5 МПа

Кубиковая прочность бетона R=31,875 МПа

Предел прочности бетона при смятии R_см=44,625 МПа

Прочность бетона на осевое растяжение R_bt=1,95 МПа

В соответствии с возможностями технологии прокатки арматуры примем ширину верхней части ребра и высоту ребра по ГОСТ 5781 b=h=1,5 мм.

Шаг поперечных ребер периодического профиля арматуры для: железобетонных конструкций без предварительного напряжения

предварительно напряженных железобетонных конструкций в стадии предварительного обжатия бетона

предварительно напряженных железобетонных конструкций в стадии эксплуатации

Таким образом, периодический профиль арматуры для применения в бетоне класса В 35 должен иметь:

в железобетонных конструкциях без предварительного напряжения

шаг поперечных ребер t>15,249 мм;

ширину верхней части ребра b=1,5 мм;

высоту ребра h=1,5 мм;

в предварительно напряженных железобетонных конструкциях в стадии предварительного обжатия бетона

шаг поперечных ребер t>9,249 мм;

ширину верхней части ребра b=1,5 мм;

высоту ребра h=1,5 мм;

предварительно напряженных железобетонных конструкций в стадии эксплуатации

шаг поперечных ребер t>12,686 мм;

ширину верхней части ребра b=1,5 мм;

высоту ребра h=1,5 мм.

При выдергивании арматурных стержней с такими параметрами из бетонных кубов в соответствии с Рекомендациями РС-6 РИЛЕМ/ФИП/ЕКБ, разрушение анкеровки происходит в два этапа - при достижении бетоном бетонных опорных цилиндров призменной прочности R_b или предела прочности бетона при смятии R_см или кубиковой прочностью бетона R под рабочими площадкам поперечных ребер (линия "а-б") и в последующем предела прочности при срезе R_ср части оснований бетонных опорных цилиндров (линия "д-г").

Таким образом, достигается максимальная прочность сцепления арматурного профиля и повышается надежность анкеровки арматуры в бетоне железобетонных конструкций.

Разрушение анкеровки арматуры периодического профиля в бетоне в два этапа особенно важно при сейсмических, техногенных или природных чрезвычайных ситуациях, когда первоначальные внешние воздействия носят кратковременный характер и могут превышать расчетные значения внешних нагрузок, в то время как последующие воздействия имеют затухающий характер и не превышают первоначальные. При первоначальном воздействии разрушение анкеровки будет частичным, - только под рабочими площадками поперечных ребер. Полного разрушения анкеровки не произойдет, так как при последующих затухающих внешних воздействиях анкеровка арматуры периодического профиля в бетоне будет обеспечиваться сопротивлением срезу части оснований бетонных опорных цилиндров.

Источники информации

1. ТУ 14-1-5254-2006 "Прокат периодического профиля для армирования железобетонных конструкций. Технические условия", М, 2006 г.

2. Патент GB 1053298 А, кл. E04C 5/03, 29.10.1962.

3. Патент ЕР 0232245 А2, кл. E04C 5/03, 12.08.1987.

4. Патент RU 2003119675, кл. E04C 5/03, 20.02.2005.

5. Патент RU 2545235, кл. E04C 5/03, 27.03.2015.

6. ГОСТ 5781 (1991 г.) "Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия". - М., Госстандарт. 76 с.

Фиг. 3

а - для железобетонных конструкций без предварительного напряжения арматуры,

б - для предварительно напряженных железобетонных конструкций в стадии обжатия,

в - для предварительно напряженных железобетонных конструкций в стадии эксплуатации.

Использование: для армирования железобетонных конструкций. Арматурный стержень периодического профиля состоит из сердечника круглого поперечного сечения с наклонными поперечными ребрами постоянной высоты на поверхности. Шаг поперечных ребер t определен из условия обеспечения нарушения анкеровки вследствие достижения предельных физико-механических характеристик бетона под рабочими площадками

где t - шаг поперечных ребер;

b - ширина верхней части ребра;

h - высота ребра;

R_b - призменная прочность бетона;

R_см - предел прочности бетона при смятии;

R - кубиковая прочность бетона;

R_ср - предел прочности бетона при срезе.

Технический результат - шаг поперечных ребер определен из условия обеспечения нарушения анкеровки вследствие разрушения бетонных опорных цилиндров под рабочими площадками поперечных ребер при достижении призменной прочности R_b или предела прочности бетона при смятии R_см или кубиковой прочности бетона R в зависимости от вида железобетонных конструкций. 3 ил.

Арматурный стержень периодического профиля, включающий сердечник круглого сечения, наклонные поперечные ребра постоянной высоты и продольные ребра, размещенные между поперечными без пересечения с ними, отличающийся тем, что шаг поперечных ребер t определен из условия обеспечения нарушения анкеровки вследствие разрушения бетонных опорных цилиндров под рабочими площадками при достижении призменной прочности R_b по следующей зависимости:

где
t - шаг поперечных ребер;
b - ширина верхней части ребра;
h - высота ребра;
R_ср - предел прочности бетона при срезе;
R_b - призменная прочность бетона,
или при достижении предела прочности бетона при смятии R_см по следующей зависимости:
$$t>\frac{R_{см}}{R_{ср}}\cdot h+b$$ ,
где
t - шаг поперечных ребер;
b - ширина верхней части ребра;
h - высота ребра;
R_ср - предел прочности бетона при срезе;
R_см - предел прочности бетона при смятии,
или при достижении кубиковой прочности R по следующей зависимости:
где
t - шаг поперечных ребер;
b - ширина верхней части ребра;
h - высота ребра;
R_ср - предел прочности бетона при срезе;
R - кубиковая прочность бетона,
при этом продольные ребра имеют в верхней части участок постоянной высоты, длина которого не менее расстояния в свету между концами противоположных продольных ребер.