RU201097U1 - RIBBED FITTINGS - Google Patents

Abstract

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, в качестве различного вида анкеров. Может изготавливаться из металла и композитных материалов.Недостатком большинства арматурных элементов является низкая степень сцепления с бетоном, а также ограниченность работы бетона на срез и растяжение под действием продольной силы по граничному слою между бетоном и арматурой.Арматура ребристая обеспечивает работу с бетоном вплоть до значения растягивающей нагрузки, соответствующего пределу прочности данного стержня при растяжении. 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. Изготовление изделия производится на оборудовании и по технологии для производства арматуры периодического профиля (композитной арматуры соответственно).Эффективность предлагаемой полезной модели заключается в ее техническом результате, обеспечении высоких показателей в отношении сцепления с бетоном, материалоемкости и простоты изготовления. 4 фиг.The utility model relates to reinforcement, for example, for concrete, and can be used to reinforce structures of bridges, building structures, monolithic concrete and prefabricated buildings, for use in structural elements of buildings in the form of individual rods, for soil reinforcement of the foundations of buildings and structures, including foundations of highways and roads, as various types of anchors. It can be made of metal and composite materials. The disadvantage of most reinforcing elements is the low degree of adhesion to concrete, as well as the limited work of concrete for shear and tension under the action of longitudinal force along the boundary layer between concrete and reinforcement. Ribbed reinforcement provides work with concrete up to tensile load corresponding to the tensile strength of a given bar. The declared parameters and the helicoidal shape of the ribs make it possible to transfer the longitudinal load by pressure to the plane of the ribs, with the volumetric coverage of the adjacent embedding material (concrete) along the entire length and diameter of the multi-threaded ribs. The product is manufactured using equipment and technology for the production of periodic profile reinforcement (composite reinforcement, respectively). The effectiveness of the proposed utility model lies in its technical result, ensuring high performance in terms of adhesion to concrete, material consumption and ease of manufacture. 4 fig.

Description

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.The utility model relates to reinforcement, for example, for concrete, and can be used to reinforce structures of bridges, building structures, monolithic concrete and prefabricated buildings, for use in structural elements of buildings in the form of individual rods, for soil reinforcement of the foundations of buildings and structures, including foundations of highways and roads. Can be made of metal and composite materials.

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.Analogue: Reinforcement according to GOST 5781-82 is known from the prior art. Hot-rolled steel for reinforcing reinforced concrete structures. Reinforcing steel of a periodic profile is a round profile with two longitudinal ribs and transverse protrusions running along a three-start helical line, for profiles with a diameter of 6 mm and 8 mm - along a single-start and double-start helical line, respectively.

Недостатком такого арматурного элемента является низкая степень сцепления с бетоном.The disadvantage of such a reinforcing element is the low degree of adhesion to concrete.

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.Prototype: The closest prototype of the utility model is "Composite reinforcement with increased specific surface area" (Patent RU 150388 U1; IPC Е04С 5/07, Published: 2015.02.20). A utility model made of composite reinforcement, having a cross-sectional profile made in the form of a cumulative number of sectors of equal angular measure located alternately and belonging to two concentric circles of equal angular measure, making up the total angle, with a cross-section equal to the equivalent cross-sectional area of the reinforcing bar.

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.The disadvantage of this technical solution is the destruction of concrete under the action of a longitudinal force along the boundary layer between concrete and reinforcement due to the limited shear and tension.

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.It is known that the interaction of concrete and reinforcement as a whole occurs due to three factors: mechanical engagement of reinforcement with concrete in the presence of irregularities on the surface of the reinforcement, friction between concrete and reinforcement, molecular interaction (adhesion). Composite reinforcement is a good alternative to metal because of its high tensile strength, dielectric properties, and high corrosion resistance. It was found that the destruction of samples under the action of a pulling force occurs along the boundary layer between concrete and reinforcement. As a result, concrete is destroyed due to the limited shear and tensile work, and partially sand sprinkling of fiberglass reinforcement, due to the weak bond between sand particles and fiberglass.

