ВАЛКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМАТУРНЫХ СТЕРЖНЕЙ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, в частности, к инструменту для изготовления арматурных стержней периодического профиля.
Для изготовления арматурных стержней периодического профиля используются специальные прокатные валки, содержащие рабочие ручьи с профилеобразующими рабочими элементами в виде канавок.
Между такими валками прокатываются или протягиваются прутки-заготовки арматурной стали или проволоки.
При прокатке между валками заготовка обжимается ручьями валков, в результате чего на поверхности стержня или проволоки образуются чередующиеся выступы, обеспечивающие арматурным стержням анкерные свойства, которые проявляются при их замоноличивании в бетоне строительных конструкций.
Каждая канавка является законченным рабочим элементом и конструктивно повторяет предыдущую. Обычно канавки располагаются по ручью в один ряд. При однорядном расположении канавок в ручье для повышения анкеровки арматурной стали или проволоки необходимо увеличивать глубину канавок, а также уменьшать расстояния между смежными канавками ряда, что существенно усложняет производство валков и повышает трудо- и энергозатраты.
Известны валки для изготовления арматурных стержней периодического профиля, содержащие ручьи, имеющие в поперечном сечении часть полуокружности с центром кривизны, смещенным относительно цилиндрической поверхности и рабочие элементы в виде канавок, расположенных перпендикулярно продольной оси ручья, глубина которых равна сумме величины половины зазора между валками и величины смещения центра кривизны поверхности ручья относительно поверхности валка. Длина канавок равна диаметру круглой заготовки, а глубина ручья равна половине диаметра заготовки, уменьшенной на упомянутую величину смещения центра кривизны поверхности ручья (см. авторское свидетельство СССР №965583, Кл. В21Н 8/00, 1982).
Недостатками известной конструкции валка являются:
формирование выступов на арматурной стали или проволоке одним валком осуществляется в один ряд, угол охвата одного выступа при этом не может превышать 180°. Так как канавки формируются по центру ручья из одного центра, максимальная высота выступа формируется в одном месте, по оси симметрии полукруглого ручья, а на выходе из ручья в точке максимальной ширины выступа (максимального угла охвата) высота выступа сходит на нет. Такое условие определяется геометрией пересечения полукруглой поверхности ручья и цилиндрической поверхности входящей в него круглой заготовки без уширения последней.
Все это не позволяет получить высокую анкеровку периодического профиля. Поверхность сердечника стержня по охвату ребрами с двух сторон используется нерационально. Увеличение высоты выступа при прочих равных условиях для повышения анкеровки ведет к увеличению деформации, повышению энергозатрат, снижению износостойкости валков и качества готовых арматурных стержней периодического профиля. Кроме того, использование такой профилировки при
деформации профиля, когда вершина выступа совпадает с плоскостью максимальной высотной деформации происходит дополнительная осадка заготовки, поэтому для деформации заданной высоты выступа требуется дополнительный объем металла, а значит дополнительная деформация.
Наиболее близкими к заявляемой полезной модели являются валки для изготовления арматурных стержней, у которых рабочие ручьи имеют треугольный профиль, на боковых поверхностях которого выполнены рабочие выступы в виде чередующихся граней с углом при вершине, равном 110-125°, а грани по обеим поверхностям ручья расположены в шахматном порядке (см. авторское свидетельство СССР №774741 кл. В21Н 8/00, 1980).
Валки по этому авторскому свидетельству изготавливаются сборными в виде двух дисков. На внутренней наклонной поверхности каждого диска наносятся выступающие грани, а затем диски собирают, образуя ручей треугольного профиля. В результате прокатки между таких валков на каждой продольной половине арматурного стержня образуются по два ряда вмятин в виде узких пологих треугольников с углом при вершине 110-125°, расположенных вдоль оси стержня. Такая форма вмятин в виде пологих треугольников имеет низкие показатели анкеровки из-за небольшой глубины вмятин и их пологости, а сама глубина вмятин ограничена из-за опасности снижения продольных и поперечных прочностных характеристик арматурного стержня, что ограничивает возможности применения таких периодических профилей в железобетоне.
Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является создание конструкции прокатных валков для изготовления арматурных стержней периодического профиля, которые бы формировали на двух сторонах круглой заготовки по два ряда выступов, обеспечивающих арматурному стержню увеличение анкерных свойств по
сравнению с известными без снижения при этом прочностных характеристик получаемых арматурных стрежней.
