EA031981B1

EA031981B1 - Арматура для железобетона

Info

Publication number: EA031981B1
Application number: EA201691511A
Authority: EA
Inventors: Николай Богуславски; Честер РАЙТ; Аркадий Залан
Original assignee: Тс Рибар Холдинг Ллк
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2019-03-29
Also published as: CN106030005B; EP3111020B1; KR20160119275A; MD3111020T2; JP2017515998A; JP6369916B2; KR101719117B1; UA116591C2; CN106030005A; EP3111020A4; PL3111020T3; US9243406B1; WO2016118790A1; TR201900956T4; EA201691511A1; EP3111020A1; ES2708379T3

Abstract

Спиральный металлический арматурный стержень с постоянным или переменным шагом витков в пределах от 1 до 10 диаметров цилиндра, в который вписывается стержень; планарное поперечное сечение стержня имеет по меньшей мере два лепестка, соединенных с центральной частью и разделенных между собой зазорами. Треугольные лепестки соединены с центральной частью своими вершинами; края лепестков, удаленные от центральной части, являются круговыми. Арматурный стержень имеет ребра рифления высотой в пределах от 0,5 до 1,0 мм и с расстоянием между ребрами в пределах от 5 до 30 мм.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится в целом к области строительных материалов и, в частности, к арматуре для железобетонных конструкций как сборного типа, так и монолитных.

Предпосылки создания изобретения

Железобетон - материал, широко используемый в строительстве. В нем для армирования бетона используют замоноличенные усиливающие конструкции, обладающие высокой прочностью на растяжение и пластичностью.

Одним из распространенных видов арматуры является стальной арматурный стержень, который может быть горячекатаным или холодноупрочненным металлическим прутком с рифленой поверхностью. Рифления различной формы усиливают связь между арматурным стержнем и бетоном для обеспечения совместного функционирования при растяжении или изгибе. Однако из-за малой высоты рифлений связь между ребрами и бетоном под нагрузкой может разрываться, вызывая проскальзывание арматурного стержня относительно бетона, что приводит к разрушению конструкции. Для достижения необходимой прочности количество арматурных стержней приходится увеличивать, что отрицательно сказывается на стоимости строительства.

Арматура может изготавливаться из трубных заготовок с горячекатаными ребрами рифления. Этот способ изготовления обеспечивает уменьшение веса арматуры. Однако такую арматуру трубной конструкции обычно невозможно изготовить диаметром меньше 20 мм. Кроме того, экономический эффект является несущественным из-за усложнения технологии и повышенного энергопотребления при изготовлении такой арматуры.

Еще одним видом арматуры является канатная арматура, которая включает несколько металлических проволок, свитых в пучки. Арматура такой конструкции обеспечивает более эффективное усиление по сравнению с арматурными стержнями, но гораздо дороже в производстве.

Основной недостаток арматуры всех этих видов состоит в неэффективном использовании материала: при комбинированной нагрузке на железобетонную конструкцию, например, при растяжении с изгибом, работают в действительности только поверхностные слои арматуры. Прочностные свойства материала арматуры используются при этом не полностью.

В прошлом веке были приложены значительные усилия по разработке спиральной арматуры, которая по коэффициенту конструктивного качества (грузонесущая способность на единицу массы) значительно превосходит используемые в настоящее время рифленые арматурные стержни.

Известна конструкция арматурного стержня [1], представляющая собой металлический стержень с выполненными на его поверхности спиральными канавками в количестве от трех до семи. Нижняя часть канавок представляет собой выпуклую поверхность; в поперечном сечении канавки имеют форму W или М.

При этом глубина канавок значительно меньше диаметра стержня.

Несколько улучшая сцепление такой арматуры с бетоном, указанное решение обладает всеми вышеуказанными недостатками, присущими остальным рассмотренным выше вариантам конструкции арматуры:

нерациональное распределение металла по сечению арматуры, сконцентрированное в прилегающей к центру области;

незначительный объем канавок, не позволяющий полностью использовать прочностные свойства бетона;

наличие острых кромок - концентраторов напряжения, способствующих разрушению бетона и его отслоению от арматуры;

нетехнологичность конструкции, выражающаяся в количестве канавок. Для изготовления спиральной арматуры предпочтительно применение стана продольно-винтовой прокатки, причем количество валков в нем соответствует количеству канавок. Разместить такое количество валков в одной клети стана невозможно, делать эти канавки последовательно в нескольких клетях чрезвычайно затруднительно.

