ЗАРЕЦКИЙ, Лев Маркович (ул. Ленинградская 18 - 16, Магнитогорск Челябинская обл, 0 Magnitogorsk, 455000, RU)
KHARITONOV, Veniamin Alexandrovich (pr. K. Marksa, 45-1Magnitogors, Chelyabinskaya obl. 0, 455000, RU)
ЗАРЕЦКИЙ, Лев Маркович (ул. Ленинградская 18 - 16, Магнитогорск Челябинская обл, 0 Magnitogorsk, 455000, RU)
KHARITONOV, Veniamin Alexandrovich (pr. K. Marksa, 45-1Magnitogors, Chelyabinskaya obl. 0, 455000, RU)
| Формула изобретения 1. Арматурный канат, содержащий центральную проволоку и навитые вокруг нее по спирали повивочные проволоки с периодическим профилем, отличаю- щийся тем, что проволоки каната имеют временное сопротивление разрыву в два или более раза выше, нежели у горячекатаной стержневой арматуры равно- го диаметра, периодический профиль выполнен в виде наклонных выступов над образующей обжатой поверхности каната, участки поверхности проволок, контактирующие с другими проволоками, выполнены в форме спирально рас- положенных плоских площадок, периодический профиль нанесен на наружный участок поверхности повивочных проволок, а промежутки между описанной вокруг сечения каната окружностью и поверхностью наружных проволок име- ют увеличенные по сравнению с промежутками в круглопроволочном канате размеры за счет формы сечения наружных проволок и расположения проволок таким образом, чтобы контур, соединяющий по касательной наружные участки проволок повива, был приближен к треугольнику со скругленными углами, но не более чем с одним неполным слоем повива, например— по схеме 1+6+3, по схеме 3/3 или 3+3+6+3. 2. Арматурный канат по п. 1 , отличающийся тем, что проволоки расположены таким образом, чтобы контур, соединяющий по касательной наружные участки проволок повива, был приближен к многоугольнику со скругленными углами, например - по схеме 1+6+2. 3. Арматурный канат по пп. 1, 2, отличающийся тем, что проволоки располо- жены таким образом, чтобы контур, соединяющий по касательной наружные участки проволок повива, был приближен к треугольнику либо многоугольни- ку с вогнутыми сторонами и скругленными углами, например - по схеме 1+6+3 или 1+6+2. 4. Способ армирования железобетонных сооружений, включающий монтаж не- напряженной арматуры в направлении наибольшей протяженности сооружения и в поперечных направлениях, циклическое возведение опалубки и заполнение пространства внутри опалубки бетоном, отличающийся тем, что в качестве ар- матуры в направлении наибольшей протяженности сооружения используют арматурные канаты фасонно-периодического профиля, которые закрепляют у основания сооружения и в каждом из циклов заливки фиксируют между ранее сформированной частью сооружения и распределительным шаблоном, на рас- пределительный шаблон подают через обводные ролики и направляющую про- водку с катушек, расположенных у основания сооружения, перед каждым цик- лом заливки распределительный шаблон отводят от ранее сформированной части сооружения на величину формируемого участка с сопутствующим разма- тыванием арматурных канатов на вдвое большую величину, при этом каждый арматурный элемент является цельным по всей длине сооружения, а соедине- ние взаимно перпендикулярных элементов арматуры осуществляют посредст- вом втулок или вязальной проволоки. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после формирования половины дли- ны сооружения арматурные канаты отсоединяют от катушек. 6. Способ по пп.1-2, отличающийся тем, что в качестве арматуры в прочих на- правлениях также используют арматурные канаты фасонно-периодического профиля. 7. Способ изготовления арматурного каната по пп. 1 - 3, включающий изготов- ление проволок круглого сечения, нанесение периодического профиля на по- вивочные проволоки, свивку проволок в канат и обжатие каната, отличающий- ся тем, что нанесение периодического профиля осуществляют на наружный участок поверхности повивочных проволок в процессе свивки их в канат путем деформации непосредственно в очаге свивки вдоль наружной поверхности по- вивочных проволок в фасонном роликовом калибре с роликами, , выполнен- ными с цилиндрической или бочкообразной рабочей поверхностью с наклон- ными прорезями, ролики расположены относительно оси обжимаемого каната под углом, равным углу наклона наружной поверхности проволок каната к его оси, причем одновременно с нанесением периодического профиля роликами осуществляют пластическое обжатие каната и формирование спирально распо- ложенных плоских площадок на участках контакта проволок друг с другом. |
Изобретение относится к канатному производству и может быть исполь- зовано при производстве закладной арматуры, предназначенной для армирова- ния монолитных строений и других изделий из бетона.
