АРМАТУРА РЕБРИСТАЯ

Полезная модель относится к арматуре, например, для бетона, и может применяться для армирования конструкций мостов, строительных конструкций, монолитных бетонных и сборных зданий, для использования в конструктивных элементах зданий в виде отдельных стержней, для армирования грунта оснований зданий и сооружений, в том числе оснований автомагистралей и дорог. Может изготавливаться из металла и композитных материалов.
Аналог: Из уровня техники известна арматура по ГОСТ 5781-82 Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Арматурная сталь периодического профиля представляет собой круглые профили с двумя продольными ребрами и поперечными выступами, идущими по трехзаходной винтовой линии, для профилей диаметром 6 мм и 8 мм - по однозаходной и двухзаходной винтовой линии соответственно.
Недостатком такого арматурного элемента является низкая степень сцепления с бетоном.
Прототип: Наиболее близким прототипом полезной модели является «Композитная арматура с увеличенной удельной площадью поверхности» (Патент RU 150388 U1; МПК Е04С 5/07, Опубликовано: 2015.02.20). Полезная модель из композитной арматуры, имеющая профиль поперечного сечения, выполненный в виде совокупного числа расположенных поочередно и принадлежащих двум концентрическим кругам секторов равной угловой меры, составляющих в сумме полный угол, с поперечным сечением равным эквивалентной площади сечения арматурного стержня.
Недостатком данного технического решения является разрушение бетона под действием продольной силы по граничному слою между бетоном и арматурой из-за ограниченности его работы на срез и растяжение.
Известно, что взаимодействие бетона и арматуры, как единого целого происходит за счет трех факторов: механическое зацепление арматуры за бетон при наличии неровностей на поверхности арматуры, трение между бетоном и арматурой, молекулярное взаимодействие (адгезия). Композитная арматура является хорошей альтернативой металлической, за ее высокую прочность на растяжение, диэлектрические свойства, а также высокую коррозионную стойкость. Установлено, что разрушение образцов под действием выдергивающей силы происходит по граничному слою между бетоном и арматурой. В результате разрушается бетон из-за ограниченности его работы на срез и растяжение, и частично песчаная обсыпка стеклопластиковой арматуры, из-за слабой связи между частицами песка и стеклопластиком.
Задачей полезной модели является создание арматурного стержня, обеспечивающего работу с бетоном вплоть до значения растягивающей нагрузки соответствующего пределу прочности данного стержня при растяжении.
Поставленная задача достигается тем, что арматура, состоящая из круглого стержня, поперечное сечение которого преобразовано в многоконечную звезду, ребра которой имеют вид пластины трапецеидального сечения, при этом по длине ребра имеют непрерывное геликоидальное вокруг оси стержня очертание с углом наклона образующей внешней грани от оси стержня в пределах 30-60 градусов, в любой плоскости проходящей через продольную ось стержня угол между образующей ребра и осью стержня равен 90 градусов, свободная (рабочая) зона по стержню между соседними ребрами не менее двойной их ширины. При этом арматура может быть выполнена из металла и композитных материалов, а также иметь антикоррозийную изоляцию.
Данная полезная модель основана на геликоидальном расположении ребер, обеспечивающим работу с бетоном конструкции по принципу давления на площадь ребер, их механическом зацеплении в бетонном камне. Продольные растягивающая и сжимающая нагрузки воспринимаются расположенной под углом к оси стержня плоскостью ребер.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлен общий вид изделия (фрагмент). Темным цветом выделено одно из многозаходных ребер;
на фиг. 2 показан вид А (фиг. 1) с вариантом из трех ребер в сечении;
на фиг. 3 - то же, вариант из четырех ребер в сечении;
на фиг. 4 - продольный разрез по оси стержня с наложением фронтальной проекции фрагмента ребра. Стрелки показывают направление действия продольных сил R;
Пояснения к фигурам.
З
Изделие (фиг. 1) состоит из стержня 1 и преобразованных из его тела непрерывных геликоидальных многозаходных ребер 2, имеющих ширину профиля В, угол наклона образующей внешней грани ребра от оси стержня α, свободную (рабочую) зону Р, шаг винта Н. Для наглядности изображения одно ребро выделено темным цветом.
c
пр
Фиг. 2 и фиг. 3 представляют варианты вида А (фиг. 1) где: 1 - сердечник, 2 - ребро, В - ширина ребра, t - толщина (средняя) ребра, d - диаметр сердечника, d - диаметр приведенного сечения, D - наружный диаметр по ребрам. Разница вариантов в размерах элементов, количестве ребер, показывает широкий диапазон конструирования даже при их равнозначной площади поперечного сечения.
З
Фиг. 4 представляет продольный разрез по оси стержня 1 и ребер 2, с наложением фронтальной проекции фрагмента ребра 2. Показаны позиции ширины ребер В, толщины t ребер, свободной (рабочей) зоны Р, угла α наклона образующей внешней грани ребра от оси стержня и угла β образующей ребра с осью стержня. Назначением фиг. 4 является показ работы ребер «лобовым» сопротивлением R продольной нагрузке N.