Сочетание всех этих недостатков указанного решения не позволяет считать целесообразным его применение на практике.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является конструкция арматурного стержня [2], имеющего 2-4 спиральных лепестка, где каждый лепесток в сечении имеет одинаковую толщину от центра до периферии. Это техническое решение также не оптимизирует грузонесущую способность арматуры в связи с недостаточной площадью сцепления арматуры с бетоном.

Таким образом, существует потребность создания арматуры для железобетона, которая при меньшем весе обеспечивает полное использование прочностных свойств своего материала.

Описание изобретения

Данная задача решается за счет выполнения арматурного стержня, поперечное сечение которого включает сравнительно тонкую центральную часть и по меньшей мере два лепестка, соединенных с центральной частью, где материал сечения стержня перераспределен, насколько возможно, к периферии его сечения. Это существенно увеличивает момент его инерции, соответственно, усилив сопротивление арматуры изгибающим нагрузкам.

- 1 031981

Ниже описывается конструкция арматуры для железобетона.

В одном варианте исполнения арматура для железобетона представляет собой металлический стержень, поперечное сечение которого включает сравнительно тонкую центральную часть и по меньшей мере два лепестка, соединенных с центральной частью, причем по меньшей мере для двух разных концентрических окружностей вокруг центральной оси прутка сумма угловых мер поперечных сечений лепестков с меньшей окружностью равна или меньше суммы угловых мер поперечных сечений лепестков с большей окружностью; указанные лепестки расположены относительно прямолинейной продольной оси арматурного стержня по спирали, с шагом витков от 1 до 10 диаметров цилиндра, в который вписывается арматурный стержень.

В некоторых вариантах исполнения лепестки в поперечном сечении являются в основном треугольными.

В некоторых вариантах исполнения лепестки соединены с центральной частью своими вершинами.

В некоторых вариантах исполнения края лепестков, удаленные от центральной части, являются круговыми.

В некоторых вариантах исполнения шаг витков является постоянным.

В некоторых вариантах исполнения шаг витков является переменным.

В некоторых вариантах исполнения пласти центральной части имеют рифления.

В некоторых вариантах исполнения высота ребер рифления находится в пределах от 0,5 до 1,0 мм, а расстояние между ребрами находится в пределах от 5 до 30 мм.

Вышеприведенное краткое изложение вариантов исполнения предоставляет общее понимание сути изобретения и не представляет собой всеохватывающий обзор всех предполагаемых вариантов исполнения и не предназначено ни для определения ключевых или критических элементов всех вариантов, ни для ограничения объема какого-либо одного или всех вариантов исполнения изобретения. Оно призвано представить лишь один или несколько вариантов в упрощенной форме в качестве вводной части для более подробного описания изобретения, которое приводится ниже. В дополнение к вышеизложенному один или несколько вариантов исполнения настоящего изобретения содержат особенности, описываемые и конкретно указанные в пунктах патентной формулы.

Краткое описание чертежей

Прилагаемые чертежи, которые включены в данное описание и составляют его неотъемлемую часть, иллюстрируют один или несколько вариантов исполнения изобретения и совместно с подробным описанием призваны объяснить их принципы и реализацию.

Фиг. 1 иллюстрирует поперечное сечение варианта арматурного двухлепесткового стержня с ребрами рифления на его поверхности.

Фиг. 2 иллюстрирует общий вид варианта арматурного двухлепесткового стержня с ребрами рифления на его поверхности.

Фиг. 3 иллюстрирует поперечное сечение варианта арматурного трехлепесткового стержня без рифления на его поверхности.

Фиг. 4 иллюстрирует общий вид варианта арматурного трехлепесткового стержня без рифления на его поверхности.

Фиг. 5 иллюстрирует поперечное сечение варианта арматурного четырехлепесткового стержня без рифления на его поверхности.

Фиг. 6 иллюстрирует общий вид варианта арматурного четырехлепесткового стержня без рифления на его поверхности.

