CN110392759A - 带肋的加强杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种没有纵向肋的带肋的加强杆，其对于加强的混凝土结构提供了改进的强化，并且还可以用作地锚和用于模板和其他机械连接和锚固装置的紧固元件。实现了该技术结果，其中，带肋的加强杆具有带圆形横截面的芯部和倾斜的新月形横向突起，所述横向突起在杆的表面上布置成四排。为了进行两辊轧制而不形成纵向肋，横向突起的峰部在芯部的整个表面上沿着螺旋线以交错方式布置。相邻纵向排的横向突起的峰部位于杆的倾斜轴向平面中，该倾斜轴向平面邻近与杆的轧制轴线重合的轴向平面成20°至70°的角度。突起可以布置在杆的表面上，以形成螺旋形螺纹。

Description

带肋的加强杆

技术领域

本发明涉及建筑领域，更特别地涉及结构混凝土加强杆、以及地锚、模板紧固件、管道紧固件和其他结构部件。

背景技术

一种已知的螺旋形加强杆包括圆形横截面芯部和两排倾斜的横向肋(突起)，所述两排倾斜的横向肋(突起)布置在杆表面上并沿单头的右旋或左旋螺旋线延伸。/1/

这种方法的缺点在于，在轧制过程中产生的杆横截面椭圆化增加了制备结构混凝土加强件必不可少的弯曲操作的困难。此外，在具有两排突起布置的情况下(每排在芯部表面的覆盖角度约为120°)，当加强杆与混凝土结合时产生的推力是单轴向的，从而导致在不利条件下(例如，在横向强化杆量不足的情况下)加强混凝土结构的承载能力降低。

另一种已知的带肋加强杆在其表面上具有相对设置的纵向肋和螺旋定向的倾斜肋，螺旋定向的倾斜肋在其一端与纵向肋相邻并且在另一端与纵向肋具有间隙，倾斜肋附加到每个纵向肋，在它们之间具有交替的间隙，间隙等于沿杆横截面圆弧的纵向肋之间距离的0.15至0.3。/2/

该方法的缺点在于存在纵向肋，并在纵向肋和倾斜肋之间存在交叉部。由于倾斜肋与混凝土接触的表面积减小，纵向肋降低了与混凝土粘结的强度，并且阻止在杆表面上形成螺旋线(而螺旋线已经用于使用插口和螺母进行杆拼接和锚固)。当在纵向肋和倾斜肋之间的交叉部处对杆施加动态载荷时应力集中降低了它们在交替和循环载荷下的强度。

最接近本发明的是具有四排肋的加强杆，其中相邻排的新月形横向突起的峰部布置在相互垂直的轴向平面中，其中芯部表面由突起覆盖的角度为140°至180°并且横向突起的最大高度与节距之比为0.12至0.3。/3/

该技术方案的缺点在于，相邻排中的横向突起的形状不同，并且它们的峰部布置在杆的相互垂直的水平(x)坐标轴平面和竖直(y)坐标轴平面中。其中，杆的水平轴线(x)与加强杆的水平轴向轧制平面重合，从而导致形成纵向肋，这些纵向肋减小了这些排中的横向肋的相对肋区域(根据G.Rehm标准)，横向肋将它们分成具有较小总面积的两个半新月形部，降低了循环和动态载荷强度，并防止形成用于在杆表面上拧紧拼接插口和止动螺母的螺旋线。

发明内容

技术问题是提供一种没有纵向肋的带肋的圆形横截面加强杆，在杆表面上均匀设置有倾斜的新月形的形状一致的横向肋，用于在加强杆和混凝土之间进行有效地粘结，并能通过在两辊轧机中轧制而形成螺旋形的螺纹形状。

