АРМАТУРНЫЙ СТЕРЖЕНЬ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

Полезная модель относится к арматурным элементам, предназначенным для армирования железобетонных конструкций.
Известен арматурный стержень периодического профиля с сердечником круглого сечения с двумя продольными ребрами по бокам, между которыми с двух сторон сердечника под углом к его оси выполнены поперечные выступы серповидной формы, плавно переходящие на цилиндрическую поверхность сердечника (см. ГОСТ 10884-94 «Сталь арматурная термомеханически упрочненная для железобетона», стр.3, рисунок 1а).
Одним из недостатков конструкции этого арматурного стержня является его низкая величина анкеровки в железобетоне, обусловленная относительно небольшой площадью смятия каждого выступа серповидной формы, два конца которых плавно переходят на цилиндрическую поверхность стержня, не доходя при этом до продольных ребер.
Другим недостатком этой конструкции арматурного стержня является симметричное расположение серповидных выступов, когда их вершины лежат на одной оси, симметрично расположенной между продольными ребрами.
При высоких эксплуатационных нагрузках на железобетонную конструкцию такое расположение серповидных выступов создает в местах анкеровки значительные напряжения, так называемого, распора, т.е. эффекта расклинивания бетонного монолита, создавая в нем условия для образования микротрещин. Например, из-за этого явления такая
арматурная сталь мало пригодна для железнодорожных шпал, которые подвергаются высоким циклическим напряжениям.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является арматурный стержень периодического профиля, содержащий сердечник круглого сечения, симметрично расположенные с двух сторон продольные ребра и расположенные между ними под углом к оси сердечника поперечные выступы, концы которых имеют с продольными ребрами монолитный контакт (см. ГОСТ 5781-82 «Сталь горячекатанная для армирования железобетонных конструкций», черт. 1).
Недостатком таких арматурных профилей является их относительно низкая стойкость (выносливость) к многократно повторяющимся динамическим нагрузкам, например, для использования в железнодорожных шпалах или в железобетонных балках железнодорожных мостов. Это связано с наличием концентраторов напряжений в этих арматурных стержнях в местах монолитного контакта поперечных выступов с продольными ребрами.
Кроме этого вершины выступов этого арматурного стержня находятся в одной вертикальной плоскости, что неблагоприятно влияет на распределение напряжений распора при передаче усилий от арматуры на бетон при их совместной работе в железобетоне.
Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является разработка конструкции арматурного стержня периодического профиля, обладающего улучшенными усталостными свойствами и более благоприятными (объемными) распределениями напряжений распора при совместной работе в железобетоне.
Технический результат, получаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в уменьшении на единице длины стержня количества мест монолитного контакта поперечных выступов с продольными ребрами стержня и в обеспечении более объемного в
каждом сечении стержня распределения распорных напряжений при сохранении арматурным стрежнем высоких анкерирующих свойств.
Указанный технический результат достигается тем, что в конструкции арматурного стержня периодического профиля, содержащего сердечник круглого сечения, продольные ребра, расположенные симметрично с двух противоположных сторон сердечника, и расположенные между ними под углом к оси сердечника поперечные выступы, имеющие монолитный контакт с продольными ребрами, при этом только один конец каждого выступа поочередно, через один, имеет монолитный контакт с одним из двух продольных ребер, а другой конец выступа плавно переходит на поверхность сердечника, охватывая его на угол не менее 90°, а высота средней части каждого выступа превышает высоту продольных ребер и максимальная точка этой высоты смещена в сторону продольного ребра, с которым выступ имеет монолитный контакт;
- кроме того, поперечные выступы, расположенные между продольных ребер, выполнены в одном направлении;
- кроме того, поперечные выступы, расположенные между продольных ребер, выполнены под углом друг к другу.
В результате поочередного расположения поперечных выступов только с одним монолитным контактом с одним из продольных выступов и обеспечением при этом охвата серповидным выступом цилиндрической поверхности стержня на угол от 9 до 150° создаются условия для возможности сокращения количества выступов на единице длины арматурного стержня не менее, чем на 7%. Это, в свою очередь, позволяет значительно повысить сопротивление арматурного стрежня при работе в усталостном режиме.
