Арматурный каркас, способ его изготовления и устройство для формирования заготовки арматурного каркаса

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении несущих, преимущественно ячеисто-бетонных изделий. Технический результат: расширение технологических возможностей изготовления арматурного каркаса, повышение его качества и надежности, упрощение производства, снижение трудозатрат. Сущность изобретения: каркас из круглых стержней в виде фермы с поясами радиусом ₁, поперечной арматурой из зигзагообразного стержня радиусом ₂, огибающего оба пояса, причем соотношение внутреннего радиуса загиба поперечной арматуры R и радиусов стержней определяется неравенством: 1,1 r₁, <R> 4 r₂, а r₁/r₂=1,0-4,6. Способ изготовления каркаса: из проволоки формируют спираль, витки которой имеют прямолинейные участки, параллельные одной оси, эту спираль растягивают, в нее помещают два продольных стержня, раздвигают их и прикрепляют к растянутой спирали. Устройство для формирования заготовки арматурного каркаса состоит из поворотного пенала, в котором расположен подвижный вкладыш, несущий на себе пальцы для навивания на них проволоки; устройство снабжено прижимным роликом, фиксаторами положения пенала и вкладыша, а также приводом. 3 с. и 12 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении несущих, преимущественно ячеистобетонных, строительных элементов, работающих на изгиб.

Известны арматурные каркасы бетонных элементов, выполненные в виде форм, содержащих пояса и решетку [1].

Известны арматурные каркасы, содержащие поперечную арматуру с крюками на концах [2, см. рисунок].

Известно арматурное изделие с поперечными стержнями, содержащими на концах крюки или лапки, которыми плотно охватываются продольные стержни, внутренний (в свету) радиус загиба крюка равен радиусу огибаемого стержня [3, фиг.5-17].

Наиболее близким аналогом (прототипом) является изобретение "Устройство ферм строительных элементов" [4], которое предусматривает использование в качестве арматурных каркасов стержневых ферм из прутков или проволоки, причем поперечная арматура (решетка фермы), выполненная либо из отдельных стержней, либо в виде гнутого зигзагообразного стержня, огибает продольные стержни (пояса фермы); при этом использовано решение, когда внутренний радиус загиба стержня поперечной арматуры равен радиусу огибаемого стержня [4, см. фиг.4].

Каркас с огибающей решеткой может быть весьма эффективным с точки зрения его работы, поскольку повышается надежность соединения круглых прутков поперечной арматуры с круглыми продольными стержнями.

Недостатки прототипа состоят в следующем: а) не регламентировано соотношение трех важных параметров каркаса: внутреннего (в свету) радиуса загиба поперечной арматуры R, радиуса огибаемого продольного стержня r₁ и радиуса огибающего стержня поперечной арматуры r₂, а это приводит либо к ограничению технологических возможностей, либо к появлению недопустимых пластических деформаций в зоне максимальной кривизны поперечной арматуры, а следовательно, к снижению надежности или даже исключению возможности эксплуатации арматурного каркаса; например, в случае R=r₁, как это предусмотрено в прототипе, исключается возможность применения наиболее подходящих для ячеистобетонных изделий диаметров арматуры - продольной 8-10 мм и поперечной 4-5 мм, т.к. при этом в зоне гиба возникают недопустимые пластческие деформации, снижающие надежность каркаса, подобные радиусы загиба запрещены нормативными документами; в данном случае технологические возможности ограничиваются применением продольной арматуры диаметром не менее 12 мм при поперечной диаметром 3 мм, или продольной не менее 16-20 мм при поперечной 4-5 мм, что практически неприемлемо для армирования наиболее легких изделий; б) навивка поперечной арматуры на два параллельных продольных стержня связана с определенными технологическими сложностями, а решения этой проблемы в прототипе не даются; в) не решен вопрос механизации изготовления рассматриваемых каркасов, не предложено устройство для изготовления элементов каркаса.

