RU2569650C1

RU2569650C1 - Reinforcement rope

Info

Publication number: RU2569650C1
Application number: RU2014105629/03A
Authority: RU
Inventors: Борис Васильевич Накашидзе; Павел Борисович Березин; Давид-Константинос Георгиос Накашидзе
Original assignee: Борис Васильевич Накашидзе
Priority date: 2014-02-17
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2015-11-27

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: reinforcement rope is designed for use in prestressed building structures. The reinforcement rope comprises a core and wire strands wound onto the core. The core is made in the form of a bundle from separate rectilinear rods from low-modular high-strength composite material. Various combinations of rods are proposed.

EFFECT: increasing bearing capacity, increased potential reserve of energy of reactive forces of a rope for preservation of a long-term effect of prestressing and damping properties under any types of loads, expanded area of its use.

4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к арматурным канатам, предназначенным для применения в предварительно напряженных строительных конструкциях.The invention relates to the field of construction, namely to reinforcing ropes intended for use in prestressed building structures.

Известно конструктивное решение арматурного каната, используемого для армирования предварительно напряженных строительных конструкций пролетом более 12 м, содержащего металлический сердечник и свитые вокруг него с чередованием наружные проволочные пряди разного диаметра (см., например, авторское свид. РФ 1645414, кл. E04C 5/03, D07B 1/10, 1991 г.).A structural solution is known for a reinforcing rope used to reinforce prestressed building structures with a span of more than 12 m, containing a metal core and outer wire strands of different diameters twisted around it (see, for example, author's certificate. RF 1645414, class E04C 5/03 D07B 1/10, 1991).

Однако такое техническое решение не обеспечивает достаточного эффекта предварительного напряжения в конструкции от напрягаемой арматуры по причине малого запаса потенциальной энергии реактивных сил обжатия конструкции, также недостаточной релаксационной стойкости арматуры, соответственно и относительного ее удлинения под нагрузкой, превышения напряжений в сердечнике на 0,9…1,6% по сравнению с повивочными наружными проволочными прядями (см., например, Мусихин В.А. «Расчет и конструирование стальных спиральных канатов, используемых в качестве предварительно напряженной арматуры железобетонных конструкций», канд. диссерт., Челябинск, 2003 г., с.206).However, this technical solution does not provide a sufficient effect of prestressing the structure from prestressing reinforcement due to the small reserve of potential energy of the reactive forces of compression of the structure, as well as insufficient relaxation resistance of the reinforcement, and accordingly its relative elongation under load, exceeding the core voltage by 0.9 ... 1 , 6% in comparison with grafting outer wire strands (see, for example, Musikhin V.A. “Calculation and design of steel spiral ropes used in as prestressed reinforcement of reinforced concrete structures ”, Ph.D. dissertation, Chelyabinsk, 2003, p.206).

Наиболее близким по совокупности признаков к изобретению является напрягаемый арматурный элемент, включающий предварительно напряженную арматуру в виде сердечника из высокопрочного металла или углепластика и внешнего армирующего жесткого контура в виде обоймы (см., например, патент РФ 2352737, E04C 5/08, E04C 5/12, 2009 г.).The closest set of features to the invention is a prestressing reinforcing element comprising prestressed reinforcement in the form of a core of high strength metal or carbon fiber and an external reinforcing rigid contour in the form of a cage (see, for example, RF patent 2352737, E04C 5/08, E04C 5 / 12, 2009).

В известном техническом решении роль напрягаемой арматуры в строительной конструкции выполняет составной арматурный элемент, сердечником которого является предварительно напрягаемая стальная или высокомодульная пластиковая арматура, расположенная в полости замкнутого корпуса в виде обоймы, заполненной затем раствором бетона. Такое техническое решение позволяет создавать эффект предварительного напряжения в строительной конструкции, уменьшать расход высокопрочной арматурной стали, равномерно перераспределять растягивающие напряжения, приложенные к сердечнику арматурного элемента, на сжимающие в корпусе обоймы и соответственно на обжатие самой строительной конструкции.In the known technical solution, the role of prestressing reinforcement in a building structure is played by a composite reinforcing element, the core of which is a prestressing steel or high-modulus plastic reinforcement located in the cavity of a closed housing in the form of a cage, then filled with concrete solution. This technical solution allows you to create the effect of prestressing in the building structure, to reduce the consumption of high-strength reinforcing steel, to evenly redistribute the tensile stresses applied to the core of the reinforcing element to compress the clips in the housing and, accordingly, to compress the building structure itself.