Оптимальный вариант реализации изобретения

Ниже описаны варианты исполнения армирующей конструкции для железобетона. Каждый специалист поймет, что нижеприведенное описание является лишь иллюстративным и не накладывающим никаких ограничений. Воспользовавшись данным описанием, специалист может легко предположить и другие варианты исполнения. Далее описание будет приведено с подробными ссылками на варианты исполнения, показанные на прилагаемых чертежах. На чертежах и в нижеприведенном описании будут использоваться одни те же ссылки для одинаковых или подобных позиций. Показанный на фиг. 1 вариант арматурного стержня представляет собой многолепестковую спираль с шагом витков в пределах от 1 до 10 диаметров воображаемого цилиндра (0В), в который вписывается спираль. Лепестки закручены в спираль продольно по длине стержня. Шаг Т может быть переменным или постоянным. Поперечное сечение каждого из лепестков спирали представляет собой в основном треугольный сегмент с вершиной, направленной к центральной части, вокруг оси арматурного стержня. Наружная сторона каждого треугольного сегмента имеет в основном форму дуги.

Поверхности лепестков спирали могут иметь выступы линейной формы, как показано, например, на фиг. 1, 2. Размеры поперечных сечений ребер рифления в зависимости от диаметра воображаемого цилиндра, в который вписывается спираль, могут находиться в пределах от 0,5х0,5 до 1,0х1,0 мм, а расстояние между ними - в пределах от 5 до 30 мм. Ребра рифления могут иметь полуцилиндрическую форму. Вообще говоря, ребра рифления могут быть произвольной формы. В различных вариантах исполне

- 2 031981 ния ребра рифления могут быть прямолинейными, сеткообразными или остроконечными. В различных вариантах исполнения ребра рифления могут быть в основном поперечными или продольными относительно направления оси стержня. Одна из особенностей предлагаемой арматуры состоит в том, что, несмотря на свой уменьшенный вес по сравнению со стандартной арматурой аналогичного номера, она обеспечивает такую же прочность железобетонной конструкции, благодаря более полному использованию прочностных свойств как бетона, так и арматуры за счет переноса большей части армирующего материала к периферии его поперечного сечения и увеличению поверхности контакта бетона и арматуры. Повышение работоспособности арматуры за счет перераспределения ее материала на периферию поперечного сечения объясняется следующими соображениями.

Комбинированная нагрузка - это случай нагрузки, когда на поперечные сечения конструкции одновременно действуют несколько факторов внутренних усилий. Комбинированную нагрузку можно рассматривать как сочетание нагрузок простых видов (осевое растяжение, изгиб и кручение), когда в поперечных сечениях конструктивных элементов возникает только один фактор внутренних усилий: нормальное усилие N в случае растяжения, изгибающий момент M_X для чистого изгиба и крутящий момент M_X для кручения. Эти виды нагрузок (осевое растяжение, изгиб и кручение) являются простыми нагрузками. Их основные соотношения представлены в . следующей таблице._______

Нагрузки	Условия прочности
Осевое растяжение	ЭД
Изгиб	«Ъхх-^Ф]
Кручение

где σ - прочность растяжения по оси;

F - площадь поперечного сечения;

т - прочность при сдвиге;

W_x - осевой момент сопротивления, который является отношением момента инерции J_x относительно данной оси к расстоянию до наиболее удаленной точки поперечного сечения r_max;

Jx - осевой момент инерции относительно неподвижной оси, который является суммой произведений масс всех n материальных точек системы на квадраты их расстояний до оси: J_a=Zm_ir_i ², где i=1 ... n, mi - масса i-й точки, ц - расстояние от i-й точки до оси.

Как можно увидеть из вышеприведенных формул, все поперечное сечение стержня в варианте исполнения нагружается равномерно только при чистом растяжении. При комбинированном нагружении большая часть нагрузки воспринимается периферийными частями поперечного сечения арматурного стержня пропорционально квадратам их расстояний до оси. Поэтому поперечное сечение лепестков имеет форму сегмента, приближающуюся к треугольной, для полного использования прочностных свойств арматуры.

Использование арматуры по настоящему изобретению позволяет сохранить прочность железобетонных конструкций при существенном снижении веса арматурных стержней.

Одним из преимуществ арматурного стержня согласно изобретению является снижение общей массы арматуры при сохранении прочности железобетона благодаря более полному использованию прочности как бетона, так и арматуры.

Предлагаемая конструкция арматурного стержня имеет значительно меньшую массу по сравнению с обычной арматурой при одинаковом сопротивлении изгибу. Другое преимущество предлагаемой конструкции арматурного стержня состоит в том, что она обеспечивает существенное увеличение поверхности контакта с окружающим арматуру бетоном и, следовательно, увеличение нагрузки, которую может выдерживать без разрушения железобетон.