Уменьшение площади смятия одного выступа, неизбежно присутствующее при переходе от кольцевой формы к серповидной, при
замене одного выступа кольцевого сечения на два выступа серповидного сечения, компенсируется перекрытием площадей смятия выступов таким образом, что в поперечном сечении два смежных выступа образуют полное кольцо с дополнительным перехлестом. Площадь смятия двух таких выступов серповидного сечения превышает площадь смятия одного кольцевого выступа на 7-10%. Это превышение дает возможность увеличивать шаг выступов по сравнению с прототипом. Такое увеличение шага приводит к значительному росту расчетного значения относительного показателя смятия «fr». Слишком больной запас этого показателя, позволяет значительно снизить значение высоты выступа «h», что благоприятно сказывается на распорости такого периодического профиля при работе в железобетоне (см. Мадатян С.А. Арматура железобетонных конструкций. М. Воентехлит. 2000, с.203-215).
Для обеспечения максимального значения площади смятия одного выступа при минимальном значении высоты выступа «h», радиус окружности, описывающей внешний контур выступа выбирается в диапазоне 0,85-1,0 радиуса основного сечения стержня. При выборе значения радиуса, описывающего внешний контур выступа, по величине больше значения радиуса основного сечения стержня, построение самого выступа становится практически невозможным. Выбор значения радиуса, описывающего внешний контур выступа, по величине меньше 0,85 значения радиуса основного сечения стержня, является нецелесообразным из-за значительного угла перехода между поверхностью стержня и выступом, что в свою очередь приведет к образованию дополнительных зон концентраторов напряжений, что в дальнейшем неблагоприятно скажется на усталостных свойствах арматурной стали.
Кроме того, такое конструктивное выполнение выступов с противоположным расположением переходов на сердечник, позволяет развести плоскости вершин выступов в две взаимно перпендикулярные
плоскости. Это обеспечивает более плотную компоновку зерен крупного заполнителя вокруг сердечника стержня и придает распределению напряжений распора более объемный характер, чем у профиля - прототипа.
Разведение вершин выступов от оси симметрии дополнительно улучшает показатели формоизменения при формировании профиля в одной паре валков. Это связано с тем, что направление осадки (высотной деформации), определяемой по оси симметрии валка не совпадает с направлением расположения вершин выступов. В противном случае, как это имеет место в прототипе, при совпадении указанных условий из-за явления осадки металла, ведущих к дополнительному перемещению осаживаемого по высоте металла в длину (вытяжка) и в ширину (уширение), при заполнении канавки валка для получения выступа требуется больший объем металла, а значит увеличивается степень деформации, что влечет за собой известные дополнительные затраты энергии, износа валков и т.д.
Расположение между двух продольных ребер поперечных выступов, имеющих серповидный профиль, в одном направлении и особенно под углом друг к другу способствует более плотной компановки зерен крупного заполнителя бетона вокруг сердечника арматурного стержня, что обеспечивает ему более высокие анкерные свойства и более низкий уровень распора по сравнению с профилем арматурного стержня - прототипа.
На фиг.1 представлен общий вид арматурного стержня периодического профиля, на фиг.2 - сечение А-А, фиг.1, на фиг.3 - вид сбоку поверхности профиля при расположении выступов в одном направлении, на фиг.4 - вид сбоку поверхности профиля, когда выступы одного ряда выполнены под углом к выступам другого ряда.
Арматурный стержень имеет сердечник 1, поперечные выступы 2, наклоненные к оси сердечника 1, и продольные ребра 3. Поперечные выступы 2 с одной стороны плавно переходят на поверхность сердечника 1, а с другой стороны имеют монолитный контакт с продольным ребром 3. У смежной пары поперечных выступов 2 переход на поверхность сердечника 1 выполнен с двух противоположных сторон. Плоскости 4, фиг.2, проходящие через вершины смежных поперечных выступов 2, повернуты в разные стороны от плоскости симметрии 5 профиля арматурного стержня.