Стальная арматура периодического профиля Советский патент 1981 года по МПК E04C5/03 

(54) СТАЛЬНАЯ АРМАТУРА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

1

Изобретение относится к армированию напряженных железобетонных конструкций, а именно к горячекатаным стержням периодического профиля, преимущественно винтового, предназначенного для работы в бетоне совместно с гайкой (соединительной муфтой) по принципу резьбовых соединений.

Известен арматурный стержень, содержащий периодические выступы в четыре ряда, смещенные относительно друг друга на 90°. Каждая пара противоположных рядов выступов формируется отдельно в клетях дуо - предчистовой и чистовой. Выступы, сформированные в последней клети, имеют шаг, отличающийся от щага выступов, сформированных в предчистовой клети. Выступы по окружности смещены относительно друг друга по длине раската (щагу) и перекрывают друг друга своим охватом по периметру стержня 1.

Недостатком этого профиля арматуры является отсутствие возможности состыковывать стержни (арматурной стали) при помощи гаек-муфт. Кроме того, технология получения периодических выступов на известном арматурном профиле связана с необходимостью синхронизации двух клетей с периодическими калибрами.

Известны прутки арматурной стали, содержащие ромбовидные выступы, которые располагаются по винтовой линии на цилиндрической поверхности прутка таким образом, что обеспечивают навинчивание гайки как с правым, так и с левым заходом резьбы 2j.

Недостатками этих прутков являются более высокие трудозатраты при его производстве, связанные с расточкой валков и вы10полнением в их ручьях ромбовидных впадин.

Недостатком также является сравнительно малая протяженность выступов по периметру стержня, снижающая нагрузочную способность соединения арматурных стержней с гайкой. Формирование сравнительно

15 высоких ромбовидных выступов в двухвалковых калибрах связано со значительными трудностями, так как эти выступы необходимо формировать на вертикальной оси калибра при неблагоприятном напряженно-деформированном состоянии в очаге де20формации.

