工字型高效高强度螺纹钢筋及其使用方法
【专利摘要】工字型高效高强度螺纹钢筋及其使用方法。系指钢筋横截面为工字形结构的各类各种的螺纹钢筋的系列产品。它是一种高效能高强度高力学性能的螺纹钢筋。它具有比跟它截面相同的圆螺纹钢筋表面积可多增加到50％以上的技术特征，它在一定方向上的承受力也可多增加或可多增加50％以上的技术特征。它又有使混凝土为它增加承受力的技术特征。工字型螺纹钢筋，它同时具有表面面积更大和高强度的方向性的承受力，它特别符合钢筋混凝土浇筑对钢筋要求表面面积大凝结更坚固的技术宗旨，非常适合现代建筑的钢筋混凝土浇筑工程。这就为我们建造能抗击大地震的安居住宅奠定了基础。如果我们遵循它的力学性方向性原则使用它，就能建造出千年不倒的高楼大厦来。
【专利说明】工字型高效高强度螺纹钢筋及其使用方法
【技术领域】
[0001]我国经济社会的快速发展，有力地推动了城镇化的进程。城镇化的大发展更加促进了房地市场的强劲走势。城市和农村到处都在进行着史无前例的大规模的建房盖楼的建筑建设。农村到处都是新房新楼，城镇更是高楼林立，高耸入云，而且是越来越高。人们不禁要问？这些高大的楼房究竟有多结实？它又能经得住多大地震的冲击？地震和地质灾害是不可避免的。事关重大，事关人民的生命财产的安全，事关子孙后代的安危。岂可小看，不可等闲视之。要盖好房，要建好楼，钢筋、水泥、沙、石是构建现代化建筑的最重要、最基础、最根本的组成部分。钢筋，钢材更是重中之重。怎样才能使钢筋，钢材更有力，更结实，才是根本问题。这个问题经常浮现在我的脑海里，印记在我的心灵中，使我日夜探研着这个难题。要给普通钢筋来个力学处理。进行力学加工，建立强大的高力学高强度的力学钢筋体系。
【背景技术】
[0002]在我童年的时候，我家住在农村，家里住着老房子，住着这种老旧危房最怕刮风下雨，闹地震了，特别怕房倒屋塌，危及人命。唐山大地震，邢台大地震，汶川大地震都是房倒屋塌危及生命，砸死很多人呀！很惨很惨呀！它更牢牢地印记在我的心中。什么叫房倒屋塌，首先是房子倒了，屋子才会塌下来。所以，在我的心灵里经常琢磨着让房子不倒的的问题，房屋抗震的课题。要想房子不倒柱子是关键，柱子不倒屋子就不会倒，屋子就塌不了。要想柱子不摇不倒钢筋是关键。为了要建好房子，为了要建像钢铁一样铸就的高楼大厦，让老百姓住上防震的不倒的放心的好住宅。我们不妨先学学大树，我看未尝不可。那高耸入云的大白杨，那历经几百年的大古槐，甚至还有那些长年驻守在风口浪尖上的高山岩石之松柏。它们曾经历百年沧桑，风雨吹不倒它，地震摇不倒它，为什么？难道它比我们高楼大厦的钢筋水泥还硬吗？大树也有它自己生存的自然规律和法则以及高深的力学原理。越是高大粗壮的大树它的枝叶就越多越繁茂，它承受的压力和摇晃力就越大，它的根就会扎的更深，根系更多。甚至为了使自己在狂风暴雨中更加坚挺不倒牺牲了自己圆美的身材把大树根长出了地面，并在树身的周围长起了缕缕突起的大树筋。这又很像我们盖房建楼，楼越高根基就会挖的更深，楼基座就会更宽，这就是人类在建筑上的仿生学原理。当然也蕴含了一些力学的道理，至于树身下面长起了很多树根树筋，也是为了使自己坚挺不倒对自身的加固保护，也像人们为了使房子或一堵墙不倒垒上的斜台支柱或顶上的斜木支柱一样。使人受到很大启示。怎么样才能使房柱,楼柱也想大树一样坚挺不倒呢？
[0003]首先应该对柱体的受力情况进行分析，柱体一般要受到来自不同方向的两种力的作用，一个是重力，也叫承重，支撑力，它是垂直向下的，它们承载着自身的重量和柱体上的整个楼体的重量。是一个静止的，一般情况下，是不会超负荷的，也是相对比较安全的?’另一个就是来自四面八方的水平方向方面的冲击力，例如刮大风、台风、大地震，使大地楼体晃动这不是静止的重力承受，这时楼上面的重量就变成了，左右、南北和其他方向上的晃动力、摇摆力，前后左右的冲击力，它的晃动、摆动使整个楼体就像一个杠杆撬动着楼基座，扭曲着楼体，这个力是十分巨大的，是威胁和破坏柱体楼房的主要因素的力。