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 выступами и наклонными поперечными серповидными выступами на его поверхности, вершины смежных выступов которых размещены во взаимно перпендикулярных осевых плоскостях сердечника, при этом отношение высоты поперечного выступа к шагу составляет 0,12÷0,3, а угол охвата серповидным выступом составляет 140-180° (см. патент РФ №2252991, Кл. Е04С 5/03, опубл. 27.05.2005 г., Б.И. №4). При этом два ряда серповидных выступов указанного стержня периодического профиля не пересекаются с продольными выступами, охватывают круглый сердечник по обе стороны и плавно переходят на его цилиндрическую поверхность. Кроме этого на каждой продольной половине стрежня между продольными ребрами расположены еще и короткие наклонные (поперечные) выступы, один конец которых образует монолитный контакт с одним продольным ребром, а другой конец выступа плавно переходит на цилиндрическую поверхность середечника.
Недостатком профиля является следующее.
Выполнение наклонных поперечных ребер без их монолитного контакта с продольными ребрами технологически невыполнимо. Это определяется общепринятой горячей технологией прокатки арматурных стрежней и конструкцией роликов. Наличие продольных ребер особенно при изготовлении арматурных стержней такого периодического профиля в холодном состоянии крайне нежелательно из-за образования
концентраторов напряжения в местах пересечения ребер, ухудшающих эксплуатационные свойства такой арматурной стали, в особенности пластические и усталостные.
Наиболее близким к полезной модели является арматурный стержень периодического профиля круглого сечения без продольных ребер и наклонными серповидными выступами, переходящими на цилиндрическую поверхность сердечника в его диаметральной плоскости и расположенные симметрично с 2-х сторон (см. ГОСТ 10884-94 Сталь арматурная термомеханическая упрочненная для железобетона, стр.3, рисунок 1, профиль арматурной стали В). Вершины всех серповидных выступов (точки их максимальной высоты) располагаются в одной плоскости - взаимно перпендикулярно диаметральной с каждой стороны в один ряд.
Недостатком известного решения выполнения профиля является неудовлетворительная прочность сцепления арматурного стержня с бетоном.
Общепринятой характеристикой оценки эффективности периодического профиля с точки зрения сцепления с бетоном является коэффициент удельной погонной площади смятия бетона под выступами или критерий Г.Рема:
, где
см
где F - площадь смятия под выступом периодического профиля, равная площади проекции выступов на плоскость, перпендикулярную оси стержня;
н
d - номинальный диаметр стержня, по массе равновеликий отрезку круглого стержня той же длины;
t - шаг выступов периодического профиля.
см
Величина F находится в прямой зависимости от высоты выступа h и ширины дуги охвата серповидного выступа, поэтому эффективность по прочности сцепления можно поднять увеличением параметров h или углов охвата.
н
Увеличение высоты выступов, в особенности при холодном деформировании профилей, ведет к увеличению степени деформации, образованию концентраторов напряжений при деформации высокого выступа и, как следствие, к ухудшению пластических свойств арматурной стали. Кроме того, при этом существенно повышаются энергетические затраты, ухудшается стойкость валков и т.д. Уменьшение шага поперечных выступов до значений менее 0,5 d ухудшают условия взаимодействия бетона с арматурой, так как затрудняет внедрение зерен крупного заполнителя между выступами профиля при формировании бетонного окружения стержня.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка конструкции арматурного стержня периодического профиля без продольных ребер, обладающего повышенным сцеплением с бетоном при сохранении уровня технологичности при его холодном производстве.
Технический результат, получаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в увеличении дуги охвата выступов при сохранении параметров высоты выступов и использовании при этом самой простой схемы нанесения профиля - с двух сторон в 2-х валковом симметричном калибре без формирования продольных ребер.
Указанный технический результат достигается тем, что в конструкции арматурного стержня периодического профиля, содержащего сердечник круглого сечения, с двух сторон которого симметрично расположены под углом к оси сердечника серповидные выступы, плавно переходящие по концам в поверхность сердечника в его
диаметральной плоскости, при этом на каждой продольной половине поверхности сердечника размещены по два ряда серповидных выступов, вершины которых расположены на двух осях, параллельных между собой и осью сердечника, а концы серповидных выступов одного ряда частично расположены между концами серповидных выступов другого ряда;
- кроме того, серповидные выступы расположены в каждом ряду параллельно между собой;
- кроме того, серповидные выступы одного ряда выполнены под углом к серповидным выступам другого ряда.