Известна арматурная сталь классов А500 и А600, содержащая горячека- таный стержень с сечением, приближенным к кругу, и наклонные ребристые выступы на его поверхности (см. ГОСТ Р 52544-2006. Прокат арматурный сва- риваемый периодического профиля классов А500С и В500С для армирования железобетонных конструкций. Технические условия).
Недостатком известной арматурной стали является низкая технологич- ность при изготовлении монолитных строений, из-за выполнения его отрезка- ми мерной длины, которая вынуждает соединять каждый арматурный элемент из множества частей в стык посредством сварки с сопутствующим разупрочне- нием каждого арматурного элемента в точках сварки. Другим недостатком из- вестной арматурной стали является низкая коррозионная стойкость выполнен- ного из нее арматурного каркаса, вызванная формированием очагов язвенной коррозии в местах сварки, а также практической невозможностью использова- ния цинкового антикоррозионного покрытия из-за крайне низкой свариваемо- сти в случае его нанесения.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является арматур- ный канат, содержащий центральную проволоку и навитые вокруг нее по спи- рали повивочные проволоки с периодическим профилем, выполненным в виде выступов и впадин. При этом периодический профиль выполнен по всей по- верхности повивочных проволок (см. пат. ФРГ N° 1659265, Е 04 С5/03). Известный канат может быть изготовлен в виде целого изделия произ- вольно большой длины и обладает самовыпрямляемостью, имеет механическое зацепление в направлении ввинчивания, однако в целом не обеспечивает высо- кого сцепления с бетоном из-за узких промежутков между описанной вокруг сечения каната окружностью и поверхностью наружных проволок, не остав- ляющих пространства для формирования прочных гребней бетона под обра- зующей каната. Кроме того, недостатком известного каната являются несоот- ветствующие задачам закладного армирования физико-механические свойства в связи с тем, что обеспечиваемая высокими прочностными свойствами прово- локи прочность не реализуется при поперечных размерах сечения, значительно уступающих поперечным размерам сечения горячекатаной арматурной стали равной агрегатной прочности из-за относительно малого контура обволакива- ния.
Известен способ армирования железобетонных сооружений, включаю- щий монтаж ненапряженной арматуры в направлении наибольшей протяжен- ности сооружения и в поперечных направлениях, циклическое возведение опа- лубки и заполнение пространства внутри опалубки бетоном, при этом в качест- ве арматуры используют горячекатаные стержни мерной длины, соединяемые в стык по длине сваркой или резьбовыми втулками после завершения очередного цикла формирования железобетонного элемента (см. Свод Правил СП 52-103- 2007 «Железобетонные монолитные конструкции зданий»).
Недостатками известного способа армирования являются низкие прочно- стные свойства арматурного каркаса как из-за посредственной прочности са- мой арматуры, в частности - низкой удельной прочности стержневых арматур- ных элементов и высокой ползучести, так и из-за многочисленных мест соеди- нения каждого арматурного элемента по длине, не позволяющих ему воспри- нимать нагрузки как единому целому, и высокая себестоимость армирования, вызванная низкой удельной прочностью стержневых арматурных элементов и . высокой трудоемкостью армирования из-за многократно повторяющегося сты- кования по длине арматурных элементов.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу изготовления являет- ся способ изготовления арматурных канатов, включающий изготовление про- волок круглого сечения, нанесение периодического профиля на наружные про- волоки, свивку проволок в канат и его последующее обжатие. При этом перио- дический профиль наносят на всю поверхность проволок перед свивкой их в канат, а после свивки осуществляют упругое обжатие путем волочения свитого каната через обжимную плашку (см. пат. ФРГ N°1659265, Е 04 С 5/03).