Заявленные параметры и геликоидальная форма ребер позволяют передать продольную нагрузку давлением на плоскость ребер, с охватом прилегающего материала заделки (бетона) объемно по всей длине и диаметру многозаходных ребер.
Заявленные параметры это:
- металлический стержень круглого профиля, сечение которого преобразовано в форму звезды, при этом ребра звезды имеют вид пластины трапецеидального сечения, а по длине имеют непрерывное геликоидальное вокруг оси стержня очертание.
- угол α наклона внешней грани ребер от оси стержня в пределах 30-60 градусов;
- в любой плоскости, проходящей через продольную ось стержня, угол β между образующей ребра и осью стержня равен 90 градусов;
З
- свободная (рабочая) зона Р по стержню между соседними ребрами не менее двойной их ширины В.
пр
c
Все параметры (кроме угла β): количество ребер, угол наклона α, шаг винта Н, толщина t и ширина ребер В, приведенный d и остаточный dдиаметр стержня могут меняться в широких пределах в зависимости от расчетной нагрузки и назначения изделия.
Для необходимого сцепления с бетоном тело стержня преобразовано в многозаходные геликоидальные ребра путем формования при изготовлении стержня. «Лобовое» сопротивление ребер давлению бетона (R на фиг. 4), кратно больше сопротивления сцепления и трения по боковой поверхности. Условие равновесия несущей способности арматуры и сопротивления бетона сжатию будет выглядеть так:
b
где: R - нормативное значение сопротивления бетона сжатию, МПа;
p
p
2
2
S - площадь всех ребер на шаге винта Н (в проекции перпендикулярно к оси стержня): S=n⋅π⋅(R-r), см;
где: n - кол-во ребер, шт; (фиг, 2 и 3)
c
R, r - радиусы от D и d, см; (фиг. 2 и 3)
- длина заделки в бетон, (в долях от шага винта Н, по умолчанию )
ƒ
R - нормативное сопротивление арматуры растяжению, МПа;
ƒ
пр
2
A - приведенная площадь арматуры (от d на фиг. 2 и 3), см;
Подбором соотношения площади сечения к площади поверхности ребер можно уравнять несущую способность арматуры и бетона:
c
пр
Уменьшая остаточный диаметр d стержня (фиг. 2) получаем максимально полезную площадь ребер при их оптимальном поперечном сечении d.
Таким образом, достигается основной технический эффект: создание арматурного стержня, обеспечивающего работу с бетоном вплоть до значения растягивающей нагрузки соответствующего пределу прочности данного стержня при растяжении.
Изготовление изделия производится на оборудовании и по технологии для производства арматуры периодического профиля (композитной арматуры соответственно).
В целях защиты от коррозии изделие может быть защищено антикоррозийным покрытием.
Изделие может быть выполнено из металла, композитных материалов.
В предлагаемом техническом решении имеются следующие существенные признаки:
- многозаходные ребра имеют вид пластины трапецеидального сечения. Преобразование тела стержня в многозаходные ребра позволяет использовать весь материал изделия одновременно для восприятия и сопротивления нагрузке;
- по длине ребра имеют непрерывное геликоидальное вокруг оси стержня очертание с углом наклона образующей внешней грани от оси стержня в пределах 30-60 градусов. Данная форма ребер позволяет охватить окружающий объем бетона в пределах цилиндра, описанного по внешней грани ребер;
- в любой плоскости, проходящей через продольную ось стержня, угол между образующей ребра и осью стержня равен 90 градусов. Плоскость ребра под данным углом к оси стержня образует максимально возможную их проекцию с учетом распределения на всю высоту ребра и передать нагрузку по давлению, с охватом прилегающего материала заделки объемно на всю ширину и высоту многозаходных ребер;
- свободная зона по стержню между соседними ребрами не менее двойной их ширины. Данное условие обеспечивает прочность на скалывание и сдвиг рабочей зоны бетона, сохраняя его монолитность;
- арматура может быть выполнена из металла, композитного материала. Обеспечивается универсальность изделия и многообразие применения материалов для его изготовления;
- арматура может иметь антикоррозийное покрытие. Обеспечивается долговечность и устойчивость в агрессивной среде.
Указанные существенные признаки введены в формулу и являются необходимыми и достаточными для достижения заявляемого технического результата - создание арматурного стержня, обеспечивающего работу с бетоном вплоть до значения растягивающей нагрузки соответствующего пределу прочности данного стержня при растяжении.
Эффективность предлагаемой полезной модели заключается в его техническом результате, обеспечении высоких показателей в отношении сцепления с бетоном, материалоемкости и простоты изготовления.
Работа арматуры по принципу прямого давления бетона на ребра вместо сцепления и трения по боковой поверхности, действующая на суммарную площадь многозаходных ребер (пересчитанную в проекцию, перпендикулярную оси стержня), кратно увеличивает ее несущую способность. А это означает, что при равнозначной массе с аналогами она имеет существенное преимущество по всем показателям, повышает его функциональность, эффективность, универсальность в применении.