它是一个运动的，是具有很大动能的。怎样才能解决这个危害柱体和楼房的隐患呢？增加钢筋的根数，增加钢筋的尺寸(即用较粗的钢筋)，这当然是可以的。这是个常规的方法，但不是个经济的科学的方法。要科学的经济的解决这个问题，还需要了解这个破坏力量大的力的方向问题以及钢筋与混凝土的结合凝固的问题。力是有三要素的，力的大小，方向和作用点，力的方向问题和作用点问题，我们可以从大树根突起和大树筋的笼起得以启示，当然我们也不会让钢筋露在柱体楼体的外面，也不会机械的套用，因为钢筋与混凝土之间有个结合的问题，它不像大树树身和树筋是一体的那样。我们要用水平方向应力强的钢筋，另外还要采用与混凝土结合的特别结实坚固的钢筋，因为钢筋与混凝土结合的结实不结实跟钢筋表面面积的大小是成比例的关系。钢筋的表面面积越大，它的接触结合的面积就越大，越结实，越坚固。柱体和楼体的一致性、一体性、整体性就会越大，柱体就会更有力，更结实，更坚固。所以我们在采用螺纹钢筋的基础上，还应该采用表面面积更大的钢筋来制造螺纹钢筋。
[0004]我想先给物体分分类吧；在正体中，如果在表面面积相等的物体中，正圆体(球
体)是唯--个体积最大的物体；如果在体积相等的物体中，球体是唯--个表面积最小
的物体，球体又是一个在整个空间(三维空间)任何方向、任何一点上承受力都相等的唯一一个物体。它是真正的天下第一，它真的很美呀！其居第二的就是正方体，如果它和球体的体积相等，它的表面面积就会增加很多，表面面积的增加使它在整个正方体上的承受力的大小发生了变化。它在六个平面上的承受力是相等的，也是较小的，它在十二条棱上的承受力也是相等的，也是较大的。它在八个棱角(顶角)上的承受力也是相等的，也是最大的。如果用体积相等的正方体和 长方体作比较，长方体又比正方体的表面面积最少增加了六分之一，表面面积也增加了很多，它承受力的大小的方向性就更强了。与我们建筑钢材最有关的还是长体(圆柱体、椭圆柱体、长方体、三棱、四、五、六……)如果它们的体积长度都相等，表面面积最小的就是圆柱体，如果表面面积和长度都相等，圆柱体也是长体中体积最大的唯一的一个，它是长体中的天下第一，如果把圆柱体在垂直方向上与水平方向垂直放置，它在水平方向上的任何一个水平面的任何一个方向上的任何一点的承受力都是相等的，它虽然不是所有形状物体中的第一，但它却是所有长物体中的第一，它真的也很美呀！所以它也一直统治着钢材市场，统治着建筑钢材市场，美是美呀！但它在大地震面前就显得有点力不从心，它的力度不够，它在抗击大地震的方向上的强度不够。它表面面积是最小的，因而与混凝土接触结合的面积也是最小的，与混凝土结合的程度也是最小的。物各有其用，形各有其美，亦各有其用也。钢材市场也应该百花齐放，百家争鸣，特别是建筑钢材市场更应该推陈出新，不断地满足高层建筑的需要，满足抗震安全住宅的需求。我们已经介绍过椭圆型高效高强度螺纹钢筋及其使用方法，椭菱型高效高强度螺纹钢筋及其使用方法。扁圆(扁椭)型高效高强度螺纹钢筋及其使用方法，T字型高效高强度螺纹钢筋及其使用方法。十字型高效高强度螺纹钢筋及其使用方法。现推介工字型高效高强度螺纹钢筋及其使用方法。今后还将介绍H字型及双椭组合型高效高强度螺纹钢筋及其使用方法。它们都是截面积周长更长，表面面积更大的方向性功能更强大的，非常适合现代混凝土建筑的螺纹钢筋。我们先这样试想一下吧！如果你把一根柱体的钢筋架子绑好了或者把整层楼房的钢筋架子都绑好了，不给它浇筑水泥、砂、石浆，它能承受多大的力量呢？显然承受不了多大的力量就会倒塌；如果把一根柱子或整层楼房不用钢筋，只用水泥、砂、石浆浇筑，它又能承受多大的力量呢？也很显然它也承受不了多大的力量。这说明要想使柱子不倒，楼房坚固结实，不仅钢筋水泥砂石浆重要，而且还要牢牢地结合在一起凝结成一体才会有强大的支撑力和受冲击力的力量。整根柱子或整幢楼房才能结实坚固，它们的所有钢筋和水泥砂石浆一起用力才能产生巨大的组合力量，它才能不怕狂风暴雨和地震灾难的破坏性袭击。要解决钢筋和水泥沙石浆的凝固结实的问题。