Задачей изобретения является повышение надежности каркаса за счет предотвращения появления недопустимых пластических деформаций металла в зоне изгиба поперечной арматуры, а также расширение технологических возможностей при изготовлении каркаса, упрощение и механизация его изготовления.

Сущность изобретения состоит в том, что у арматурного каркаса, имеющего вид стержневой фермы с поперечной арматурой, выполненной из гнутого зигзагообразного стержня, огибающего оба пояса фермы, регламентировано соотношение внутреннего (в свету) радиуса загиба поперечной арматуры R, радиуса продольного огибаемого стержня r₁ и радиуса стержня поперечной, навиваемой арматуры r₂; это соотношение имеет вид 1,1 r₁ <R > 4 r₂. (I) Невыполнение требования (I) приводит к появлению недопустимых пластических деформаций металла поперечной арматуры в зоне минимального радиуса кривизны стержня или к ограничению технологических возможностей, в частности, приводит к запрету использования эффективных диаметров арматурных стержней; в факультативных пунктах формулы изобретения уточняется, что решетка фермы может быть либо раскосной, либо с чередующимися стойками и раскосами, горизонтальные проекции раскосов могут меняться от самых коротких вблизи опор до максимальных в середине пролета. Сущность способа изготовления каркаса состоит в том, что сначала из проволоки, предназначенной для изготовления поперечной арматуры, формируют спираль, витки которой содержат пару параллельных прямых участков, соединенных криволинейными участками из той же проволоки; затем эту полученную спираль растягивают, в нее вставляют два стержня продольной арматуры (два пояса фермы), раздвигают их друг от друга на максимальное расстояние и прикрепляют к стержням спирали (к элементам решетки фермы); факультативные признаки способа: длина витка спирали, предназначенной для изготовления раскосной решетки, равна проектной длине раскоса, умноженной на эмпирический поправочный коэффициент К (величину К уточняют опытным путем, с учетом всех особенностей конкретного производства, а в первом приближении К=0,8-1,2); при решетке с чередующимися стойками и раскосами длина прямолинейных участков спирали, образующих стойки, равна длине стойки, умноженной на эмпирический поправочный коэффициент К; длина прямолинейных участков спирали, образующих раскосы, возрастает по мере приближения проектного положения раскоса к середине пролета каркаса; витки спирали растягивают настолько, чтобы длина вертикальной проекции раскоса стала равной длине стойки. Сущность устройства для изготовления каркаса: оно содержит поворотный пенал, внутри которого имеется подвижный вкладыш с укрепленными на нем пальцами для навивки спирали; один конец оси поворотного пенала прикреплен к средней его части, другой соединен с приводом, вращающим ось, а середина оси закреплена в подшипниках, установленных в станине устройства; вблизи поворотного пенала установлен прижимной ролик, ось которого несет на себе подшипники, прикрепленные к раме прижимного ролика; подвижный вкладыш внутри поворотного пенала имеет только одну степень свободы: он может перемещаться только вдоль пенала и занимать попеременно одно из двух крайних положений, для чего имеются специальные фиксаторы положения вкладыша; устройство также снабжено фиксатором положения поворотного пенала, обеспечивающим остановку его вращения на время смены позиции подвижного вкладыша.

Технический результат: конструктивные особенности арматурного каркаса, заключающиеся в новом соотношении линейных размеров, расширяют технологические возможности в отношении использования стержней любых диаметров и исключают появление недопустимых пластических деформаций металла, что способствует повышению надежности каркаса; введение операций формирования и последующего растягивания спирали упрощает и делает более технологичным процесс изготовления каркаса; предложенное устройство механизирует процесс, снижает его трудоемкость и повышает качество производимых каркасов. В целом технический результат можно охарактеризовать так: расширение технологических возможностей изготовления арматурного каркаса, повышение его качества и надежности, упрощение производства, снижение трудозатрат.