Задачей полезной модели является создание арматурного стержня, обеспечивающего работу с бетоном вплоть до значения растягивающей нагрузки соответствующего пределу прочности данного стержня при растяжении.The task of the utility model is to create a reinforcing bar that allows working with concrete up to the tensile load value corresponding to the tensile strength of the given bar.

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.The task is achieved by the fact that the reinforcement, consisting of a round bar, the cross-section of which is transformed into a multi-pointed star, the edges of which are in the form of a plate of trapezoidal section, while along the length of the ribs they have a continuous helical shape around the axis of the bar with an angle of inclination of the generatrix of the outer face from the axis of the bar within 30-60 degrees, in any plane passing through the longitudinal axis of the rod, the angle between the generatrix of the rib and the axis of the rod is 90 degrees, the free (working) zone along the rod between adjacent ribs is not less than double their width. In this case, the fittings can be made of metal and composite materials, as well as have anti-corrosion insulation.

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.This utility model is based on the helicoidal arrangement of the ribs, which ensures work with the concrete of the structure according to the principle of pressure on the area of the ribs, their mechanical engagement in the concrete stone. Longitudinal tensile and compressive loads are perceived by the plane of ribs located at an angle to the rod axis.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, гдеThe essence of the utility model is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 представлен общий вид изделия (фрагмент). Темным цветом выделено одно из многозаходных ребер;in fig. 1 shows a general view of the product (fragment). One of the multi-start ribs is highlighted in dark color;

на фиг. 2 показан вид А (фиг. 1) с вариантом из трех ребер в сечении;in fig. 2 shows a view A (Fig. 1) with a variant of three ribs in section;

на фиг. 3 - то же, вариант из четырех ребер в сечении;in fig. 3 - the same, a variant of four ribs in section;

на фиг. 4 - продольный разрез по оси стержня с наложением фронтальной проекции фрагмента ребра. Стрелки показывают направление действия продольных сил R;in fig. 4 is a longitudinal section along the axis of the rod with the overlapping of the frontal projection of the rib fragment. The arrows show the direction of action of the longitudinal forces R;

Пояснения к фигурам.Explanations for the figures.

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_З, шаг винта Н. Для наглядности изображения одно ребро выделено темным цветом.The product (Fig. 1) consists of a rod 1 and continuous helicoidal multi-threaded ribs 2 transformed from its body, having a profile width B, an angle of inclination of the generatrix of the outer edge of the rib from the axis of the rod α, a free (working) zone Р _З , a screw pitch N. For For clarity, one edge is highlighted in dark color.

Фиг. 2 и фиг. 3 представляют варианты вида А (фиг. 1) где: 1 - сердечник, 2 - ребро, В - ширина ребра, t - толщина (средняя) ребра, d_c - диаметр сердечника, d_пр - 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.FIG. 2 and FIG. 3 represent options of type A (Fig. 1) where: 1 - core, 2 - rib, B - rib width, t - thickness (average) rib, d _c - core diameter, d _pr - reduced section diameter, D - outer diameter along the ribs. The difference in options in the sizes of elements, the number of ribs, shows a wide range of design even with their equivalent cross-sectional area.

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_З, 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.FIG. 4 represents a longitudinal section along the axis of the rod 1 and ribs 2, with the overlapping of the frontal projection of a fragment of rib 2. Shows the positions of the rib width B, the rib thickness t, the free (working) zone Р _З , the angle α of inclination of the generatrix of the outer edge of the rib from the rod axis and the angle β generatrix of the rib with the axis of the bar. The purpose of FIG. 4 shows the operation of the ribs by the "frontal" resistance R to the longitudinal load 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.The declared parameters and the helicoidal shape of the ribs make it possible to transfer the longitudinal load by pressure to the plane of the ribs, with the volumetric coverage of the adjacent embedding material (concrete) along the entire length and diameter of the multi-threaded ribs.