Технический результат, получаемый в результате решения поставленной задачи, состоит в том, что поверхность сердечника периодического профиля при его формировании в предложенной конструкции валков по охвату ребрами увеличена более чем в 1,5 раза по сравнению с известными валками. Это позволяет существенно повысить анкерирующие свойства периодического профиля, т.к. увеличение охвата выступами в периодическом профиле увеличивает площадь смятия профиля, являющейся одним из основных параметров показателя сцепления арматурного стержня с бетоном.
Указанный технический результат достигается тем, что в конструкции валков для изготовления арматурных стержней периодического профиля методом прокатки или протяжки, содержащих на своих цилиндрических поверхностях рабочие ручьи, а на поверхности ручьев формирующие профиль стержней два параллельных ряда рабочих элементов, причем рабочие ручьи выполнены полукруглой формы, а рабочие элементы, формирующие профиль стержня, выполнены в виде канавок серповидной формы и расположены под углом к продольной оси ручья, при этом концы канавок одного ряда частично расположены между концами канавок другого ряда;
- кроме того, канавки в каждом ряду расположены параллельно между собой;
- кроме того, продольные оси канавок одного ряда выполнены под углом к продольным осям канавок другого ряда.
Для повышения эффективности сцепления необходимо обеспечивать наиболее полный охват сердечника (см. Мулин Н.М. «Стержневая арматура железобетонных конструкций» М., Стройиздат,
ох
1977). Рекомендуемая величина коэффициента охвата К≥0,8÷0,9. Коэффициент охвата характеризует долю периметра периодического профиля, на котором расположены выступы.
,
i
где loχ - длина участка периметра, на котором расположены выступы;
н
P - периметр профиля.
Наиболее рациональным для обеспечения технического результата является диапазон охвата выступов одного ряда - 90°-150°. При этом рекомендуемый угол пересечения плоскостей симметрии выступов должен составить 30°-80°.
Увеличение угла охвата выступа больше значения 90° позволяет увеличить значение площади проекции выступа на плоскость, перпендикулярную продольной оси стержня, оставляя неизменным значение высоты этого выступа. То есть при прочих равных условиях, выступ, охватывающий более четверти периметра арматурной стали имеет большее значение площади смятия бетона.
Так как относительный показатель сцепления (fr, критерий Рема) прямопропорционален площади смятия и обратнопропорционален шагу выступов, увеличение площади смятия позволяет без изменения высоты выступа увеличить шаг поперечных выступов на арматурной стали, оставив при этом значение критерия Рема постоянным. Увеличение шага арматурной стали приводит к увеличению значения площади среза бетона.
cp
Площадь среза (F) определяется по формуле:
сp
ox
F=P·K(t-b),
где Р - периметр арматурной стали,
t - шаг выступов,
b - ширина выступов на вершине.
Известно [Мулин], что площадь среза бетона целесообразно обеспечивать равной не менее 3.
Так при увеличении угла охвата выступа с 90° до 120°, при неизменной высоте выступа, значение относительной площади смятия увеличивается на 30%. Таким образом, появляется дополнительный ресурс для увеличения значения шага выступов в пределах 30% и, как следствие, площади среза бетона.
Обеспечивая угол охвата выступа в диапазоне значений 92°-150°, можно добиться широкого диапазона варьирования параметров периодического профиля (в пределах 40% - высота выступа h, шаг выступов t, ширина выступа на вершине b), обеспечивая при этом постоянные нормируемые значения «fr», что позволяет проектировать периодический профиль в более широких диапазонах, учитывая максимум требований потребителей.
Угол охвата менее 92° не дает практически никакого преимущества перед обычным четырехсторонним периодическим профилем, имеющим угол охвата близкий к 90°. Максимальный угол охвата 150° обусловлен тем, что при повышении этого значения, периодический профиль приближается по своим характеристикам к классическому двухстороннему периодическому профилю, имеющему угол охвата выступа более 150°.
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого валка, на фиг.2 - узел А, на фиг.1 и фиг.3 - вариант расположения канавок в ручье валка.
Валок представляет цилиндрическое тело 1 (фиг.1, 2, 3) с ручьем полукруглой формы 2 (фиг.1, 2, 3). На поверхности ручья 2 нанесены канавки 3 и 4 в два ряда (фиг.1, 2, 3). Проекции плоскостей симметрии 5 (фиг.2) рядов канавок 3 и 4 пересекаются под углом α, а канавки 3 одного ряда частично размещены между канавками 4 другого ряда (фиг.1, 2, 3).
На фиг.3 изображен вариант размещения продольных осей канавок одного ряда под углом к продольным осям канавок другого ряда.