Изобретение поясняется графическим материалом. На фиг.1 показан плоский арматурный каркас в виде стержневой фермы с раскосной решеткой; поперечная арматура каркаса - зигзагообразный стержень - навита на стержни продольной арматуры (на пояса фермы); радиус загиба поперечной арматуры отвечает соотношению (I). На фиг.2 приведен тот же каркас, но его раскосы чередуются со стойками; такое решение является более предпочтительным в тех случаях, когда горизонтальная проекция раскоса существенно больше его вертикальной проекции. На фиг.3 показана заготовка для изготовления поперечной арматуры каркаса, имеющая вид плотной спирали (позиция 3) и растянутая спираль - раскосная решетка фермы (позиция 4). На фиг. 4 представлена подобная заготовка (спираль) для изготовления фермы с чередующимися раскосами и стойками (позиция 3), а также готовая решетка фермы, полученная в результате растяжения спирали (позиция 4). На фиг.5 показана одна из операций способа изготовления арматурного каркаса - формирование спирали (заготовки для решетки фермы); арматурная проволока 5 навивается на пальцы 8 специального устройства, пальцы жестко закреплены на подвижном вкладыше 7, способном перемещаться возвратно-поступательно в поворотном пенале 6; нужное положение вкладыша в пенале обеспечивается фиксаторами 9, проволока 5 поддерживается прижимным роликом 10; показаны фрагментарно две проекции устройства - план и фасад. На фиг. 6 приведены шесть последовательных положений процесса навивки спирали. На фиг. 7 приведены две проекции и разрез устройства для изготовления арматурного каркаса (привод условно не показан).

Обозначения на чертежах: 1 - продольный стержень каркаса (пояс фермы); 2 - поперечная арматура каркаса (решетка фермы); 3 - заготовка (спираль) для изготовления поперечной арматуры; 4 - растянутая спираль - поперечная арматура каркаса (решетка фермы); 5 - проволока для изготовления поперечной арматуры; 6 - поворотный пенал; 7 - подвижный вкладыш; 8 - палец; 9 - фиксатор положения вкладыша; 10 - прижимной ролик; 11 - рама прижимного ролика; 12 - ось прижимного ролика; 13 - станина; 14 - привод поворотного пенала; 15 - упор для начала навиваемой проволоки; 16 - узел фиксации положения поворотного пенала и подъема нижнего витка спирали.

Пример выполнения. Каркас с расчетным пролетом 5,9 м, высотой 27 см, продольные стержни (пояса фермы) из арматурной стали класса А-III диаметром 10 мм (r₁=5 мм), поперечная арматура (раскосная решетка фермы) из проволоки класса Вр-I диаметром 5 мм (r=2,5 мм) огибает оба пояса фермы, радиус загиба поперечной арматуры R=11 мм. Способ изготовления каркаса: формируют спираль с вытянутыми витками - длина прямолинейных, параллельных друг другу участков витка 33 см, общая длина витка 37 см, расстояние между прямолинейными участками витка 2,2 см, витки плотно прилегают друг к другу; затем спираль растягивают с тем расчетом, чтобы высота спирали уменьшилась с 37 до 27 см, при этом образуется зигзагообразная раскосная решетка фермы с шагом раскосов около 25 см благодаря частичному повороту криволинейных участков каждого витка спирали, зазор между внутренними образующими прямолинейных участков витков уменьшается с 22 до 11-12 мм, в этот зазор вставляют два стержня ⊘10 мм, раздвигают их до упора и с помощью контактной точечной сварки присоединяют к решетке. Устройство для формирования заготовки арматурного каркаса характеризуется следующими параметрами: длина поворотного пенала 100 см, длина подвижного вкладыша 50 см, расстояние между центрами пальцев (регулируемое) 33 см, диаметр пальцев (заменяемых) 2,2 см; работа устройства: поворотный пенал устанавливают в фиксируемое положение, вблизи, на продолжении продольной оси пенала, располагают пакет правленой и отмеренной проволоки, подвижный вкладыш перемещают ближе к пакету проволоки (в крайнее фиксируемое положение), конец одного отрезка проволоки заводят между ближайшим пальцем и упором, имеющимся на подвижном вкладыше; затем вкладыш вместе с проволокой перемещают в другое крайнее положение и при этом прижимной ролик коснется проволоки; после этого поворачивают пенал на 181-190^o, в результате прижимной ролик, обегая половину окружности пальца, сформирует первый криволинейный участок витка спирали, а подвижный вкладыш снова окажется в положении, близком к пакету проволоки; тогда пенал слегка поворачивают в обратном направлении, приводя его к фиксированному положению, подвижный вкладыш вместе с проволокой перемещают в другое крайнее фиксированное положение и пенал вновь поворачивают на 181-190^o, в результате прижимной ролик сформирует второй криволинейный участок витка спирали. Эти операции повторяют пока не будет до конца использован весь взятый отрезок проволоки, затем готовую спираль - заготовку каркаса - снимают с пальцев устройства.