Однако использование таких арматурных элементов в конструкциях, загруженных динамической либо пульсирующей нагрузкой, не представляется возможным по причине значительной концентрации напряжений в плоскостях сопряжения корпуса арматурного элемента и массива материала строительной конструкции. При знакопеременных силовых нагрузках в конструкции образуется «зыбкость» с течением определенного периода времени нарушается совместная работа армирующего элемента и массива конструкции, исчезает эффект предварительного напряжения строительной конструкции в целом. Использование таких арматурных элементов для создания предварительного напряжения, а также при усилении эксплуатирующихся конструкций вызывает большие технологические и конструктивные сложности.However, the use of such reinforcing elements in structures loaded with a dynamic or pulsating load is not possible due to the significant concentration of stresses in the mating planes of the reinforcing element body and the material array of the building structure. With alternating power loads in the structure, “fluctuation” forms over a certain period of time, the joint work of the reinforcing element and the structure array is disrupted, the pre-stress effect of the building structure as a whole disappears. The use of such reinforcing elements to create prestressing, as well as to strengthen operating structures, causes great technological and structural difficulties.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание и сохранение повышенного запаса потенциальной энергии реактивных сил в напрягаемом арматурном канате и строительной конструкции в целом, увеличение несущей способности арматурного каната, обеспечение гарантированной надежности его работы при любых видах внешних нагрузок, возможность регулирования демпфирующими свойствами, а также расширение области использования и снижения материалоемкости высокопрочной стальной проволоки.The task to which the invention is directed is to create and maintain an increased reserve of potential energy of reactive forces in a prestressing reinforcing rope and the building structure as a whole, increasing the bearing capacity of the reinforcing rope, ensuring guaranteed reliability of its operation under any kind of external loads, the ability to control damping properties, as well as expanding the field of use and reducing the material consumption of high-strength steel wire.

Технический результат достигается за счет использования упругоподатливых свойств сердечника, выполненного из низкомодульного высокопрочного композитного материала, обладающего линейным характером деформирования при создании предварительного растягивающего напряжения, выполняющего при этом роль компенсатора потерь реактивных сил в арматурном стальном канате; возможности варьирования запасом потенциальной энергии реактивных сил благодаря чередованию объемной плотности сердечника из низкомодульного высокопрочного композитного материала, варьирования поперечным сечением стержней, формой сердечника каната и его бимодулем. Таким образом, создаются большие реактивные силы и потенциальный запас энергии для сохранения длительного эффекта предварительного напряжения и демпфирующие свойства, сохраняющиеся длительно во времени при действии как динамических, так и пульсирующих нагрузок.The technical result is achieved through the use of elastic properties of the core made of low-modulus high-strength composite material with a linear deformation when creating a preliminary tensile stress, which performs the role of a compensator for loss of reactive forces in a reinforcing steel rope; the possibilities of varying the potential energy of reactive forces by alternating bulk density of the core from a low-modulus high-strength composite material, varying the cross section of the rods, the shape of the core of the rope and its bimodule. Thus, large reactive forces and a potential energy reserve are created to preserve the long-term effect of prestressing and damping properties that persist for a long time under the action of both dynamic and pulsating loads.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что арматурный канат, содержащий металлический сердечник и свитые вокруг него с чередованием наружные проволочные пряди, отличается от прототипа тем, что сердечник выполнен в виде составного пучка из отдельных прямолинейных стержней из низкомодульного высокопрочного композитного материала, при этом пучок сердечника состоит, например, из отдельных стержней круглого сечения, по крайней мере из трех продольных стержней, либо также из отдельных стержней круглого сечения с наружным обрамлением отдельными прямоугольными ленточными стержнями, образуя сечение пучка в виде многоугольника. При этом сечение сердечника также может быть выполнено, например, в виде +-бразной либо ∗-образной формы, образованное из отдельных прямоугольных ленточных стержней, сформированных вдоль центрального круглого стержня, причем в угловых полостях расположены с чередованием круглые стержни разного диаметра.The essence of the invention lies in the fact that the reinforcing rope containing a metal core and outer wire strands twisted around it alternately, differs from the prototype in that the core is made in the form of a composite bundle of individual rectilinear rods of a low-modulus high-strength composite material, while the core bundle consists, for example, of individual rods of circular cross-section, at least of three longitudinal rods, or also of individual rods of circular cross-section with an outer circumference Hamelin individual rectangular tape rods forming the beam cross section as a polygon. In this case, the cross section of the core can also be performed, for example, in the form of a + -shaped or ∗ -shaped shape, formed from individual rectangular ribbon rods formed along the central round rod, and round rods of different diameters are alternated in the angular cavities.

