КАНАТ ДЛЯ АРМИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Полезная модель относится к канатному производству и может быть использована при производстве гибкой арматуры, предназначенной для армирования предварительно напряженных изделий из бетона и других пластических материалов.
Известен арматурный канат, содержащий центральную проволоку и навитые вокруг нее по спирали наружные повивочные проволоки с периодическим профилем, выполненным в виде впадин под цилиндрической образующей поверхности проволок; при этом периодический профиль выполнен по всей поверхности повивочных проволок (ГОСТ Р 53772-2010 «Канаты стальные арматурные семипроволочные стабилизированные. Технические условия» Введ. 2010-02-12 - М.: Госстандарт России).
Недостатком известного каната является относительно низкое сцепление его с бетоном, т.к. данный канат хотя и имеет механическое зацепление в направлении ввинчивания, однако в целом не обеспечивает высокого сцепления с бетоном из-за возможности ввинчивания его по спиральному оттиску при срезании или смятии участков бетона, находящихся во впадинах периодического профиля. Кроме того, недостатком известного каната являются низкие физико-механические свойства за счет неравномерности натяжения повивочных проволок каната вследствие зацепления соприкасающихся между собой элементов периодического профиля проволок, а также за счет наличия расположенных друг напротив друга впадин по всей поверхности повивочных проволок, уменьшающих поперечное сечение проволок и обусловливающих увеличенное неравномерное обжатие с созданием концентратора напряжений, при этом повивочные проволоки, контактируя участками периодического профиля между собой и с гладкой поверхностью центральной проволоки, обеспечивают лишь точечный характер касания, создающий высокие и неравномерно распределенные контактные напряжения в канате.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемому устройству является арматурный канат, содержащий центральную проволоку, на поверхности которой по количеству повивочных проволок выполнены по винтовой линии плоские участки, навитые в один слой вокруг центральной проволоки повивочные проволоки, которые плоскими участками своей внутренней поверхности контактируют с соответствующими им плоскими участками центральной проволоки, плоскими боковыми участками друг с другом, а на наружную поверхность повивочных проволок каната нанесен периодический профиль в виде продольных выступов и чередующихся по длине каждой повивочной проволоки поперечных серповидных выступов и впадин, в котором на наружной поверхности повивочных проволок продольные выступы в поперечном сечении каната расположены друг относительно друга под углом 120 градусов и имеют по всей их длине в любом поперечном сечении форму равнобедренного треугольника с тупой вершиной, причем каждый продольный выступ выполнен дискретным и расположен вдоль оси каната так, что его вершины лежат на одной линии, при этом по длине каждой повивочной проволоки поверхность впадин выполнена выпуклой с постоянным радиусом кривизны равным радиусу окружности, описанной вокруг повивочных проволок каната, а чередующиеся со впадинами поперечные серповидные выступы выполнены с наклоном в сторону, противоположную направлению свивки каната (Патент РФ на полезную модель №170526, Е04С 5/03).
Известный канат хотя и имеет повышенные относительно известных аналогов физико-механические свойства за счет контакта центральной и повивочных проволок друг с другом посредством плоских площадок, однако не в полной мере реализует данные преимущества в силу наличия на нем продольных выступов, представляющих собой участки повивочных проволок с измененными степенью обжатия и конфигурацией сечения, что незначительно снижает выносливость каната и создает локальные отклонения угла и радиуса укладки повивочной проволоки, которые при последующем выравнивании данных характеристик в натянутом канате под нагрузкой приводят к вытягиванию проволок.
Техническая задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении физико-механических свойств арматурного каната при сохранении высокого сцепления с бетоном.
