专利名称：形成混凝土架构的棱纹钢筋用以使混凝土保持在强度小于极限耐压强度50％的弹性应力 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种形成混凝土架构的钢筋，该钢筋的棱纹面积大于现有技术的钢筋的棱纹面积。这样使得钢筋混凝土结构承受动力负载，由于棱纹面积较大，这种钢筋混凝土能够抗应力疲劳，使得混凝土保持在其应力强度小于极限耐压强度50%的弹性区。
背景技术：
在载荷至疲劳的钢筋混凝土结构中，混凝土承受的最大应力强度位于钢筋的棱纹上。为此，本发明的目的之一在于改善棱纹的设计，以将混凝土上的强度减至小于混凝土强度的50%。基于这些强度，该钢筋混凝土部件能确保持续抵抗疲劳载荷循环。用于钢筋混凝土的钢筋现已优化到可以在静载荷中获得必要的锚定值。因此，使用100%的混凝土强度来设计该棱纹。凭借这一设计，疲劳力度很小，并且带钢筋条的混凝土体系的加载次数持续时间短。美国试验材料学会示出了由ASTM 615A/615M(混凝土加筋用异型钢筋和普通碳钢条标准规范)的表I所示的棱纹最低高度及其间距。棱纹的高度和距离具有在值0.057和0.087之间的“相对棱纹面积”。针对“相对棱纹面积”的高值钢筋的ASTM615附录表明这个值必须小于0.10且不大于0.14.
为使板、柱、梁、墙的设计更实用，在经受于静载荷且在不同的混凝土参数和钢筋中所用的值被标准化，土木工程中的技术人员采用这些标准值就能够设计出牢固的板材。智利的钢筋混凝土设计标准是基于ACI318标准，所采用的钢材来自智利NCh204和ASTM615标准。
然而，在面对动负载时，也就是负载在一段时间内循环多次，混凝土性能表现很差，并且由于疲劳而可能倒塌。疲劳是结构部件在动力载荷作用下失效，其中，该动力载荷可接受的值比极限耐压强度小。这是因为动力载荷在时间上重复了 ω次。图1示出了混凝土板设计(I)，其由典型的水泥和沙子的混合物(2)再加上起决定作用的一定量的碎石(3)形成。为了形成钢筋混凝土(7)，采用了钢筋(4)，其具有表面
(5)，该表面(5)上具有多个棱纹￠)，如图2所示。使用这些钢筋(4)，就形成了由混凝土
(I)包围的结构，并因此而形成了如图3所示的钢筋混凝土(7)。如图3所示，钢筋混凝土(7)被施加动力载荷Fco，其对混凝土的影响可从图4至图7看出，并在图8中用图表示出。图表8示出了应力σ = F/Ah，其中F是负载，Ah是吸收混凝土上负载的面积，形变量用ε表示。当动力载荷Fco为低时，比混凝土强度的50%还小时，混凝土⑴就不会遭到损坏。因为这作用在其强度总是保持为如图4中示出的密实材料一样低弹性区域内，，图8的表中Pl点表示了这一点。
当动力载荷增加时，混凝土(I)就开始受到损坏，导致微裂纹(8)的产生，由于微裂纹(8)作用在其强度对疲劳敏感的高弹性区域内，所以微裂纹(8)增加，如图5所示，图8中表上的P2点就表不这一点。当动力载荷继续增加时，混凝土(I)受到更大的损害，因为微裂纹(8)开始连接起来而形成裂纹(9)。因此，混凝土(I)工作在其强度的弹性极限的最大区域上，如图6所示，图8中表上的P3点表示这一点。由于混凝土不再是一紧密结实材料，裂纹(9)导致混凝土强度区域“Ah”减小。材料已处于疲劳状态，所以一个很小的力对于σ = F/Ah来说已经足够，并且保持在图8表中的P4点。在这种情况下，裂纹(9)变成了图7中的断裂(10)。为使混凝土(I)不工作在强度大于其阻力的50%的弹性区，或者不处于图表上的疲劳区域(σ，ε)，因此，必须让混凝土很好地抵抗住均匀负载或动力载荷Fco，而不会由于疲劳而损坏。为此，本发明提出一种钢筋(10)，其上的多个棱纹￠)与混凝土形成的接触面积大于现有技术中的钢筋的接触面积。通过这种方式来减小强度，从而避免了混凝土(I)在形成钢筋混凝土(7)时发生断裂应力(10)。一般来说，现有技术已经寻求研究钢筋在混凝土里的粘附力，但是并未涉及疲劳问题，从而导致了如前所述的现有问题。在于1976年10月16日出版的文件ES 423821 (Wischin)中，公开了用于钢筋混凝土的有关钢棒铠甲的执行情况，以用于改善在混凝土和棒之间的紧密的结合性。