Недостатком известного способа является невозможность изготовить ар- матурный канат с необходимыми для закладного армирования физико- механическими свойствами вследствие того, что изготавливаемый канат полу- чает сечение, приближенное к кругу, что не позволяет реализовать его прочно- стные характеристики ввиду недостаточной величины контура обволакивания. Кроме того, сцепление такого каната с бетоном ниже сцепления горячекатаной профилированной арматуры
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в создании са- мовыпрямляющегося арматурного элемента произвольно большой длины с со- отношением прочностных характеристик и контура обволакивания сечения на уровне горячекатаной арматурной стали классов А500 и А600, сцеплением с бетоном и прочими характеристиками не ниже уровня горячекатаной арматур- ной стали классов А500 и А600, а также повышенной коррозионной стойко- стью за счет неограниченной возможности нанесения антикоррозионных по- крытий.
Поставленная задача решается тем, что в известном арматурном канате, содержащем центральную проволоку и навитые вокруг нее по спирали пови- вочные проволоки с периодическим профилем, согласно изобретению, прово- локи каната имеют временное сопротивление разрыву в два или более раза вы- ше, нежели у горячекатаной стержневой арматуры равного диаметра, периоди- ческий профиль выполнен в виде наклонных выступов над образующей обжа- той поверхности каната, участки поверхности проволок, контактирующие с другими проволоками, выполнены в форме спирально расположенных плоских площадок, периодический профиль нанесен на наружный участок поверхности повивочных проволок, а промежутки между описанной вокруг сечения каната окружностью и поверхностью наружных проволок имеют увеличенные по сравнению с промежутками в круглопроволочном канате размеры за счет фор- мы сечения наружных проволок и расположения проволок таким образом, что- бы контур, соединяющий по касательной наружные участки проволок повива, был приближен к треугольнику со скругленными углами, но не более чем с од- ним неполным слоем повива, например - по схеме 1+6+3, по схеме 3/3 или 3+3+6+3.
Также проволоки могут быть расположены таким образом, чтобы контур, соединяющий по касательной наружные участки проволок повива, был при- ближен к многоугольнику со скругленными углами, например - по схеме 1+6+2.
Также проволоки могут быть расположены таким образом, чтобы контур, соединяющий по касательной наружные участки проволок повива, был при- ближен к треугольнику либо многоугольнику с вогнутыми сторонами и скруг- ленными углами, например - по схеме 1+6+3 или 1+6+2.
Также периодический профиль может быть выполнен не на всех наруж- ных проволоках или не на всех поверхностях, например— в схеме 1+6+3 пе- риодический профиль выполнен на внешней поверхности 6 проволок первого слоя повива, в то время как 3 проволоки второго слоя повива имеют гладкие обжатые поверхности.
Заявляемый канат может использоваться следующим способом: в извест- ном способе армирования железобетонных сооружений, включающем монтаж ненапряженной арматуры в направлении наибольшей протяженности сооруже- ния и в поперечных направлениях, циклическое возведение опалубки и запол- нение пространства внутри опалубки бетоном, согласно изобретению, в каче- стве арматуры в направлении наибольшей протяженности сооружения исполь- зуют арматурные канаты фасонно-периодического профиля, которые закреп- ляют у основания сооружения и в каждом из циклов заливки фиксируют между ранее сформированной частью сооружения и распределительным шаблоном, на распределительный шаблон подают через обводные ролики и направляющую проводку с катушек, расположенных у основания сооружения, перед каждым циклом заливки распределительный шаблон отводят от ранее сформированной части сооружения на величину формируемого участка с сопутствующим разма- тыванием арматурных канатов на вдвое большую величину, при этом каждый арматурный элемент является цельным по всей длине сооружения, а соедине- ние взаимно перпендикулярных элементов арматуры осуществляют посредст- вом втулок или вязальной проволоки.