Преимущество ребер рифления на поверхности конструкции арматурного стержня в варианте исполнения состоит в том, что они препятствуют вывинчиванию арматуры из бетона под нагрузкой.

- 3 031981

Преимущество закругления краев предлагаемой конструкции арматурного стержня состоит в том, что оно препятствует концентрации напряжений в бетоне в линии контакта с арматурой.

Следует отметить, что железобетон, армированный согласно настоящему изобретению, обладает такой же прочностью, как и железобетон, армированный обычными арматурными стержнями с таким же диаметром поперечного сечения. Расход металла на армирование при этом существенно уменьшается.

В случае разрушения железобетонной конструкции, например, во время землетрясения, использование арматурных стержней согласно настоящему изобретению снижает риск гибели или травматизма людей обрушивающимися кусками бетона, поскольку его сцепление с арматурой гораздо выше, чем со стандартной арматурой.

Процесс изготовления арматурных стержней в различных описанных в данном изобретении вариантах исполнения может быть осуществлен с помощью известного электромеханического оборудования прокатки и кручения с компьютерным управлением на основе специфических запрограммированных команд. Арматурный стержень в варианте исполнения по настоящему изобретению может быть изготовлен, например, путем пропускания нагретого цилиндрического прутка через одну или несколько клетей с двумя или большим количеством приводных формующих валков с текстурированной рабочей поверхностью и последующего скручивания готового арматурного стержня.

Для ясности в данном описании приведены не все очевидные особенности вариантов исполнения. Должно быть понятно, что при разработке любой фактической реализации изобретения должен быть принят ряд специфических для данной реализации решений для достижения конкретных целей разработчика и что эти конкретные цели будут отличаться в разных реализациях и у разных разработчиков. Должно быть также понятно, что такая попытка разработки может оказаться сложной и затратной по времени, но для рядового специалиста, который воспользуется данным описанием, она станет обычным делом технического проектирования.

Кроме того, следует понимать, что используемые в данном описании формулировки или термины носят описательный, а не ограничительный характер, и поэтому должны интерпретироваться специалистом в свете представленных здесь наставлений и указаний в сочетании со знаниями специалиста. Более того, никакому термину в описании или пунктах формулы изобретения не следует приписывать необычное или специальное значение, если только оно четко не придается ему как таковому.

Различные описанные здесь варианты исполнения охватывают известные сейчас эквиваленты и эквиваленты, которые станут известными в будущем, компонентов, упоминаемых в данном описании посредством иллюстраций. Кроме того, несмотря на то что варианты исполнения и их применение были продемонстрированы и описаны, для специалиста, воспользовавшегося описанием данного изобретения, должна быть очевидна возможность многих других модификаций помимо приведенных в данном описании без отклонения от идей описанного здесь изобретения.

Источники.

1. CN 201321682.

2. US 8915046.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Арматура для железобетона, содержащая спиральный стержень с прямолинейной центральной осью и по меньшей мере с двумя спиральными лепестками, с шагом витков в пределах от 1 до 10 диаметров цилиндра, в который вписывается указанный стержень; отличающаяся тем, что планарное поперечное сечение стержня включает центральную часть вокруг центральной оси стержня и по меньшей мере два лепестка, соединенных с центральной частью и разделенных между собой зазорами;

при этом по меньшей мере для двух разных концентрических окружностей вокруг центральной оси стержня сумма угловых мер поперечных сечений лепестков с меньшей окружностью меньше суммы угловых мер поперечных сечений лепестков с большей окружностью;

при этом материал сечения стержня перераспределен, насколько возможно, к периферии его сечения;

при этом площадь поперечного сечения центральной части меньше площади поперечного сечения по меньшей мере одного из лепестков;

при этом обе пласти центральной части снабжены рифлениями;

при этом вся наружная поверхность, образуемая каждым зазором между лепестками стержня, представляет собой гладкую непрерывную спиральную полосу.
2. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что лепестки в поперечном сечении являются в основном треугольными.
3. Арматура по п.2, отличающаяся тем, что лепестки соединены с центральной частью своими вершинами.
4. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что края лепестков, удаленные от центральной части, являются круговыми.

- 4 031981
5. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что шаг витков является постоянным.
6. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что шаг витков является переменным.
7. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что высота ребер рифления находится в пределах от 0,5 до 1,0 мм, а расстояние между ребрами находится в пределах от 5 до 30 мм.
8. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что стержень изготовлен из металла.
9. Арматура по п.1, отличающаяся тем, что центральная часть имеет ребра рифления.