Наиболее близкой к предлагаемому является стальная арматура периодического профиля, содержащая стержень с расположенными на его поверхности по винтовой линии периодическими выступами, разделенными продольными лысками. Полувитки примыкают к продольным ребрам высотой до 2мм и шириной от -gg- ДО периметра профиля. Размеры выступов выбираются такими, чтобы выполнялись следующие условия, 3« P/h 11; l,4Vh/DN ,5Vh/DN W (0,17-0,3)DN; 23-60°, где p - щаг витка; h - высота витка; DN-номинальный диаметр арматуры; д/- ширина витка; Л -угол наклона боковых граней сторон витка 3. К недостаткам известной арматуры следует отнести форму периодических выступов, которые можно получить ограниченной высоты в двухвалковом калибре из-за неблагоприятного напряженно-деформируемого состояния в очаге деформации; угол наклона боковых сторон выступа, не конкретный для каждого профиля, что может вызвать снос передней стороны выступа при прокатке арматурной стали; наличие продольного ребра, создающего дополнительные резкие переходы на поверхности профиля, являющиеся концентраторами напряжений и снижающими усталостную прочность арматурной стали. Кроме того, формирование продольного ребра связано с увеличением нагрузок на валки, интенсификацией их износа, который практически невозможно компенсировать подстройкой валков при прокатке винтовой арматурной стали из-за возникающего при этом взаимного смещения полувитков; опасность оковывания валков раскатом при формировании сравнительно высоких выступов. При формировании равновысокого выступа (витка) с охватом почти половины периметра стержня в двухвалковом калибре необходимо применять овальный предчистовой раскат. Прокатка овального раската в круглом калибре в этом случае характеризуется большим обжатием срединных частей его и преимущественным перемещением металла в продольном направлении, что, в силу условия постоянства объема при пластической деформации, приводит к ухудшению заполнения металлом впадин в ручьях валков. Снос передней стороны периодических выступов обусловлен разными линейными скоростями раската и валков (опережением) на выходе из очага деформации. В связи с тем, что значение опережения различно в разных случаях прокатки арматурной стали, то и угол наклона передней стороны выступа, обеспечивающий беспрепятственный выход выступа из впадин в ручьях валков, должен быть конкретным. Опас ность сноса выступа особенно велика на вертикальной оси калибра, так как на ней имеет место наиболее значительная разница в линейных скоростях раската и валков. Повыщение высоты выступов в известном стержне арматурной стали обычно достигается путем увеличения обжатия овального предчистового раската. Однако значительного увеличения высоты выступа при этом не происходит, но резко увеличиваится удельные давления на контактных поверхностях валков и раската, что приводит к заклиниванию металла во впадинах ручья. Выводные проводки при прокатке такого профиля арматурной стали не контактируют с негладкой поверхностью, ручьев и своевременно не снимают заклинившийся раскат в ручьях, что приводит к оковыванию валка раскатом. Целью изобретения является повышение эксплуатационных свойств арматурной стали и улучшение текнологии ее прокатки. Поставленная цель достигается тем, что в стальной арматуре, содержащей стержень с расположенными на его поверхности по винтовой линии периодическими выступами, разделенными продольными лысками, периодические выступы на середине своей длины, равной 0,15-0,25 диаметра стержня, выполнены с уменьщением высоты по контуру с кривизной обратного знака, а угол наклона боковой грани профиля каждого выступа к вертикали, исходя из условий прокатки в клетях дуо, выбран в пределах: 50°.агс1§{5(|-) .fl.2(-l) где h - максимальная высота периодического выступа на участке по периметру калибра, имеющем максимальную разность продольных скоростей раската и рабочих поверхностей калибра; R - радиус валков на участке калибра, формирующем высоту выступа h; ()-внутренний диаметр арматуры; f -угол наклона витка; С - расстояние от центра калибра до вертикальной плоскости, проходящей через участок калибра, формирующей высоту выступа h; 5 -опережение при прокатке арматуры на выбранном стане. Причем уменьшение высоты выступов может быть выполнено до образования на основном стержне дополнительных продольных лысок. В этом случае участки выступов, разделенные дополнительной лыской, могут быть выполнены разной высоты, а сечение стержня выполнено в виде овала, большая ось которого ориентирована к середине выступов больщей высоты, при этом диаметр выступов с меньшей высоты равен большему диаметру стержня. Уменьшение высоты периодического выступа на его середине позволяет осуществлять прокатку этого профиля арматуры в клетях дуо с минимальным обжатием срединных частей профиля по вертикальной оси калибра. В этом случае малообжимаемые ерединные части раската оказывают тормозящее влияние на продольное перемещение металла в очаге деформации, что приводит к увеличению составляющих деформации в других направлениях, в том числе и в направлении заполнения металлом проточек в ручьях валков. В этом случае периодические выступы (полувитки), формируемые верхним и нижним валком на крайних участках, имеют высоту, увеличенную более чем в два раза, что компенсирует некоторое уменьшение высоты периодических выступов на их середине. Повышается также за счет более лучщего перекрытия витков надежность соединения винтовой арматуры с гайкой, которое можно отнести к классу грубых резьбовых соединений. Предлагаемая арматура позволяет осуществить повыщение высоты периодических выступов без увеличения вытяжки (обжатия при этом. Блокирование вытяжки также в определенной мере обеспечивается обратной кривизной поверхности лысок, разделяющих полувитки и располагающихся по разъему калибра клети дуо, которые поэтому могут быть сформированы при наличии вогнутости боковых сторон на предчистовом раскате. В этом случае еще в большей степени уменьшается прорабатываемость центральных частей раската в очаге деформации чистового калибра, а также вытяжка при малых тенденциях к нежелательному уширению. Уменьшение вытяжки обычно связано с сокращением энергозатрат и усилий на деформацию, что повышает стойкость калибров и сокращает непроизводительные затраты времени на перевалку. Учитывая, что винтовая арматура прокатывается на одной установке валков практически без возможности компенсации износа калибра изменением межвалкового зазора, уменьшение интенсивности износа калибра существенно улучшает технологию прокатки винтовой арматуры. Наличие дополнительных лысок, разделяющих полувиток на части и расположенных на вер тикальной оси калибра, оказывает стабилизирующее влияние на положение раската в очаге деформации, в котором на формируемых витках возникают усилия, скручивающие раскат. Аналогичную роль играет противоположный угол наклона частей выступа, разделенных дополнительными лысками. Кроме этого, отсутствие выступов на участке вблизи вертикальной оси калибра позволяет в его ручьях установить проводковые ножи и более эффективно предотвращать оковывание валка раскатом, опасность которого возрастает особенно при увеличении высоты периодических выступов. Периодические выступы формируются в чистовом круглом калибре путем запрессовки (затекания) металла во впадины, выполненные в ручьях валков. Если формировать выступы центрально симметричными, то создаются условия, обеспечивающие дополнительные усилия запрессовки при формировании частей выступа с большей высотой. В результате можно достичь еще большего увеличения высоты соответствующих частей периодических выступов. В этом случае образованные части периодических выступов с большей высотой используются для навинчивания гаек (в случае необходимости), а части выступов с меньшей высотой, наряду с выступами большей высоты, обеспечивают сцепление арматуры с бетоном. Таким путем расширяется универсальность арматуры при ее применении. Малые значения вытяжки обусловливают невысокие величины опережения металла в очаге деформации. Это позволяет избежать смятия передней грани искажения формы витка. Опасность неблагоприятного влияния опережения увеличивается с увеличением высоты периодических полувитков арматуры, особенно на участках близких к вертикальной оси профиля. Эта опасность значительно уменьшается при прокатке предлагаемого профиля арматурной стали с увеличенной высотой периодических выступов из-за низких значений опережения, которые возникают в очаге деформации и из-за минимальной высоты выступа на участках близких к вертикальной оси калибра. Угол наклона боковых граней периодических выступов должен обеспечивать беспрепятственный выход сформированного витка из полости проточки в ручьях валка. Величина этого угла, определенная из условия равенства продольных скоростей в месте выхода выступа из проточек валков, позволяет исключить смятие передней грани выступа арматуры при ее прокатке и тем самым улучшить ее качество и технологию прокатки. Представленная зависимость угла позволяет определить минимально допустимый угол наклона граней периодических выступов в зависимости от их высоты, диаметра арматуры, радиуса валка, угла наклона витка, по которому располагаются выступы, величины реализуемого опережения, а также места расположения участка витка, подверженного наибольшей опасности смятия. Верхний предел угла наклона «С граней периодических выступов ограничивается 50°. В случаях использования арматуры в качестве винтовой угол наклона витка, по которому располагаются периодические выступы, составляет величину 8-13°, а ширина периодического выступа определяется соотношением .,