При этом после формирования половины длины сооружения арматурные канаты могут отсоединять от катушек во избежание потребности в избыточной длине отрезков каната.
Кроме того, в качестве арматуры в направлениях малой протяженности сооружения также могут использовать арматурные канаты фасонно- периодического профиля.
Благодаря такому комплексу технических решений появляется возмож- ность использовать в качестве арматуры канаты: наличие периодического про- филя, исключающего эффект ввинчивания, позволяет использовать канаты как таковые, имеющие высокие удельную и абсолютную прочность, релаксацион- ную и усталостную стойкость; отсутствие продольных соединений позволяет использовать арматуру с деформационным упрочнением и обеспечить равно- мерное восприятие и передачу нагрузок арматурным элементом, а также ис- пользовать антикоррозионные покрытия, например - цинковые. Высокая ре- лаксационная и усталостная стойкость канатной арматуры позволяет повысить выносливость арматурного каркаса, большая удельная прочность позволяет снизить массу каркаса, меньшая (в пересчете на прочность) удельная стоимость и меньшее количество операций по соединению арматурных элементов позво- ляют снизить себестоимость.
Заявляемая конструкция арматурного каната может быть изготовлена только по заявляемому способу, включающему изготовление проволок кругло- го сечения, нанесение периодического профиля на повивочные проволоки, свивку проволок в канат и обжатие каната, в котором, согласно изобретению, нанесение периодического профиля осуществляют на наружный участок по- верхности повивочных проволок в процессе свивки их в канат путем деформа- ции непосредственно в очаге свивки вдоль наружной поверхности повивочных проволок в фасонном роликовом калибре с роликами, выполненными с цилин- дрической или бочкообразной рабочей поверхностью с наклонными прорезя- ми, ролики расположены относительно оси обжимаемого каната под углом, равным углу наклона наружной поверхности проволок каната к его оси, причем одновременно с нанесением периодического профиля роликами осуществляют пластическое обжатие каната и формирование спирально расположенных пло- ских площадок на участках контакта проволок друг с другом.
Известен отличительный признак, характеризующий форму выполнения каната с трехгранным сечением, расположенным по спирали (см. Беринский И.Ц. Стальные трехгранные пряди для преднапряженных железобетонных кон- струкций // Стальные канаты: сб. науч. тр. Вып. 4. - Киев: Техника, 1967. - С 232 - 235.). В указанном решении, как и в заявляемом, трехгранное спиральное сечение предназначено для формирования массивных выступов бетона под об- разующей арматурного элемента, исключающих прямолинейное перемещение элемента относительно бетона. Однако, в отличие от известного решения, в за- являемом решении трехгранное спиральное сечение является частью комплек- са направленных на увеличение сцепления решений, исключает еще и ввинчи- вание за счет периодического профиля на наружной поверхности проволок. Кроме того, в заявляемом решении одной из задач трехгранного сечения явля- ется увеличение диаметра образующей поверхности и, соответственно, контура обволакивания для соответствия данного параметра равнопрочной стержневой арматуре. Также необходимо отметить, что в иллюстрациях к известному тех- ническому решению показаны схематические изображения сечения много- слойного спирального каната, в котором присутствуют, как минимум, два не- полных слоя проволок - где часть проволок контактируют в тангенциальном направлении с проволокой, расположенной на том же радиусе, только в одном направлении и, соответственно, не имеют опоры в обратном направлении. В силу такой конфигурации канат, изображаемый в указанном решении, не обес- печивает устойчивой фиксации проволок: проволока внешнего слоя повива при воздействии на нее нормальной или тангенциальной нагрузки неизбежно сдви- гается внутрь на уровень внутреннего неполного слоя, смещая в свободное пространство на том же либо меньшем (если есть три или более неполных сло- ев) радиусе одну из проволок этого слоя; при этом у сместившейся на меньший радиус проволоки возникает избыток длины, в связи с которым она теряет фик- сированное положение на смежных с точкой приложения нагрузки участках. Поскольку еще в процессе изготовления любой канат подвергается значитель- ным нагрузкам на