Выполнение в канате сердечника в виде пучка из отдельных прямолинейных стержней из низкомодульного высокопрочного композитного материала, при этом сечение пучка выполнено из отдельных стержней круглого сечения, по крайней мере из трех продольных стержней, либо из отдельных стержней круглого сечения с наружным обрамлением их отдельными прямоугольными ленточными стержнями, образуя сечение сердечника в виде многоугольника, или сечение, например, в виде +-образной, либо ∗-образной формы, образованные из отдельных прямоугольных ленточных стержней, сформированных вдоль центрального круглого стержня, причем в угловых полостях расположены с чередованием круглые стержни разного диаметра, позволяет получить в сравнении с известным техническим решением новые свойства, заключающиеся в создании достаточно больших реактивных сил и увеличении запаса потенциальной энергии для создания и длительного сохранения эффекта предварительного напряжения в арматурном канате, повышение несущей способности и надежности в работе по компенсации потерь начально созданных напряжений в арматурном канате, образующихся по причине ползучести и релаксации материала строительной конструкции; также благодаря способу размещения вокруг сердечника наружных стальных проволочных прядей, свитых спирально в продольном направлении, при приложении начальных растягивающих напряжений к стальным проволочным прядям происходит поперечное обжатие предварительно напряженного сердечника, в результате увеличивается несущая способность самого сердечника, так как эпюра растягивающих напряжений по высоте сечения сердечника распределяется более равномерно, чем как при традиционных испытаниях стержневой арматуры (см. Н.П. Фролов. Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1980. С.35-37). Также создаются в арматурном канате высокие демпфирующие свойства, длительно сохраняющиеся во времени при различных силовых воздействиях на конструкцию.The execution in the rope of the core in the form of a bundle of separate straight-line rods of low-modulus high-strength composite material, while the beam section is made of individual rods of at least three longitudinal rods, or of individual rods of circular cross-section with the outer frame of their individual rectangular ribbon rods forming a cross-section of the core in the form of a polygon, or a cross-section, for example, in the form of a + -shaped, or ∗ -shaped form, formed from separate rectangular ribbon rods formed along the central round rod, with round rods of different diameters arranged alternatingly in the angular cavities, in comparison with the known technical solution, it is possible to obtain new properties consisting in the creation of sufficiently large reactive forces and an increase in the potential energy reserve for creating and long-term preservation of the preliminary effect stresses in the reinforcing rope, increase of bearing capacity and reliability in work on compensation of losses of initially created stresses in arm rope-temperature generated because of the creep and relaxation of the material of the building structure; also, due to the method of placing around the core external steel wire strands twisted spirally in the longitudinal direction, when initial tensile stresses are applied to the steel wire strands, the prestressed core is transversely crimped, as a result, the bearing capacity of the core itself increases, since the plot of tensile stresses along the height of the core cross section distributed more evenly than in traditional tests of bar reinforcement (see N.P. Frolov. Glass teak fittings and stekloplastbetonnye structure. M .: Stroiizdat 1980. S.35-37). High damping properties are also created in the reinforcing rope, which are retained for a long time with various force effects on the structure.