f 0,15-0,56,

где 6 ширина выступа по номинальной

окружности арматуры; t -шаг выступов (витка).

Во всех остальных случаях величина угла наклона витка f находится в пределах до 45°, ширина периодических выступов составляет 6 0,35t, а витки, по которым располагаются периодические выступы, могут предусматриваться в несколько заходов.

Протяженность частей выступов, разделенных дополнительной лыской, составляет 0,,25 длины окружности (периметра) основного стержня арматуры. Углубление лысок, образуюшихся по разъему и вертикальной оси чистового калибра, по отношению к поверхности основного стержня арматуры составляет величину до 0,15 его диаметра. При этом ширина лысок, образуюш,ихся по разъему калибра, соответствует зазору между нерабочими поверхностями валков, величина которого установлена исходя из практического опыта в пределах 3-6 мм.

Максимальная высота образуюш,ихся на предлагаемом стержне арматурной стали периодических выступов составляет 4,5 мм.

Предлагаемая арматура может быть получена на действуюш,их сортовых станах, имеюших в своем составе чистовую клеть

дуо.

Выбор граничных параметров арматуры обусловлен особенностями напряженно-деформированного состояния при прокатке в круглых калибрах, обеспечивающего наилучшее заполнение металлом впадин в ручьях валков; условиями, обеспечивающими беспрепятственный выход сформированного периодического выступа из впадин в ручьях валков; условиями более эффективной работы выводных проводок, а также повышением надежности винтового соединения стержней арматурной стали с гайкой, невысокая точность которого делает необходимой увеличение высоты выступов, которой также компенсируется локальное уменьщение высоты выступа на вертикальной оси калибра по условиям идентичности площади взаимного контакта витков арматуры и гайки,

На фиг. 1 изображена винтовая арматурная сталь с симметричными выступали, вид сбоку; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 стержня винтовой арматурной стали; на фиг. 3 и 4 - то же, с дополнительными лысками (выпуклой и вогнутой); на фиг. 5 - стержень винтовой арматурной стали с неравновысокими выступами, вид сбоку; на фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 - вид на выступы по стрелке Г на фиг. 3; на фиг. 8 - сечение В-В на фиг. 7.

Предлагаемая арматура стали содержит стержень 1, на поверхности которого сформированы путем прокатки в клети дуо периодические выступы 2, расположенные по винтовой линии с углом наклона f и разделенные продольными лысками 3.

Периодические выступы 2 формируются верхним и нижним валком, при этом лыски 3 образуются по разъему калибра.

Периодические выступы 2 на середине своей длины, равной 0,15-0,25 диаметра стержня 1, выполнены с уменьшением высоты по кривой 4 второго порядка, но с кривизной обратного знака.