см
Расположение наклонных поперечных выступов на каждой половине круглого сердечника арматурного стрежня в два ряда позволяет при прочих равных параметрах существенно увеличить коэффициент охвата, а значит площадь проекции выступов и параметр F.
Все выступы имеют полноценную форму серпа с переходом на концах выступа на тело сердечника без каких-либо пересечений и замыкания на другие геометрические рабочие элементы периодического профиля.
Увеличение коэффициента охвата, определяемого по формуле (см. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций, М., Стойиздат, 1975, с.233, с.46-47).
i
где lox - длина участков периметра, на которых поверхность стержня гладкая;
н
P - периметр арматурной стали периодического профиля, ведет к повышению эффективности сцепления.
ох
Рекомендуемое значение К≥0,8-0,9.
Технически увеличение коэффициента охвата обеспечивается углом охвата выступа и их количеством на сердечнике.
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. Таким образом, при прочих равных условиях, выступ, охватывающий более четверти периметра арматурной стали имеет большее значение площади смятия бетона.
r
см
Для предлагаемой конструкции периодического профиля рациональным является увеличение угла охвата каждого выступа с 90° до 150°. При этом угол, на который могут быть разнесены вершины выступов по дуге сердечника, составит 30°-88°. Относительный показатель сцепления f (критерий Г.Рема) - прямо пропорционален площади смятия (F) и обратно пропорционален шагу выступов. Увеличение площади смятия позволяет без изменения высоты выступа увеличить шаг поперечных выступов, оставив при этом значение критерия Г.Рема постоянным.
см
cp
Наряду с показателем F на прочность сцепления с бетоном существенное влияние оказывает показатель площади среза (F), определяемый по формуле:
cp
н
ох
F=Р·К(t-b),
ох
где К - коэффициент охвата;
н
P - периметр арматурной стали;
t - шаг выступов;
b - ширина выступов на вершине.
см
Известно (см. Мулин Н.М. Стержневая арматура железобетонных конструкций, М., Стойиздат, 1975, с.233, с.55-56), что значение площади среза F необходимо всегда поддерживать на величине, равной не менее 3.
В случае увеличения 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 40% 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% - высоты выступа h, шага выступов t, ширины выступа на вершине b), обеспечивая при этом постоянные нормируемые значения «fr», что позволяет проектировать периодический профиль в более широких диапазонах, учитывая максимум требований потребителей.
При прочих равных условиях высоты выступов h и шага t, величина fr может быть увеличена на 30-40% (см. таблицу).
Таблица
Параметры
Номинальный диаметр
Высота выступа
Шаг выступа
Ширина выступа на вершине
«fr»
Профиль-прототип
8,0
0,6
6,0
0,8
0,06
Предлагаемый профиль
8,0
0,6
6,0
0,8
0,093
Угол охвата выступа менее 92° не дает практически никакого преимущества перед обычным четырехсторонним периодическим профилем, имеющим угол охвата выступа близкий к 90°. Максимальный угол охвата 150° обусловлен тем, что при превышении этого значения, периодический профиль приближается по своим характеристика к классическому двухстороннему периодическому профилю, имеющему угол охвата выступа более 150°.
При этом технологичность нанесения периодического профиля в части использования состава оборудования и его настройки, работоспособности, скорости и т.д. остаются прежними. Кроме этого, разнесение вершин выступов по дуге сердечника на угол 30°-88° существенно улучшают 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 явлений 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 деформация, что влечет за собой известные дополнительные затраты энергии, износа валков и т.д.
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 параллельном расположении выступов, при этом концы выступов одного ряда частично расположены между концами выступов другого ряда, на фиг.4 представлен вид сбоку поверхности профиля, когда выступы одного ряда выполнены под углом к выступам другого ряда.
Арматурный стержень имеет круглый сердечник 1, поперечные серповидные выступы одного ряда 2 и поперечные выступы второго ряда 3 на каждой половине сердечника 1. Вершины выступов ряда 2 и выступов ряда 3 разнесены по дуге сердечника 1, а выступы ряда 2 частично размещены между выступами ряда 3.