该技术问题通过提供根据本发明的带肋加强杆而解决，该带肋加强杆具有圆形横截面的芯部和沿其表面布置成四排的倾斜开口的新月形横向突起，该横向突起设计用于在两辊轧机中轧制，而没有纵向肋形成，横向突起的峰部在芯部表面上沿着螺旋线以交错(checkerboard)方式布置，相邻纵向排的横向突起的峰部位于杆的倾斜轴向平面中，其与和加强杆轧制轴线或滚动轴线(rolling axes)一致的轴向平面的邻接倾斜角度是20°至70°，优选地为45°。这里，新月形横向突起可以布置在芯部表面上，以便形成螺旋形螺纹。为了在混凝土和杆之间提供有效的粘结，其横向突起的尺寸的高度由外部圆形轮廓(其半径为0.5d至0.6d，其中心从杆芯部对称轴移动到0.07d至0.1d的距离)限定。

本发明的加强杆与现有技术的不同之处在于，该加强杆是通过在两辊轧机中轧制而形成，而没有纵向肋形成，横向凸起的峰部在芯部表面上沿着螺旋线以交错方式布置，相邻纵向排横向突起的峰部位于杆的倾斜轴向平面中，该倾斜轴向平面与和加强杆轧制轴线一致的轴向平面的邻接倾斜角度为20°至70°，优选为45°。这里，加强杆也可以构造成使得横向新月形突起在其表面上形成螺旋形螺纹。为了提供与混凝土的有效粘结，其横向突起尺寸的高度由外部圆形轮廓限定(其半径为0.5d至0.6d，其中心从杆芯部对称轴移动到0.07d至0.1d的距离)。

通过在两辊轧机中轧制而产生的加强杆是带肋的，但没有纵向肋，具有以交错方式布置的同样不对称新月形状的横向突起峰部，其中最大高度点，即相邻纵向排横向突起的峰部位于杆的倾斜轴向平面中，其与杆滚动水平轴向平面(x)和竖直轴向平面(y)的邻接的倾斜角度(α)为20°至70°。倾斜轴向平面的倾斜角度优选为45°，并且横向突起可以布置在芯部表面上，以形成螺旋形螺纹构造。

技术结果包括：通过减小推力(通过在杆表面上均匀分布横向突起)来提供用于使加强杆与混凝土粘结的最佳条件，由于没有纵向突起(因此它们没有与横向突起的交叉部)而提高了循环和短期动态载荷强度，可能通过螺纹螺旋插口和螺母机械地拼接和锚固杆，而不需要焊接或交叠，并且可能使用通常用于加强杆生产的两辊轧机工艺生产杆。

附图说明

图1表示带肋加强杆；图2是图1的视图A；图3、4、5示出了图1的视图B(具有各种角度α的加强杆实施例)。

具体实施方式

加强杆具有：芯部1，该芯部具有圆形横截面和直径d；横向突起2，具有最大高度hmax和小于180°的覆盖角，其峰部3沿着螺旋线以交错方式沿着杆以节距t布置。相邻横向突起的峰部3(最大高度点)位于杆的倾斜轴向平面中，其与杆的纵向轴向滚动平面的水平轴线4(x)和竖直轴线5(y)的邻接角度(α_x和α_y)是20°至70°，优选是45°。

新月形横向突起可以布置在芯部表面上，以便形成螺旋线构造。(参见图1、图2)。

在与混凝土粘结方面，通常用于评估带肋加强杆效能的参数是加强杆肋在混凝土上支承的相对面积或G.Rehm标准：

其中d_н是加强杆公称直径(mm)；

k是横向突起的排数(对于图1、2、3、4、5中的肋状形状k＝4)；

Fсм是一排突起具有的面积，其等于在垂直于杆纵向轴线的平面上突起投影的面积(mm²)；

t是每排中的突起节距(mm)。

由于Fсм值与横向突起的高度h和随着峰部的布置和突起节距t变化的结构有直接关系，显然，加强杆在与混凝土粘结强度方面的效能可以通过以下方式得到改善：增加h值、相对于横截面轴线х和y移动肋的峰部和/或减小节距t。

实验证明，带肋的杆与混凝土之间的粘结强度在一定限度内随着f_R值的增加而增加。对于常用的加强杆，高于粘结没有发生改善的水平被认为是f_R值＝0.075至0.08的范围。