Поставленная задача решается тем, что в известном арматурном канате, содержащем центральную проволоку, на поверхности которой по количеству повивочных проволок выполнены по винтовой линии плоские участки, навитые в один слой вокруг центральной проволоки повивочные проволоки, которые плоскими участками своей внутренней поверхности контактируют с соответствующими им плоскими участками центральной проволоки, плоскими боковыми участками друг с другом, а на наружную поверхность повивочных проволок каната нанесен периодический профиль в виде поперечных выступов, выполненных с равномерным шагом и наклоном в сторону, противоположную направлению свивки каната, согласно изменению, на наружной поверхности каждой из повивочных проволок выполнено два спирально расположенных плоских участка, при этом указанный периодический профиль нанесен на один из участков, а другой - выполнен гладким.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 схематично изображен внешний вид заявляемого арматурного каната;
- на фиг. 2 схематично изображено поперечное сечение данного арматурного каната.
Канат для армирования железобетонных конструкций состоит из центральной проволоки 1 (фиг. 1, 2), вокруг которой по винтовой линии навиты шесть повивочных проволок 2. Участки 3 поверхности центральной проволоки 1 и повивочных проволок 2, контактирующие между собой, выполнены плоскими. На обращенной наружу поверхности по всей длине каждой из повивочных проволок 2 выполнены два плоских участка 4 и 6, причем на плоский участок 4 нанесен периодический профиль в форме поперечных выступов 5, выполненных с равномерным шагом и наклоном в сторону, противоположную свивке каната. А второй плоский участок 6 на поверхности каждой из повивочных проволок 2 выполнен гладким.
Изготавливают арматурный канат следующим образом. Предварительно изготавливают центральную проволоку 1 и повивочные проволоки 2 круглого сечения, свивают их между собой в канат в любой известной канатовьющей машине, например, бугельного типа. После свивки производят обжатие свитого каната путем холодной деформации вдоль наружной поверхности повивочных проволок 2 во вращающемся синхронно с ротором канатовьющей машины открытом фасонном роликовом калибре, ролики которого повернуты относительно оси свиваемого каната на угол, равный углу наклона наружной поверхности повивочных проволок 2 к оси каната. Рабочими поверхностями роликов с периодическими впадинами формируют плоские участки 4, при этом напротив периодических впадин металл повивочной проволоки не обжимается в форму плоского участка 4, в результате чего в этом месте образуется периодический профиль в виде наклонных поперечных выступов 5, выполненных с равномерным шагом. Совместно с нанесением периодического профиля на поверхность каната в указанном калибре осуществляют пластическое обжатие с формированием плоских участков 3 контакта проволок друг с другом, при этом гладкими рабочими поверхностями роликов предотвращают боковое смещение повивочных проволок 2 под действием сил реакции опоры в контакте их с центральной проволокой 1, одновременно формируют гладкие плоские участки 6.
После свивки и пластического обжатия с профилированием канат натягивают в потоке - например, посредством двух сдвоенных шкивов. В натянутом прямолинейном состоянии канат нагревают до 370-420°С и охлаждают до 10-40°С также в натянутом прямолинейном состоянии. После этого готовый канат наматывают на катушку-накопитель и далее перематывают с нее и упаковывают известными способами.