该棒的纵向截面上具有镰刀形的倾斜棱纹，至少以跨过圆形或多边形棒芯的表面的一组排列，优选地，在组内，在它们之间平行地通过。特点是关于棒轴线倾斜棱纹的弯曲角和沿轴线方向上相邻倾斜棱纹之间的 间距，以及倾斜棱纹的长度彼此之间相匹配，因为相邻的倾斜棱纹是重叠的，从而棒芯和倾斜棱纹的横截面的总数近似等于棒的每一个横截面。在不同情况下，只有同一组中的彼此直接相邻的两个倾斜棱纹的边界区重叠，该边界区延伸至棒表面。相邻的倾斜棱纹至少有四分之一部分重叠，优选地，至少它们长度的三分之一重叠。在本文中，应指出，已知棒的内部依附强度取决于倾斜棱纹侧面高度的突出物，是指棒芯表面经过垂直面至棒轴线。根据文件ES 423821中描述的发明，该棒示出了侧面积相同，则因此已知的该棒的内部连接强度也相同。当倾斜棱纹排列成在根本上使得间距越小时，则它们相对低于已知棒上的棱纹，这篇文章示出了棒的弹性和强度随着倾斜棱纹高度的减小而增加。因此，文件ES 423821中描述的棒在抗疲劳度方面具有比已知的棒更好的弹性和强度。1985年9月30日发表的文章CH 651616 (BALZLI)公开了一种用于钢筋混凝土的钢筋，该钢筋具有至少一个纵向棱纹和多个倾斜棱纹。钢筋横截面的底边和倾斜棱纹的周长都几乎是圆的。纵向棱纹和倾斜棱纹的连接处在钢筋表面连续分布。多个倾斜棱纹的边界在钢筋表面的纵向棱纹上连续熔合。这样设计钢筋的特点是其与混凝土具有良好的连接性，避免了形变和疲劳强度的损坏。1970年7月25日发表的文件DE 1813627 (GERHARD)公开了一种用于钢筋混凝土的热叠层钢筋，为了提高该钢筋与混凝土的粘附性，其表面具有锚固的穿通型棱纹。每个钢筋由两个或多个一半或部分平行地位于钢筋之间并且结合形成一个完整的具有在整个钢筋外表面上装有穿通形棱纹的圆截面单元。这些棱纹可以是独立的子单元或者数个子单元。钢筋的一半或部分接触面可以是圆形的，并且棱纹可以沿着该表面按照一定的角度排列。这简化了一个在外表面具有均匀分布的穿通棱纹的层压工艺。1955年4月20号发表的文件GB 728636 (WESTFALENHUETTE)公开了一种用软钢制作的混凝土钢筋，当截面面积减少为不到20%，该钢筋采用冷层压并具有交叉棱纹，。该钢筋接下来在400°C温度下退火以增强弹性限度。该钢可以是最大含碳量是0.5%的托马斯钢，也可以包含硼、铜或铍以提高析出硬化。1963年5月15号发表的文件GB 925939 (REIMBERT)公开了一种用于混凝土的钢筋，该钢筋表面由至少一个纵向延伸的棱纹形成。它的宽度方向上的一个以上重要部分的外表面上具有一个凸状结构，该凸状结构沿着偏离已记录的圆环的方向逐渐延伸，该已记录的圆环通过棱纹底部并与其形成一个锐角。该钢筋沿着轴线方向螺旋状缠绕，用于形成螺旋状的外表。每个棱纹都具有一个与相邻棱纹主表面相连接的窄表面，该相邻棱纹的表面可以是和已记录的圆环形成锐角、钝角或直角的窄表面。在该钢筋上也可以考虑附加凸起部分。该钢筋可以沿着采用挤制加工制造，挤制方向与沿着钢筋纵轴对称的方向排列的一个或多个纵向通道相一致，由后方的钢筋扭矩驱动部分或者全部通道。1911年11月16号发表的文件GB 191027373 (HATTON)公开了一种用于钢筋混凝土的改进钢筋。该钢筋外表面的纵向棱纹呈螺旋状排列，且具有交叉棱纹。该钢筋的横截面可以是任何形状。通常，现有技术中的钢筋都致力于解决钢筋与混凝土之间的粘附性问题或者其抗疲劳强度问题。之前提到的文件都没有公开在钢筋混凝土中所用的钢筋的棱纹，其中该棱纹的面积被设计成当混凝土承受动力载荷时其并不因疲劳而产生损坏。
发明内容
本发明涉及一种用于形成混凝土架构的钢筋，与现有技术相比，该钢筋的棱纹有一个主要区域用来承受钢筋混凝土结构上的动力载荷，由于该棱纹的主要区域，该钢筋混凝土结构具有抗疲劳性，使混凝土的应力保持在其被损坏的强度极限的50%的弹性区内。