На фигуре 1 изображен арматурный канат с сердечником, общий вид; на фигуре 2 - сечение каната; на фигурах 3, 4, 5, - варианты выполнения сечения сердечника из пучка стержней круглого сечения, на фигуре 6 - вариант выполнения сечения сердечника из пучка стержней круглого сечения с обрамлением их отдельными прямоугольными ленточными стержнями, образуя при этом пучок в виде многоугольника, на фигурах 7, 8 - вариант выполнения сечения сердечника в виде, например, +-образной либо ∗-образной формы, образованного из отдельных прямоугольных ленточных стержней, сформированных вдоль центрального круглого стержня, причем в угловых полостях расположены с чередованием круглые стержни разного диаметра.The figure 1 shows a reinforcing rope with a core, General view; figure 2 is a section of a rope; in figures 3, 4, 5, - embodiments of the cross section of the core from a bunch of rods of round cross section, in figure 6 - an embodiment of the cross section of the core from a bunch of rods of round cross section framed by their individual rectangular ribbon rods, thus forming a bundle in the form of a polygon, in the figures 7, 8 - an embodiment of a core section in the form, for example, of a + -shaped or ∗ -shaped shape, formed from individual rectangular ribbon rods formed along a central circular rod, moreover, in angular cavities round rods of different diameters are alternating.

Арматурный канат содержит сердечник 1, который взаимодействует со свитыми наружными проволочными прядями 2. Сердечник 1 выполнен в виде пучка составных стержней, образованного из круглых стержней 3, а также прямоугольных ленточных 4, которые обрамляют по периметру пучок из круглых стержней 3,образуя при этом сечение пучка в виде многоугольника, причем очертание сечения сердечника 1 может быть выполнено, например, +-образной, либо ∗-образной формы, образованные из отдельных прямоугольных ленточных стержней 4, сформированных вдоль центрального круглого стержня 3, причем в угловых полостях расположены с чередованием круглые стержни 3,5 разного диаметра.The reinforcing rope contains a core 1, which interacts with twisted outer wire strands 2. The core 1 is made in the form of a bundle of composite rods formed of round rods 3, as well as rectangular ribbon 4, which frame a bundle of round rods 3 around the perimeter, forming a section beam in the form of a polygon, and the outline of the cross section of the core 1 can be performed, for example, + -shaped, or ∗ -shaped, formed from separate rectangular ribbon rods 4, formed along the central a round bar 3, wherein a corner cavities arranged alternately round bars 3,5 of different diameter.

Сборку арматурного каната производят следующим образом. На сердечник 1, по крайней мере из трех продольных круглых стержней 3 из низкомодульного высокопрочного композитного материала, например, стеклопластика или базальтопластика, диаметром от 3 до 8 мм навивают, например, одинарную спиральную свивку проволочных прядей 2, образуя витый нераскручивающийся канат, который может применяться для изготовления предварительно напряженных строительных конструкций. Конструктивное решение сечения сердечника 1 может быть разнообразным как по форме (фиг.3…8), так и суммарной площади составных стержней, зависит от требуемого реактивного усилия в свитых прядях 2 каната для создания и сохранения эффекта предварительного напряжения в канате, соответственно и строительной конструкции (не показана), а также зависит от функционального назначения с целью повышения демпфирующих свойств, расширения области применения в конструкциях зданий и сооружений.Assembly of the reinforcing rope is as follows. On the core 1, of at least three longitudinal round rods 3 of a low-modulus high-strength composite material, for example fiberglass or basalt plastic, with a diameter of 3 to 8 mm, for example, a single spiral twist of wire strands 2 is wound, forming a twisted non-twisting rope that can be used for the manufacture of prestressed building structures. The structural solution of the cross section of the core 1 can be varied both in shape (Fig. 3 ... 8) and in the total area of the composite rods, depending on the required reactive force in the twisted strands 2 of the rope to create and maintain the effect of prestressing in the rope, respectively, and the building structure (not shown), and also depends on the functional purpose with the aim of increasing damping properties, expanding the scope in buildings and structures.

