АРМАТУРНЫЙ СТЕРЖЕНЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ
REINFORCEMENT BAR OF PERIODIC PROFILE

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/.
r
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 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.
b
ср
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 и предела прочности при срезе R части оснований опорных бетонных цилиндров по следующей зависимости:
где t - шаг поперечных ребер;
b - ширина верхней части ребра;
h - высота ребра;
b
R - призменная прочность бетона;
ср
R - предел прочности бетона при срезе;
bt
R - прочность бетона на осевое растяжение;
а продольные ребра выполнены серповидными и размещены между поперечными без пересечения с ними.
b
ср
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 одновременно с достижением предела прочности при срезе R 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.
b
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 по следующей зависимости:
t - шаг поперечных ребер;
b - ширина верхней части ребра;
h - высота ребра;
ср
R - предел прочности бетона при срезе;
b
R - 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.
см
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 по следующей зависимости:
t - шаг поперечных ребер;
b - ширина верхней части ребра;
h - высота ребра;
ср
R - предел прочности бетона при срезе;
см
R - 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;
ср
R - предел прочности бетона при срезе;
R - кубиковая прочность бетона.
b
см
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, или предела прочности бетона при смятии R, 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.
b
см
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, или пределом прочности бетона при смятии R, 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
r
где 2·F - 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
b
Призменная прочность бетона R=25,5 МПа
Кубиковая прочность бетона R=31,875 МПа
см
Предел прочности бетона при смятии R=44,625 МПа
bt
Прочность бетона на осевое растяжение R=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.
b
см
ср
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 или предела прочности бетона при смятии R или кубиковой прочностью бетона R под рабочими площадкам поперечных ребер (линия "а-б") и в последующем предела прочности при срезе R 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.