Угол наклона (, боковых сторон (граней) 5 профиля периодических выступов 2 предусмотрен симметричным и выбирается в диапазоне

50° olarct 5s(;-{;-)V2hR-h 4l-2(),

Периодические выступы 2 имеют максимальную высоту h (по перпендикуляру к поверхности стержня 1). Периодический выступ 2 на своей середине может быть разделен дополнительной лыской 6.

В этом случае опасность смятия периодического выступа на выходе из очага деформации практически исключается на вертикальной оси калибра. Однако остается несколько меньшая опасность смятия той части выступа, которая имеет наибольшую высоту и минимальное отдаление от вертикальной оси калибра. Эта часть выступа располагается на вертикали а-а, отдаленной от центра профиля на расстоянии с.

Лыска 3 и дополнительная лыска 6 образуют поверхность типа цилиндрической как по контуру стержня 1, так и с обратной кривизной относительно этого контура. Как вариант, части выступов, разделенные лыской 6, могут быть выполнены различной высоты. В этом случае часть периодического выступа 7 с больщей высотой предназначена для навинчивания гайки 8, при этом перекрытие витков гайки и арматуры обеспечивается даже при сравнительно невысокой точности их изготовления.

Часть периодических выступов 9 с меньшей высотой предусматривается для улучшения сцепления с бетоном. При этом наружный контур части выступов 9 располагается по диаметру Dj и таким образом навинчивание гайки 8 происходит беспрепятственно.

Выступы 9 малой высоты с внешним диаметром и внутренним диаметром Dj Dft образуют счение стержня в виде овала, ориентированного большой осью 10 по середине выступов с большей высотой и малой осью 11 - по середине выступов с меньшей высотой.

Части выступов 9 могут располагаься с углом наклона (- ) т.е. обратным углу наклона частей выступа 7. В этом случае сводятся к минимуму нежелательные скручивающие усилия вокруг оси стержня, возникающие при прокатке арматуры.

Арматуру предусматривается получать путем прокатки, с возможностью формирования периодических выступов увеличенной высоты в чистовом калибре клети дуо, являющейся наиболее предпочтительной с точки зрения технико-экономических показателей.

Периодические выступы 2 с уменьщением их высоты по кривой 4 или при наличии дополнительной лыски 7 позволяет путем подбора соответствующей формы предчистового раската предусмотреть наиболее целесообразную неравномерность обжатия в чистовом калибре, учитывая особенности его напряженно-деформированного состояния.

Характер напряженно-деформированного состояния чистового калибра в этом случае обеспечивает образование выступов более значительной высоты при меньщих обжатиях и нагрузках, что в итоге повышает стойкось калибра. Кроме этого, форма лысок 3 и дополнительных лысок 7 позволяет осуществлять процесс прокатки в чистовом калибре с минимальным ущирением без скручивания и потери устойчивости раската, повысить эффективность работы выводных проводок и, таким образом, уменьщить брак от затекания металла в разъеме калибра, от скручивания и потери устойчивости раската в калибре, изгиба концов раската, а также избежать аварийных ситуаций, возникающих при окове валков раскатом.

Уменьшается также брак, вызванный смятием периодического выступа 2 на выходе из очага деформации чистовой клети, так как установлена конкретно для каждого профиля и случая прокатки допустимая минимальная величина угла наклона боковой грани с/..

Таким образом, процесс прокатки арматуры осуществляется с больщей стабильностью и меньщими потерями в виде брака.

Улучшение условий свинчиваемости арматуры с гайкой, ее универсальность в применении, отсутствие резких переходов на поверхности профиля (и концентраторов напряжений), гарантированное обеспечение равнопрочности стержня арматуры и резьбового соединения улучщают эксплуатационные свойства арматуры, повыщают ее усталостную прочность.

Формула изобретения

(f - /2hR-h2 (Л7Ж-1)со5р,

15

где h - максимальная высота периодического выступа на участке по периметру калибра, имеющего максимальную разность продольных скоростей между раскатом и рабочей поверхностью валка; R. - радиус валка на участке калибра, формирующего выступ с высотой h;

5 опережение при прокатке рассматриваемого размера арматуры на выбранном стане;

Bg - внутренний диаметр арматуры; f, -угол наклона витка, по которому располагаются выступы;

с - расстояние от центра калибра до вертикальной плоскости, проходящей через участки калибра, формирующего выступ с высотой h.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Фиг,.2

Фиг.З

ФигА

Фиг,. 5

Фиг.6

ФигЛ

В-В

Фиг.8