还发现，加强杆与混凝土之间的粘结稳固性取决于h和t值。/4/

在本发明带肋的加强杆中，沿一个节距的长度的突起在垂直于杆的纵向轴线的平面上的投影中具有新月形的不对称形状(图3、4、5)。

本发明的新月形横向肋的不对称形状(其相邻肋的峰部相对于水平轴向加强杆滚动平面的x轴线位于相对侧(图3、4、5))允许螺旋加强杆通过热轧工艺生产，这种工艺在金属工业中很常见并且使用两辊式轧机，特别是用于轧制没有纵向肋的单头螺旋杆。/1/

根据本发明，不对称的形状一致的肋的峰部在杆芯部表面上相对于彼此以交错方式布置，因此能够通过峰部相对于x轴线和y轴线的不同位置来改变肋的结构，通过将它们分布在加强杆周边和长度上且同时保持高水平的f_R值来最小化它们的推力作用，因此，提供杆和混凝土之间(特别是在其塑性变形区域)的粘结所需的强度、紧固性和可靠性，以提高加强的混凝土结构的可靠性。通过横向突起的这种布置，横向突起也可以沿着不连续的螺旋线布置，以便形成适于提供与插口和端部锚定螺母进行螺纹连接的杆表面构造。

两个相邻的横向突起的峰部相对于x轴线偏移的角度α_х>70°，其中α_y<20°，这是不可取的，这是因为在杆的形状类似于已知的双侧新月形欧洲杆的情况下的结构导致的，该欧洲杆具有其固有的缺点，即由于单轴向相反方向的推力增加而导致杆粘结强度降低，以及肋间弯曲的混凝土键的组合应力阶段的增强效果的损失。其中，混凝土与加强杆之间的相互作用状况恶化，这是因为在混凝土布置过程中加强杆横向突起之间嵌入粗骨料的可能性有限(由于在突起峰部位置区域中在突起之间的间隙减小，并且在杆表面处突起与混凝土接触的面积减小)。

当α_х<20°且α_y>70°时，在技术上难以通过在双辊轧机中轧制而形成任何适当的横向肋(该适当的横向肋提供与混凝土的有效粘结而没有纵向肋形成)。

根据本发明，由于工序(pass)切削工艺条件，为了适当地形成杆形状并满足f_R≥0.07的要求，横向突起的高度应由外圆形轮廓限定，该外圆形轮廓的半径为0.5d至0.6d，其中心从杆的芯部对称轴线移动到0.07d到0.1d的距离。在此，将提供杆形状与插口和螺母螺纹的最佳接合以及与混凝土的粘结。由于杆表面上没有纵向肋并且没有纵向肋与横向肋的交叉部，以及没有任何应力集中位置，因此提高了加强杆的疲劳强度。通过沿着螺旋线在杆表面上定向并沿杆长度和外周分布的形状一致的月牙形横向突起，可以通过插口沿杆长度提供螺纹拼接连接(splice connection)，并且可以以可重新使用的螺母的形式(具有低推力作用，因此具有高强度)提供端锚。

进行了测试，以比较新型结构的加强杆(其四侧布置的横向肋提供沿杆芯部外周和长度均匀分布的推力)与具有两侧布置的横向肋的杆(新月形两侧式欧洲杆)，该测试证明，在嵌入混凝土中相同长度的情况下，具有第一种形状的杆的粘结强度按照杆直径增加20％至30％。其中，当达到杆的屈服点时，在塑性变形处(超过在两侧新月形欧洲形状杆中的塑性变形的3至4倍)混凝土与新设计的杆之间才发生粘结损失。

以这种方式，可以保持强化混凝土结构加强杆锚固区域在超过对外部冲击的抵抗力的极限阶段(在到达加强杆中的屈服点之后)的粘结强度。这种影响对于确保特定紧急情况、爆破和地震荷载下的建筑物的安全性特别重要。