Источники информации 1. Патент РФ 2131005.

2. Патент РФ 2017908.

3. Патент РФ 2119023.

4. Патент РФ 2145373.

Формула изобретения

1. Арматурный каркас в виде фермы с поясами и поперечной арматурой из гнутого зигзагообразного стержня, огибающего оба пояса, отличающийся тем, что соотношение внутреннего радиуса загиба стержня поперечной арматуры R, радиуса продольного огибаемого стержня пояса фермы r₁ и радиуса стержня поперечной арматуры r₂ определяется неравенством 1,1 r₁ < R > 4 r₂.

2. Арматурный каркас по п.1, отличающийся тем, что поперечная арматура выполнена в виде стоек и/или раскосов.

3. Арматурный каркас по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что соотношение диаметров продольной и поперечной арматуры составляет от 1,0 до 4,6.

4. Арматурный каркас по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что длина горизонтальных проекций раскосов изменяется от наименьшей вблизи опор до наибольшей в середине пролета.

5. Арматурный каркас по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что крайними элементами поперечной арматуры являются стойки.

6. Способ изготовления арматурного каркаса, преимущественно для ячеисто-бетонных изделий, включающий правку, отрезание, гибку и соединение арматурных стержней, отличающийся тем, что изготовляют заготовку поперечной арматуры в виде спирали, витки которой имеют по два прямолинейных участка, параллельных одной оси, затем спираль растягивают, в нее помещают два продольных стержня, раздвигают их на максимальное расстояние друг от друга и прикрепляют к стержням растянутой спирали.

7. Способ изготовления арматурного каркаса по п.6, отличающийся тем, что длина витка спирали равна проектной длине раскоса, умноженной на эмпирический коэффициент К=0,8-1,2.

8. Способ изготовления арматурного каркаса по п.6, отличающийся тем, что стержни спирали, образующие раскосы, чередуются со стержнями, образующими стойки и имеющими длину, равную длине стойки, умноженной на эмпирический поправочный коэффициент К=0,8-1,2.

9. Способ изготовления арматурного каркаса по п.6, отличающийся тем, что длину прямолинейных участков спирали увеличивают по мере приближения проектного положения данного стержня к середине пролета каркаса.

10. Способ изготовления арматурного каркаса по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что каждый виток спирали растягивают настолько, чтобы длина вертикальных проекций всех раскосов стала одинаковой, равной длине стойки.

11. Устройство для формирования заготовки арматурного каркаса, отличающееся тем, что содержит поворотный пенал, соединенный с ним подвижный вкладыш, несущий на себе пальцы для навивки на них арматурной проволоки, и прижимной ролик.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что подвижный вкладыш имеет относительно поворотного пенала одну степень свободы и установлен с возможностью возвратно-поступательного линейного перемещения вдоль пенала.

13. Устройство по любому из пп.11 и 12, отличающееся тем, что содержит фиксаторы положения поворотного пенала и подвижного вкладыша.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что пальцы выполнены съемными, с возможностью замены их на пальцы другого диаметра.

15. Устройство по любому из пп.11-14, отличающееся тем, что поворотный пенал снабжен приводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7