Заявленные параметры это:The declared parameters are:

- 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.- a metal rod of a circular profile, the cross-section of which is transformed into the shape of a star, while the edges of the star have the form of a plate of trapezoidal cross-section, and along the length have a continuous helical shape around the axis of the rod.

- угол α наклона внешней грани ребер от оси стержня в пределах 30-60 градусов;- the angle α of inclination of the outer edge of the ribs from the axis of the bar within 30-60 degrees;

- в любой плоскости, проходящей через продольную ось стержня, угол β между образующей ребра и осью стержня равен 90 градусов;- in any plane passing through the longitudinal axis of the bar, the angle β between the generatrix of the rib and the axis of the bar is 90 degrees;

- свободная (рабочая) зона Р_З по стержню между соседними ребрами не менее двойной их ширины В.- free (working) zone _RZ along the bar between adjacent ribs at least double their width B.

Все параметры (кроме угла β): количество ребер, угол наклона α, шаг винта Н, толщина t и ширина ребер В, приведенный d_пр и остаточный d_c диаметр стержня могут меняться в широких пределах в зависимости от расчетной нагрузки и назначения изделия.All parameters (except for the angle β): the number of ribs, the angle of inclination α, the pitch of the screw H, the thickness t and the width of the ribs B, the reduced d _pr and the residual d _{c, the} diameter of the bar can vary widely depending on the design load and the purpose of the product.

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:For the necessary adhesion to concrete, the body of the bar is transformed into multi-start helicoidal ribs by molding during the manufacture of the bar. The "frontal" resistance of the ribs to the concrete pressure (R in Fig. 4) is multiples of the adhesion resistance and friction along the lateral surface. The equilibrium condition for the bearing capacity of the reinforcement and the resistance of concrete to compression will look like this:

где: R_b - нормативное значение сопротивления бетона сжатию, МПа;where: R _b - standard value of concrete compressive strength, MPa;

S_p - площадь всех ребер на шаге винта Н (в проекции перпендикулярно к оси стержня): S_p=n⋅π⋅(R-r)², см²;S _p is the area of all edges at the screw pitch Н (in projection perpendicular to the axis of the rod): S _p = n⋅π⋅ (Rr) ² , cm ² ;

где: n - кол-во ребер, шт; (фиг, 2 и 3)where: n - number of ribs, pcs; (figs, 2 and 3)

R, r - радиусы от D и d_c, см; (фиг. 2 и 3)R, r - radii from D and d _c , cm; (fig. 2 and 3)

- длина заделки в бетон, (в долях от шага винта Н, по умолчанию

)

- the length of the embedment in concrete, (in fractions of the screw pitch H, by default

)

R_ƒ - нормативное сопротивление арматуры растяжению, МПа;R _ƒ - standard tensile strength of reinforcement, MPa;

A_ƒ - приведенная площадь арматуры (от d_пр на фиг. 2 и 3), см²;A _ƒ - reduced area of reinforcement (from d _pr in Figs. 2 and 3), cm ² ;

Подбором соотношения площади сечения к площади поверхности ребер можно уравнять несущую способность арматуры и бетона:By selecting the ratio of the cross-sectional area to the surface area of the ribs, it is possible to equalize the bearing capacity of reinforcement and concrete:

Уменьшая остаточный диаметр d_c стержня (фиг. 2) получаем максимально полезную площадь ребер при их оптимальном поперечном сечении d_пр.Reducing the residual diameter d _{c of the} rod (Fig. 2), we obtain the maximum useful area of the ribs at their optimal cross-section d _pr .

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.Thus, the main technical effect is achieved: the creation of a reinforcing bar that ensures work with concrete up to the tensile load value corresponding to the tensile strength of the given bar.

Изготовление изделия производится на оборудовании и по технологии для производства арматуры периодического профиля (композитной арматуры соответственно).The product is manufactured using equipment and technology for the production of ribbed profile reinforcement (composite reinforcement, respectively).

В целях защиты от коррозии изделие может быть защищено антикоррозийным покрытием.In order to protect against corrosion, the product can be protected with an anti-corrosion coating.

Изделие может быть выполнено из металла, композитных материалов.The product can be made of metal, composite materials.