用于新的加强杆轧制的切割工序并不会增加劳动强度。由于新的加强杆通过金属工业中常用的相同的双辊轧机工艺生产，因此轧机产量和产品质量保持在较高水平。由于更有效的热机械硬化，新型杆的高度不对称性和大量的肋提供了杆的可承受的高强度性能。没有纵向肋以及有效的热硬化(其没有额外成本地增加加强杆的强度性能)允许杆每单位长度的质量减少多达10％，同时保持其在加强混凝土强化设计中使用的设计公称直径，从而为制造商和客户提供该产品的高技术和经济性能。

新的加强杆的精加工工序应通过如下方法在辊槽表面上切割：在槽的两侧铣削横向凹槽，以便沿着槽长度以交错方式布置相邻的凹槽，并提供相对于槽纵向轴线的必要恒定的凹槽倾斜角度。横向凹槽可以逐排或以混合方式铣削。通过在轧制期间在机架内的辊的同步旋转来提供杆的螺纹形螺旋形状。通过使用四个新月形横向肋而不是两个新月形横向肋来沿杆的螺旋螺纹长度提供不连续性，可以减少形成螺纹所需的金属量，并且由于在外周和长度上均匀分布的增加的接触表面，螺纹连接强度可以增加。

通过在加强杆上形成螺旋螺纹，可以延展其操作性能，同时保持其高度有用品质。因此，这种类型的加强杆可以通过螺纹插口设置有无焊接连接，并且可以通过螺母锚固。螺旋形加强杆也可广泛用作地锚，用于现场铸造结构的模板束缚构件，以及用作各种工艺和家庭应用的锚固和紧固构件。提出大规模生产根据本发明的新型加强杆，以代替现有类型的带肋加强杆。

通过这种方式，可以提高结构质量和安全性，同时降低其成本，并且可以开启使用螺旋加强杆的潜能，其成本降低1.5至2倍，并满足对这种加强杆的工业和家庭需求。

因此，本发明的带肋加强杆的结构配置和几何上布置成改善完成的结构内加强杆和混凝土之间的相互作用，以改善带肋加强杆的功能性并扩展其应用领域。新型加强杆满足在轧制产品和五金器具生产行业中适用的可制造性要求，以及适用于强化安装和其他操作的要求。

参考文献

1.TU 14-1-5254-2006，Prokat periodicheskogo profilya dlay armirovaniyazhelezobetonnykh konstruktsiy。Tekhnicheskiye usloviay(用于加强混凝土结构的带肋加强杆。技术规格)。

2.RF发明专利No.1325151，Cl.Е2104С5/03，公开于23.07.2087的第27号发明公报。

3.RF发明专利号No.2252991，Cl.Е04С5/03，公开于2005年5月27日的第15号发明公报(最接近的模拟)。

4.Tikhonov，I.N.，Meshkov，V.Z.，Rastorguyev，B.S.，Proyektirovaniyearmirovaniya zhelezobetona(加强的混凝土加固工程)。G.K.Ordzhonikidze TsNTP。-莫斯科-2015.-273页。

Claims (4)

1.一种带肋的加强杆，所述加强杆具有：圆形横截面的芯部和沿其表面成四排布置的倾斜开口的新月形的横向突起，其特征在于，所述加强杆设计成用于在两辊轧机中轧制，而没有形成纵向肋，横向突起的峰部在芯部表面上沿着螺旋线以交错方式设置，相邻纵向排的横向突起的峰部位于加强杆的倾斜轴向平面中，所述加强杆的倾斜轴向平面相对于与加强杆的轧制轴线一致的轴向平面的倾斜的邻接角度为20°至70°。

2.如权利要求1所述的加强杆，其特征在于，相邻纵向排的横向突起的峰部位于加强杆的倾斜轴向平面中，所述加强杆的倾斜轴向平面相对于与加强杆的轧制轴线一致的轴向平面的倾斜的邻接角度优选为45°。

3.如权利要求1所述的加强杆，其特征在于，新月形的横向突起设置在所述芯部表面上，以便形成螺旋形螺纹。

4.如权利要求1所述的加强杆，其特征在于，所述横向突起的高度由外圆形轮廓限定，所述外圆形轮廓的半径为0.5d至0.6d，其中心从加强杆的芯部对称轴线移动至0.07d至0.1d的距离。