Арматурний стержень періодичного профілю

Изобретение относится к строительству, в частности, к арматурным стержням периодического профиля, предназначенным для армирования железобетонных конструкций. Известен арматурный стержень периодического профиля, содержащий чередующиеся между собой утолщения в виде шеек с буртиками, причем буртики имеют квадратное сечение [1]. Недостатком этого арматурного стержня является уменьшение поперечного сечения в местах расположения шеек до 0,6 диаметра стержня, что снижает его несущую способность и приводит к необоснованному перерасходу металла. Известен арматурный стержень периодического профиля, содержащий сердечник, на двух противоположных сторонах которого расположены горячекатаные ребра, ориентированные по винтовой линии с образованием на одной трети периметра стержня части резьбы. При этом профиль впадин между ребрами имеет скругленную форму, впадины расположены напротив ребер на противоположной стороне сердечника с сохранением постоянной площади поперечного сечения по длине стержня, а ребра выполнены скругленными с образованием совместно с впадинами в продольном сечении стержня правильного волнообразного профиля [2]. Данный профиль арматурного стержня позволяет повысить его прочность, а также решить проблему стыкования стержней несвариваемой высокопрочной арматуры за счет наличия винтового профиля и возможности стыкования при помощи соединительных элементов (муфт). Однако, сложная геометрическая форма периодического профиля стержня повышает трудоемкость изготовления калибров, а также приводит к увеличению износа последних при прокатке данного профиля и невозможности его многократного использования. Наиболее близким к предлагаемому является арматурный стержень периодического профиля цилиндрической формы с двухсторонними вмятинами, имеющими поперечное седловидное сечение и глубину, составляющую 3...9% от номинального диаметра стержня [3]. Выбранный в качестве прототипа арматурный профиль обеспечивает повышение сцепления стержня с бетоном. Однако наличие вмятин седловидной формы приводит к непостоянству поперечного сечения по длине стержня, что снижает его агрегатную прочность и ведет к перерасходу стали в конструкциях. Малая протяженность вмятин не обеспечивает надежной анкеровки стержней в формах для бетонирования изделий и не дает возможности стыкования такого профиля без сварки при использовании высокопрочной арматуры. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования арматурного стержня периодического профиля, в котором за счет особенностей выполнения его конструктивных элементов обеспечивается повышение агрегатной прочности и надежности анкеровки стержней при бетонировании и за счет этого достигается простота и надежность стыкования стержней без сварки при изготовлении арматурных каркасов сложной формы, снижается расход металла, а также упрощается технология изготовления калибров прокатных валков, что повышает их износостойкость. Поставленная задача решается тем, что в арматурном стержне периодического профиля, выполненного с двухсторонними вмятинами для армирования железобетонных изделий или конструкций согласно изобретению вмятины протяженностью 0,5 ... 1,5 диаметра стержня выполнены плоскопараллельно на двух диаметрально противоположных сторонах стержня напротив друг друга с шагом равным 2,0 ... 10,0 диаметра стержня, каждая вмятина имеет глубину залегания, составляющую 0,10 ... 0,25 диаметра стержня. Таким образом по отношению к техническому решению, принятому в качестве прототипа, у описываемого изобретения имеются следующие отличительные признаки-вмятины выполнены плоскопараллельными на двух диаметрально противоположных сторонах стержня напротив друг друга, протяж енность вмятин составляет 0,5 … 1,5 диаметра стержня, шаг нанесения вмятин составляет 2,0 ... 10,0 диаметра стержня, а глубина залегания вмятин составляе т 0,10 ... 0,25 диаметра стержня. Между отличительными признаками и поставленной задачей существует следующая причинно-следственная связь , заключающая в том, что предлагаемый периодический профиль выполнен с чередующимися цилиндрическими участками и плющенными из цилиндра участками в виде плоскопараллельных вмятин плавно сопряженными между собой для обеспечения постоянства поперечного сечения на всей протяженности стержня. Это исключает необоснованный перерасход металла на периодический профиль и способствует полному использованию металла на восприятие нагрузки, т.