Арматурный канат работает следующим образом. Для выполнения предварительного обжатия строительной конструкции (не показана), с целью создания в ней внутренних напряжений, противоположных по знаку напряжениям от внешней нагрузки, осуществляют первоначально натяжение сердечника 1 домкратом, соединенным с концевым анкером (не показано), усилие натяжения контролируется таким образом, чтобы напряжение в сердечнике 1 не превышало 0,35σ_вр, где σ_вр - временное сопротивление разрыву, затем осуществляется натяжение прядей 2 каната на необходимую величину контролируемого предварительного напряжения для стальных канатов. При натяжении прядей 2 спиральная свивка каната обжимает сердечник 1 в продольном и поперечном направлении, в результате происходит его силовое обжатие, создается эффект предварительного напряжения сжатия по периметру сердечника 1 по всей длине. За счет сил обжатия и трения при натяжении прядей 2 происходит дополнительное увеличение усилия натяжения сердечника 1. Напряжение в сердечнике 1 не должно превышать 0,42…0.55σ_вр на растяжение и 0,3…0,45σ_вр - на сжатие (см. Кулиш В.И. Совершенствование несущих конструкций пролетных строений автодорожных мостов, напряженно армированных стеклопластиковой арматурой. Докт. диссерт. Санкт-Петербург, 1993 г., с.52-56). При создании предварительного напряжения в строительной конструкции с течением времени в арматурном канате происходят потери начально созданных реактивных сил обжатия. Выполнение сердечника 1 из высокопрочных низкомодульных стержней позволяет создавать дополнительное реактивное усилие (потенциальную энергию) в арматурном канате, так как модуль упругости стального каната почти в 3,5 раза больше, чем в композитной высокопрочной низкомодульной арматуре, отсюда удельная энергия деформации растяжения, то есть энергия, рассчитанная на единицу объема, будет выше в низкомодульной арматуре почти в 3 раза, чем в стальной. Таким образом, сердечник 1 в канате выполняет роль компенсатора потерь предварительного напряжения в арматуре и в строительной конструкции, приобретает также необходимую функцию демпфирующих свойств.Reinforcing rope works as follows. To perform preliminary compression of a building structure (not shown), in order to create internal stresses in it that are opposite in sign to the stresses from the external load, the core 1 is initially tensioned with a jack connected to an end anchor (not shown), the tension force is controlled so that stress in the core does not exceed 1 0,35σ _Bp where _Bp σ - tensile strength, then the strand is carried tension rope 2 controlled to the desired value prior n conjugation for steel ropes. When the strands 2 are tensioned, the spiral twisting of the rope compresses the core 1 in the longitudinal and transverse directions, as a result of which it is pressed down forcefully, the effect of preliminary compression stress is created along the perimeter of the core 1 along the entire length. Due to the compression and friction forces when pulling the strands 2 is an additional increase in the tensile force of the core 1. The core 1 voltage should not exceed 0,42 ... 0.55σ tensile _Bp and _Bp 0,3 ... 0,45σ - compression (see Kulish. V.I. Improvement of the supporting structures of superstructures of road bridges, tensely reinforced with fiberglass reinforcement (Doctor of thesis, St. Petersburg, 1993, p.52-56). When creating prestress in a building structure over time in the reinforcing rope, losses of the initially created reactive compression forces occur. The execution of the core 1 of high-strength low-modulus rods allows you to create additional reactive force (potential energy) in the reinforcing rope, since the elastic modulus of the steel rope is almost 3.5 times greater than in composite high-strength low-modulus reinforcement, hence the specific tensile strain energy, i.e. energy calculated per unit volume will be almost 3 times higher in low-modular reinforcement than in steel. Thus, the core 1 in the rope acts as a compensator for prestress losses in the reinforcement and in the building structure, and also acquires the necessary function of damping properties.