Заявляемый канат для армирования железобетонных конструкций применяют, например, следующим образом. Отрезают участок каната необходимой длины, соответствующей расстоянию между неподвижными упорами и подвижными упорами или натяжными устройствами, между которыми изготавливается железобетонное изделие или группа последовательно расположенных изделий. Далее закрепляют канат посредством известных устройств для фиксации арматурных канатов и натягивают с заданным натяжением, после чего осуществляют формование железобетонных изделий известными способами и выдержку отформованных железобетонных изделий до набора бетоном передаточной прочности, задаваемой отдельно для различных изделий. По достижении бетоном передаточной прочности осуществляют снятие растягивающей нагрузки с внешних упоров известными способами. В результате освобождения от приложенной извне растягивающей нагрузки центральная проволока 1-й повивочные проволоки 2 стремятся сократиться, сжимая при этом бетон, примыкающий к наружной поверхности повивочных проволок 2. При этом повивочные проволоки 2 стремятся сместиться вдоль своего оттиска в бетоне по винтовой линии, однако наличие поперечных выступов 5 периодического профиля препятствует их винтовому перемещению. Реакции опоры на поверхности выступов 5 периодического профиля, имеющих наклон в направлении, противоположном направлению свивки каната, создают крутящий момент, противоположный крутящему моменту, возникающему из-за реакции опоры в контакте с бетоном спирально расположенных поверхностей повивочных проволок 2 и стремящемуся раскрыть канат. Тем самым обеспечивается прижатие плоских площадок 3 повивочных проволок 2 к плоским площадкам 3 центральной проволоки 1, исключающее смещение центральной проволоки 1 относительно повивочных проволок 2, благодаря чему натяжение центральной проволоки 1 в полной мере передается на бетон изделия, а не теряется при проскальзывании. Плоские участки 4 и 6 обеспечивают расклинивание проволок 2 в бетоне, предотвращая возможное при близкой к кругу форме сечения проволок смещение с двойным подкручиванием - каната относительно оттиска в бетоне и одновременно повивочных проволок относительно каната. При этом строго постоянные угол наклона к оси каната и радиус укладки каждой повивочной проволоки 2, размеры плоских участков 3, 4 и 6 исключают возможность ослабления натяжения из-за эффектов, возможных в других конструкциях спиральных однослойных арматурных канатов с периодическим профилем: выравнивания с.остальным канатом участков повивочной проволоки с измененными параметрами свивки и возникающего при этом высвобождения избыточной длины повивочных проволок; вдавливания повивочных проволок в центральную проволоку в местах повышенных контактных нагрузок; нарушения контакта между канатом и бетоном из-за микроперемещения участка повивочной проволоки с меньшим сечением в направлении участка этой же повивочной проволоки с большим сечением.
При этом благодаря наличию на наружной поверхности каната выраженных поверхностей, образованных попарно расположенными плоскими участками 4 и  6 соответственно, затрудняется ввинчивание каната в бетон даже при срезании или смятии участков бетона, находящихся в проекции выступов периодического профиля, т.к. плоские участки поверхности проволоки расклиниваются в бетоне, создавая на контактных поверхностях реакции опоры - т.е. нормальные напряжения, достигающие более высоких величин по сравнению с касательными напряжениями, возникающими при нагружении бетона на смятие/срез, и более эффективно передаваемые в окружающий объем бетона. Это повышает сцепление заявляемого каната с бетоном.
Для арматурных канатов с периодическим профилем в разных вариантах исполнения, изготовленных из стали марки 80 одной плавки, были проведены испытания релаксационных потерь после натяжения с усилием 60% от разрывного усилия в течение 1000 часов. Арматурный канат из проволок периодического профиля (ГОСТ Р 53772-2010) показал потерю натяжения 2,7%, что фактически не соответствует требованиям ГОСТ. Канат-прототип, обжатый продольной протяжкой в роликовом калибре с тороидальной формой основной рабочей поверхности и коническими выпусками, продемонстрировал потерю натяжения 2,37%, что соответствует требованиям ГОСТ с некоторым запасом. Заявляемый канат, выполненный из идентичного сырья, продемонстрировал потерю натяжения 2,23%, что показывает более эффективное восприятие нагрузок равномерной по длине структурой каната, не имеющей «ломаных» участков повивочных проволок, выравнивание которых по углу и радиусу свивки при продолжительной нагрузке высвободило незначительную избыточную длину повивочных проволок в канате-прототипе. Возможно, некоторое влияние также оказало снижение количества концентраторов напряжений, обеспеченное одинаковой линейной скоростью всех участков роликов, механически зацепленных за проволоки при формировании периодического профиля, однако учесть раздельно влияние двух упомянутых факторов не представляется возможным.
Таким образом, конструктивные признаки заявляемого каната для армирования железобетонных конструкций способствуют повышению физико-механических свойств при одновременно высокой сцепляемости с бетоном.