вытяжном кабестане, можно однозначно утверждать, что из- вестное решение не реализуемо на любых известных канатовьющих машинах и, таким образом, не обладает таким признаком изобретения, как промышлен- ная применимость. В отличие от него, в заявляемом решении предлагается ис- пользовать строго один неполный слой повива, который при дополнительном стабилизирующем факторе пластического обжатия непосредственно в процессе свивки является стабильным: за счет невозможности смещения проволоки как на меньший радиус, полностью заполненный более короткими проволоками внутреннего слоя повива, так и на такой же радиус в другое угловое положе- ние, поскольку при обжатии проволока внешнего слоя оказывается вдавлена в паз между проволоками внутреннего слоя, над которым находится, в то время как ширина и глубина свободных пазов между проволоками внутреннего слоя уменьшаются из-за вдавливания их друг в друга - соответственно, каждая про- волока внешнего слоя после прохождения очага свивки находится на мини- мально возможном радиусе, что обеспечивает устойчивое положение. Таким образом, заявляемое решение обладает промышленной применимостью, в от- личие от известного решения.
Отличительный признак, характеризующий применение арматурного ка- ната для ненапряженного армирования, в известных технических решениях не обнаружен.
Отличительный признак, характеризующий обеспечение возможности нанесения антикоррозионных покрытий путем исключения сварных стыков за счет самовыпрямляемости и гибкости ненапрягаемой арматуры с высоким ко- эффициентом сцепления, в известных технических решениях не обнаружен.
Отличительные признаки, характеризующие форму выполнения арма- турного каната для закладного армирования с фасонным сечением, профилиро- ванной с периодом наружной поверхностью и контактными площадками на внутренней поверхности повивочных проволок, , в известных технических ре- шениях не обнаружены.
На основании вышеприведенного анализа известных источников инфор- мации можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый арматурный ка- нат и способ его изготовления не следуют явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствуют условию патентоспособности «изо- бретательский уровень».
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен внешний вид арматурного каната;
на фиг. 2 схематично изображено поперечное сечение арматурного каната кон- струкции 1+6+3 с периодическим профилем на всех наружных поверхностях повивочных проволок;
на фиг. 2 - то же, с периодическим профилем только на наружных поверхно- стях повивочных проволок внутреннего слоя повива;
на фиг. 4 - схематичное устройство для армирования канатами монолитных железобетонных строений и его расположение относительно опалубки.
Арматурный канат устроен, например, следующим образом. По оси кана- та расположена прямолинейная центральная проволока 1 (фиг. 1, 2, 3), вокруг центральной проволоки 1 по винтовой линии расположены шесть повивочных проволок 2 внутреннего слоя, плотно прилегающих друг к другу и к централь- ной проволоке 1. В пазах между повивочными проволоками 2 внутреннего слоя расположены три повивочные проволоки 3 наружного слоя, плотно прилегаю- щие к повивочным проволокам 2 внутреннего слоя и отстоящие друг от друга на 120 градусов. Участки поверхности повивочных проволок 2 и 3, контакти- рующие с поверхностью центральной проволоки 1 и смежных повивочных проволок 2 и 3, а также участки поверхности центральной проволоки 1, контак- тирующие с поверхностью повивочных проволок 2, выполнены в форме спи- рально расположенных плоских площадок 4 (фиг. 2, 3). На наружный участок поверхности повивочных проволок 2 и 3 (фиг. 1, 2) либо только на наружный участок поверхности повивочных проволок 2 (фиг. 3) нанесен периодический профиль, выполненный в виде наклонных выступов 5 над образующей 6 обжа- той поверхности каната.
Такое конструктивное выполнение арматурного каната позволяет улуч- шить его физико-механические свойства за счет равномерного распределения и низкой величины контактных напряжений, возникающих в канате, при одно- временном повышении сцепления каната с бетоном за счет значительно увели- ченных промежутков между описанной вокруг сечения каната окружностью и поверхностью наружных проволок, оставляющих пространство для формиро- вания прочных гребней бетона, а также увеличенного контура обволакивания.