е. повышению несущей способности. Выполнение плющенных из цилиндра участков в виде вмятин, расположенных на двух диаметрально противоположных поверхностях стержня напротив друг друга обеспечивает развитую поверхность стержней, достаточную для сцепления их с бетоном и работы системы стержень - бетон, как одного материала. Кроме того, такое расположение вмятин создает возможность стыкования и анкеровки стержней из высокопрочных несвариваемых сталей в том числе и в термически упрочненном состоянии (арматура класса Ат-IV … Ат-VII) при помощи специальных, фиксаторов или инвентарных захватов. Изготовление арматурных стержней с чередующимися цилиндрическими участками и плющенными из цилиндра участками требует упрощенных калибров, исключает применение на их изготовление высокоточного дорогостоящего нарезного станочного оборудования, а также повышает износостойкость и дает возможность многократного использования калибров при переходе на Производство стержней больших профилеразмеров при определенной выработке калибров. На фиг.1 изображено продольное сечение арматурного стержня периодического профиля; на фиг.2 - поперечное сечение по цилиндрическому участку 1 (А - А); на фиг.3 -поперечное сечение по плющенному участку 2 (Б - Б). Геометрические соотношения размеров профиля заявляемого арматурного стержня выбраны исходя из критериев оптимальности, разработанных в ряде исследований и экспериментально проверены при опытной прокатке на лабораторном двухклетьевом стане. Прокатывались профилеразмеры №10, 14, 18 из стали марки Ст5ПС, что практически охватывает весь сортамент стержневой арматуры, производимой на отечественных мелкосортных прокатных станах. Нижний предел протяженности вмятин, равный 0,5д, выбран исходя из условий максимального их заполнения бутоном. Верхний предел протяженности вмятин, равный 1,5Д, обусловлен условиями деформирования металла в калибре прокатного стана. При формировании вмятин протяженностью свыше оговоренного предела наблюдается продольное течение металла (вытяжка), что приводит к неравномерности площади сечения на цилиндрическом и плющенном из цилиндра участках стержня. Вмятины протяженностью 0,5д формируются на арматурных стержнях меньших профилеразмеров (№10, 12). вмятины протяж енностью 1,5Д формируются на стержнях сортамента №18. Нижний предел залегания вмятин, равный 0,10Д, выбран исходя из условий достаточного сцепления стержней с бетоном и их совместной работы. При меньшей глубине залегания вмятин возможно выдергивание стержней при создании высоких уровней перенапряж ении (армирование конструкций сталью класса А т-VI … А т-VII по ГОСТ 10884). При формировании вмятин с глубиной залегания более 0,25Д возникает опасность потери постоянства площади поперечного сечения стержней из-за неравномерной деформации металла в продольном и поперечном направлении. Вмятины с глубиной залегания 0,1Д формируются на стержнях профилеразмером №18 и более, на стержнях малых профилеразмеров (№10, 12) формируются вмятины глубиной равной до 0,25Д. Чередование по длине стержня цилиндрических участков и участков плющенных из цилиндров в виде вмятин (шаг вмятин) выбирается из условий надежности работы стержней в бетоне и возможности стыкования и анкеровки последних. При шаге менее 2,0Д и малой глубине залегания вмятин возможно смятие выступающих сегментов стержня и потеря преднапряжения передаваемого на бетон. При шаге вмятин более 10,0Д возникают трудности с натяжением стержней и их стыкованием при помощи специальных устройств из-за фиксированных размеров форм для бетонирования изделий. Заявляемые геометрические параметры профиля стержня позволяют повторно использовать выработанные валки, но уже при прокатке стержней следующего большего профилеразмера путем переточки круглого калибра на другой диаметр. При изменении размера круглого калибра следующая партия производимых стержней будет иметь тот же шаг вмятин, при меньшей глубине их залегания и отличаться диаметром цилиндрических участков. Отсутствие на поверхности стержня частых выступов всевозможной формы и конфигурации (наклонные и продольные ребра, прямоугольной, серповидной, седловинной и др. формы) исключают необходимость нарезки в калибре канавок, что значительно облегчает и упрощает процесс изготовления и подготовки калибров прокатных валков, а также повышает их износостойкость (отсутствие всевозможных выкрашиваний и выработок). Таким образом, предлагаемый арматурный стержень с упрощенной конструкцией формы и заявляемыми диапазонами параметров периодического профиля позволяют достичь экономии металла за счет постоянства площади сечения подлине, снизить трудоемкость изготовления калибров, повысить износостойкость валков и их многократное использование, достичь простоты и надежности стыкования несвариваемых высокопрочных стержней, т.е. решить поставленную задачу. Результаты испытания опытной партии арматурных стержней с заявляемым периодическим профилем представлены в таблице. Из представленных материалов следует, что заявляемый арматурный стержень периодического профиля обладает геометрическими параметрами, удовлетворяющими, как условиям высокоэффективного применения его в железобетонных конструкциях, так и условиям технологичности при производстве его на современных прокатных станах. Экономический эффект от производства предлагаемого профиля арматуры достигается за счет затрат при подготовке калибров чистовой клети и повышения износостойкости калибров при прокатке. Экономический эффект от использования арматурной стали с таким профилем в строительстве определяется рациональным использованием металла, повышением усталостной прочности за счет устранения концентраторов напряжений в виде поперечных наклонных ребер, возможностью использования немерных отрезков стержней несвариваемой стали и простотой анкеровки стержней в формах.