В предлагаемом техническом решении имеются следующие существенные признаки:The proposed technical solution has the following essential features:

- многозаходные ребра имеют вид пластины трапецеидального сечения. Преобразование тела стержня в многозаходные ребра позволяет использовать весь материал изделия одновременно для восприятия и сопротивления нагрузке;- multi-start ribs have the form of a plate of trapezoidal section. The transformation of the bar body into multi-start ribs makes it possible to use all the material of the product simultaneously to perceive and resist the load;

- 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;- along the length of the ribs have a continuous helical shape around the axis of the rod with an angle of inclination of the generatrix of the outer face from the axis of the rod within 30-60 degrees. This shape of the ribs allows you to embrace the surrounding volume of concrete within the cylinder described along the outer edge of the ribs;

- 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;- in any plane passing through the longitudinal axis of the bar, the angle between the generatrix of the rib and the axis of the bar is 90 degrees. The plane of the rib at a given angle to the axis of the rod forms their maximum possible projection, taking into account the distribution over the entire height of the rib and transmit the pressure load, with the coverage of the adjacent embedment material volumetrically to the entire width and height of the multi-threaded ribs;

- 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;- the free zone along the bar between adjacent ribs is not less than double their width. This condition provides the shear and shear strength of the concrete working area, while maintaining its solidity;

- арматура может быть выполнена из металла, композитного материала. Обеспечивается универсальность изделия и многообразие применения материалов для его изготовления;- fittings can be made of metal, composite material. The versatility of the product and the variety of use of materials for its manufacture are provided;

- арматура может иметь антикоррозийное покрытие. Обеспечивается долговечность и устойчивость в агрессивной среде.- fittings can have an anti-corrosion coating. Provides durability and stability in aggressive environments.

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.These essential features are included in the formula and are necessary and sufficient to achieve the claimed technical result - the creation of a reinforcing bar that ensures work with concrete up to the tensile load value corresponding to the tensile strength of this bar.

Эффективность предлагаемой полезной модели заключается в его техническом результате, обеспечении высоких показателей в отношении сцепления с бетоном, материалоемкости и простоты изготовления.The effectiveness of the proposed utility model lies in its technical result, ensuring high performance in terms of adhesion to concrete, material consumption and ease of manufacture.

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.The work of the reinforcement according to the principle of direct concrete pressure on the ribs instead of adhesion and friction along the lateral surface, acting on the total area of the multi-threaded ribs (converted into a projection perpendicular to the axis of the bar), multiplies its bearing capacity. This means that with an equivalent weight with analogues, it has a significant advantage in all respects, increases its functionality, efficiency, versatility in application.

Claims (3)

1. Арматура, состоящая из круглого стержня, поперечное сечение которого преобразовано в многоконечную звезду, отличающаяся тем, что многозаходные ребра звезды имеют вид пластины трапецеидального сечения, по длине ребра имеют непрерывное геликоидальное вокруг оси стержня очертание с углом наклона образующей внешней грани от оси стержня в пределах 30-60°, в любой плоскости, проходящей через продольную ось стержня, угол между образующей ребра и осью стержня равен 90°, свободная зона по стержню между соседними ребрами не менее двойной их ширины.1. An armature consisting of a round rod, the cross section of which is transformed into a multi-pointed star, characterized in that the multi-start ribs of the star have the form of a plate of trapezoidal section, along the length of the ribs they have a continuous helical shape around the axis of the rod with an angle of inclination of the generatrix of the outer face from the axis of the rod in within 30-60 °, in any plane passing through the longitudinal axis of the rod, the angle between the generatrix of the rib and the axis of the rod is 90 °, the free zone along the rod between adjacent ribs is not less than double their width. 2. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена из композитного материала.2. The armature according to claim. 1, characterized in that it is made of a composite material. 3. Арматура по п. 1, отличающаяся тем, что она имеет антикоррозийное покрытие.3. Armature according to claim 1, characterized in that it has an anti-corrosion coating.

Images