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，并且举例说明了部分现有技术以及一些优选实施方式，以解释本发明的原理。图1示出了现有技术中的一个混凝土结构的横截面视图；图2示出了现有技术中的一个钢筋的侧视图；图3示出了现有技术中的一个钢筋混凝土结构的横截面视图；图4示出了一个承受第一载荷Fl而没有结构损坏的混凝土结构的横截面视图；图5示出了一个承受第二载荷F2且具有微裂纹的混凝土结构的横截面视图；图6示出了一个承受第三载荷F3且具有裂纹的混凝土结构的横截面视图；图7示出了一个承受第四载荷F4且具有结构疲劳的混凝土结构的横截面视图；图8示出了举例说明图4至7所示结构的表(σ，ε )；图9示出了本发明的钢筋的横截面视图；图10示出了一个采用本发明钢筋的钢筋混凝土结构的横截面视图11示出了采用现有技术的钢筋的钢筋混凝土结构的扩展视图，其中示出由这种钢筋的棱纹形成的混凝土负荷区；图12示出采用本发明钢筋的钢筋混凝土结构的扩展视图，其中示出由钢筋棱纹形成的混凝土负荷区；图13示出采用本发明钢筋的钢筋混凝土结构的扩展视图，其中示出钢筋的棱纹区域；图14示出了一个使用本发明中的钢筋的混凝土的工作区域的表(σ，ε);图15示出了棱纹的侧面扩展视图和前视图，其中定义本发明中钢筋的参数被标记出来。
具体实施例方式本发明涉及一种形成混凝土架构的钢筋，其具有比现有技术中的棱纹更大的棱纹，从而使得钢筋混凝土结构能够承受动力载荷，由于具有更大的棱纹，该钢筋混凝土结构能够抵抗疲劳，使得混凝土保持在应力小于其损坏强度50%的弹性区。如图9至12所示，本发明的钢筋(11)具有其上存在多个棱纹(12)的表面(5)。出于减小施加在混凝土上的应力的目的，棱纹(12)的面积“Α”大于现有技术中相对应的棱纹面积。当结构承受载荷时，钢筋棱纹以混凝土面积为单位来传输该载荷，并根据棱纹区域在混凝土上产生应力分布应力。如果棱纹较大，则传输至混凝土的相同的单位面积的载荷会减小，并且混凝土上的应力分布也会减小。因此，根据图11和12，当现有技术中的结构承受载荷时，应力必然由区域(13)的混凝土(I)承受，其远大于在具有相同载荷的结构的情况下由混凝土(I)在区域(14)承受的应力。这是由于钢筋(11)的棱纹面积“Α”大于现有技术的钢筋棱纹的对应面积。综上所述，为了使混凝土避免疲劳，必须存在面积“Α”，使得混凝土所受的σ A应力位于低于其破坏应力50%的弹性区。这样，本发明中钢筋(11)的棱纹(12)面积“Α”必须经过计算，使得混凝土可以工作在低于范围σΑ1_σΑ2和ε Al-ε Α2的弹性区域内。根据图14中的表格所示，其中σ Α2处就是应力等于混凝土破坏应力50 %的地方。为了定义本发明中的钢筋，我们使用ACI 408-3标准参数。该标准基于克拉克(1946，1949)所做的研究，他发现了钢筋改进性能的关系，并给出了与棱纹Rr相关的面积
参数:
权利要求
1.一种形成混凝土架构的钢筋，其可使混凝土保持在应力小于破坏应力50%的弹性区，其中，所述钢筋具有标称直径Dn、相邻棱纹中心间距L、棱纹高度h和棱纹面积A，其特征在于，所述棱纹面积A大于0.12XPXL且小于0.25XPXL。
2.根据权利要求1所述的形成混凝土架构的带棱纹的钢筋，其特征在于，所述棱纹面积 A 大于 0.12XDnX π XL 且小于 0.25XDnX π XL。
3.根据权利要求1或2所述的形成混凝土架构的带棱纹的钢筋，其特征在于，所述棱纹高度h大于0.12XL且小于0.25XL。
4.根据权利要求1至3中任一所述的形成混凝土架构的带棱纹的钢筋，其特征在于，所述间距L由Rr和h的值决定，优选的，给定值为美国材料与试验协会标准ASTM 615表I中的最大平均间距。
5.根据权利要求1至4中任一所述的形成混凝土架构的带棱纹的钢筋，其特征在于，所述间距L约为所述钢筋标称直径Dn的70%。
全文摘要
本发明涉及一种形成混凝土架构的带棱纹的钢筋，其可使混凝土保持在其强度具有小于破坏应力50％的应力的弹性区，其中，该钢筋具有标称直径Dn、相邻棱纹中心间距L、棱纹高度h和棱纹面积A，其中所述面积A大于0.12×P×L且小于0.25×P×L。该高度h大于0.12×L且小于0.25×L。
文档编号E04C5/03GK103201440SQ201180050783
公开日2013年7月10日 申请日期2011年8月18日 优先权日2010年8月20日
发明者J·P·科瓦儒比亚斯托雷斯 申请人:J·P·科瓦儒比亚斯托雷斯