После натяжения арматурного каната до требуемой контролируемой величины предварительного напряжения осуществляют его крепление и фиксирование в строительной конструкции (не показано) известными способами. В результате действия реактивных сил от арматурного каната строительная конструкция подвергается мощному обжатию, возникают внутренние напряжения, противоположные по знаку напряжениям от внешней нагрузки, это позволяет снизить деформативность, трещинообразование в железобетонных конструкциях, увеличивать перекрываемые пролеты конструкций зданий и сооружений. Известно, что при длительном воздействии внешних нагрузок на строительную конструкцию и внутреннего ее обжатия реактивными силами от арматурного каната в материале конструкции и самой арматуре происходят явления ползучести и релаксации, которые приводят к потере начально созданных сил и напряжений. Сердечник 1 каната, выполненный из низкомодульного высокопрочного композитного материала в виде пучка, образованного из отдельных прямолинейных стержней круглого 3, прямоугольного 4 сечения и при разнообразной форме очертания сердечника 1, позволяет уменьшать потери предварительного напряжения. Благодаря разнообразию конструктивных форм сердечника 1 и возможности варьирования переменным сечением его стержней, бимодульности каната, а также раздельным поэтапным способам создания предварительного напряжения в сердечнике 1 и прядях 2 каната появились дополнительные преимущества в сравнении с известными техническими решениями - значительное увеличение реактивных сил обжатия конструкции, обеспечение достаточной прочности и надежности ее работы при действии внешних нагрузок (статических, динамических, пульсирующих), выполнение функции компенсатора потерь предварительного напряжения, расширение области применения для конструкций зданий и сооружений в сейсмических зонах строительства.After tensioning the reinforcing rope to the desired controlled value of the prestress, it is fastened and fixed in a building structure (not shown) by known methods. As a result of the action of reactive forces from the reinforcing rope, the building structure undergoes a powerful compression, internal stresses arise that are opposite in sign to the stresses from the external load, this reduces deformability, crack formation in reinforced concrete structures, and increases the overlapping spans of structures of buildings and structures. It is known that with prolonged exposure to external loads on the building structure and its internal compression by reactive forces from the reinforcing rope, creep and relaxation phenomena occur in the material of the structure and the reinforcement itself, which lead to the loss of initially created forces and stresses. The core 1 of the rope, made of a low-modulus high-strength composite material in the form of a bundle, formed from individual rectilinear rods of round 3, rectangular 4 cross-section and with a different shape of the outline of core 1, can reduce the loss of prestress. Due to the variety of structural forms of core 1 and the possibility of varying the cross section of its rods, bimodularity of the rope, as well as separate stepwise methods for creating prestress in the core 1 and strands 2 of the rope, additional advantages appeared in comparison with the known technical solutions - a significant increase in the reactive forces of compression of the structure, providing sufficient strength and reliability of its operation under the action of external loads (static, dynamic, pulsating), Functions compensator prestressing losses expansion application to structures of buildings in seismic zones construction.

Изобретение позволяет длительно сохранять эффект предварительного напряжения в строительных конструкциях из дерева, железобетона, полимербетона, композитных материалов, обладающих свойствами длительной ползучести, трещинообразования, деформациями последействия при длительных внешних нагрузках; снижать резонансные явления от действия подвижной, пульсирующей, динамической нагрузок, может быть использовано по функциональному назначению как демпфер в строительных конструкциях, в различных сооружениях многоцелевого назначения, а также снижение материалоемкости высокопрочной стальной проволоки.The invention allows for a long time to maintain the effect of prestressing in building structures made of wood, reinforced concrete, polymer concrete, composite materials with the properties of long creep, cracking, deformation of the aftereffect under prolonged external loads; reduce resonance phenomena from the action of moving, pulsating, dynamic loads, can be used for its intended purpose as a damper in building structures, in various multi-purpose buildings, as well as reducing the material consumption of high-strength steel wire.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство РФ 1645414, кл. E04C 5/03. 1991 г.1. Copyright certificate of the Russian Federation 1645414, cl. E04C 5/03. 1991 year

2. Патент РФ 2352737, кл. E04C 5/08, 2009 г.2. RF patent 2352737, cl. E04C 5/08, 2009

Claims

1. The reinforcing rope containing the core and twisted in the longitudinal direction and wound on the core wire strands, characterized in that the core is made in the form of a bundle of separate straight rods of low-modulus high-strength composite material.

2. The reinforcing rope according to claim 1, characterized in that the core bundle is made of individual rods of circular cross section, formed of at least three longitudinal rods.

3. The reinforcing rope according to claim 1, characterized in that the core bundle of individual rods of circular cross section is made with an outer frame of individual rectangular ribbons, forming a beam cross section in the form of a polygon.

4. The reinforcing rope according to claim 1, characterized in that the cross section of the core is formed of individual tape rods formed along a central circular rod, and circular rods of different diameters are alternated in the angular cavities.