При расчете коэффициента сцепления Fr опираемся на то, что поперечная проекция каждой из трех граней каната на шаге свивки представляет собой замкнутое кольцо, внешний радиус которого равен описанному вокруг каната радиусу, а внутренний - расстоянию от оси каната до внешнего края площадки 4 контакта между двумя смежными проволоками 2 внутреннего слоя повива. Вычисление площади этих колец и ее соотношения с площадью описанного вокруг каната цилиндра с высотой, равной шагу свивки, при диаметре прово- лок 3,0 мм, описанном диаметре готового каната 13,6 мм, расстоянии 2,6 мм от оси каната до внешнего края площадки 4 контакта, шаге свивки 80 мм состав- ляет свыше 0,105, что значительно выше, чем типовое для арматуры А500 зна- чение 0,075. Кроме того, за счет большой длины промежутков между гранями остается значительное пространство для формирования прочных гребней бето- на, что дает возможность реализовать увеличенную площадь смятия, в то время как у арматуры А500 увеличение площади смятия до указанной величины при- ведет к падению фактического сцепления из-за нехватки места между высту- пами профиля для формирования гребней бетона достаточной прочности.
Устройство для армирования канатами монолитных железобетонных строений, осуществляющее заявляемый способ армирования, выглядит, напри- мер, следующим образом.
Основой устройства является рама 7 (фиг. 4), опирающаяся на ранее сформированный участок 8 возводимого сооружения, состоящая из стоек 9, например - телескопических (не показано), обеспечивающих возможность по- дачи и фиксации узла подачи арматуры над изготавливаемым уровнем возво- димого сооружения, и непосредственно узла подачи арматуры, включающего в себя распределительный шаблон 10, набор обводных роликов 11 и проводок 12, расположенных между обводными роликами 11 и катушками 13 с мерными отрезками 14 фасонно-периодического каната.
Заявляемый способ армирования монолитных железобетонных строений осуществляется, например, следующим образом: у основания армируемого со- оружения фиксируют концы мерных отрезков 14 фасонно-периодического ка- ната, предварительно намотанных на катушки 13. Посредством внешних или встроенных подающих механизмов и фиксирующих приспособлений любого известного типа подают и закрепляют узел подачи арматуры на величину фор- мируемого в данном цикле участка бетона таким образом, чтобы находящиеся между распределительным шаблоном 10 и ранее сформированным участком 8 сооружения участки мерных отрезков 14 фасонно-периодического каната рас- полагались в нужном направлении. Производят монтаж арматуры в попереч- ных направлениях, монтируют вокруг установленной арматуры опалубку 15, далее производят наполнение опалубки 15 бетоном.
После формирования половины длины сооружения в направлении, арми- руемом данным способом, между обводными роликами 11 и катушками 13 в проводках 12 находятся участки мерных отрезков 14 фасонно-периодического каната с длиной, достаточной для армирования оставшейся части сооружения. В связи с этим мерные отрезки 14 могут быть отсоединены от катушек 13 и за- фиксированы в обводных роликах 11 и проводках 12 посредством тормозных устройств любого известного типа.
Изготавливают арматурный канат следующим образом. Предварительно изготавливают центральную проволоку 1 и повивочные проволоки 2 и 3 круг- лого сечения, свивают их между собой в канат в любой известной канатовью- щей машине, например, бугельного типа. После свивки на наружный участок повивочных проволок 2 либо 2 и 3 наносят периодический профиль в виде на- клонных выступов 5 над образующей 6 поверхности путем холодной деформа- ции вдоль наружной поверхности наружных проволок свитого каната в закры- том фасонном роликовом калибре периодического профиля,. Одновременно с нанесением периодического профиля на поверхность каната в указанном ка- либре осуществляют пластическое обжатие каната, в результате чего форми- руются контактные площадки 4.