当然跟水泥砂石和钢筋的质量至关重要。但这些问题我们暂且不论。我们只说水泥砂石和钢筋结合凝固的坚固结实跟它们的接触凝固的面积是有直接关系的。如果它们的接触面积大，结合凝固的面积就大，当然就会结合的牢固结实。使整根柱体的整体性好；如果它们的接触面积太小，结合的面积太小，肯定结合的不结实不坚固。那么我们就应该设法增加它们的接触面积，我们采用圆螺纹钢筋代替光圆钢筋就是其中的一个技术措施之一。我们采用圆螺纹钢筋的目的不是增加钢筋的强度，而主要是增加它的表面面积。表面面积的增大主要是提高钢筋与混凝土结合的能力结合的坚固程度，螺纹本身起不到增加强度的作用。不过这还不够，我们还要设计采用有更大强度更大接触面积的技术方案，在建筑上我们利用它的表面面积大跟混凝土结合的更坚固更结实，在力学上在建筑上在大地震来临的紧要关头，我们利用它的高强度的方向性的力学功能抵抗地震的冲击力。在建筑上还有很多具有这些技术特征的长体型钢筋，同样也有十字型高效高强度螺纹钢筋的风采，工字型高效高强度螺纹钢筋也是其中的一个。它也有比跟它截面相同的圆螺纹钢筋增大截面周长，更增大表面面积的技术特征，截面周长的增大，不仅增加了工字型钢筋本身的表面面积，它同时也增加了螺纹的长度或根数，也增加了螺纹的表面面积，这就更增加了工字型螺纹钢筋与混凝土的结合面积结合的强度，使钢筋与混凝土结合的更坚固更结实，它同时还具有高强度的方向性的技术特征和技术功能。这些技术特征都是我们要建造高抗震的安全住宅梦寐以求的理想的建筑钢材。当你在学校学习时或你在设计室制图的时候你不会没有直尺吧？也不管它是用什么材料制成的，它就是一个扁长方体，你拿起这个直尺来，如果向着平面方向(平面较大的方向)稍稍用力一折就会弯曲，如果你把直尺再转90°，朝着平面较小的方向用力大一倍也是不容易折弯的，这就是直尺的承受力的大小是有方向性的。我们为何不把直尺的力学问题应用到制造有更高强的螺纹钢筋上来呢？以其建造更加有强大的支撑力的不倒的钢筋混凝土支柱，建造能抗击大地震的高楼大厦。如果我们把三个相同的、相似的或者相异的直尺型钢筋组合起来，使两根直尺型钢筋的纵宽面的正中央分别对着另一直尺型钢筋的纵窄面的两边垂直放置，使它们成为一个整体。它就成了一个工字型钢筋了。当然也可以制成不同形状的各类、各种规格的钢筋，包括横截面工字型上下横道竖道、不同上下横道竖道以及横道竖粗细长短和横道两端形状弧度直径。并根据使用的需要在外表面制成有突起的人字形、月牙形、螺旋形的螺纹钢筋。工字型高效高强度螺纹钢筋不仅有比相同截面的圆螺纹钢筋表面面积更大，与混凝土凝固的更坚固更结实的技术特征，更有承受力更强大、强度更大的技术特征。还有节省原材料的技术功能。在研究长体型物体的过程中，发现物体横垂直方向上的承受力不仅跟物体的截面积的大小有关，而且还跟物体的截面周长、物体截面的形状、表面面积、体积、力学结构有关，还跟物体的受压(受力)距离的大小至关重要。同时也发现，如果你想把一根圆木棍或圆铁(钢)棍折断，必须要有三个着力点，如两头两个着力点是向上的，中间这个着力点就是向下的，跟两头的着力点方向是相反的，你在中间的用力点处承受的是一个正压力，从这个作用点到物体直径的端点承受的力是一个拉张力。从受力点处为起点到受力点的终点的垂直距离(如果受力的物体是圆柱体，也就是圆柱体的直径)叫受压(受力)距离。圆柱体被折断运动轨迹是以作用点为圆心，以受压(受力)距离为半径的一个半圆弧形，圆柱体弯曲了 180°，圆柱体虽然折断了，但受力点处还连着不断，你要想彻底折断它，你就得把作用点的方向转个180°的角度，也就是正朝着原作用点的反方向弯曲才能折断它。这个事例告诉我们作用力作用在圆柱上时，作用在作用点上的力是正压力，作用在作用点的垂直下方的端点上的力是拉张力，它受力的种类是不一样的，大小也是不一样的，拉张力要大的多，所以它首先被拉断了，它们受的力是不均衡的，受力点处的正压力就小了很多，所以它还不断。再举一个例子，如果我们拿小刀在一根圆木棍横向垂直刻一个不很深的刀痕，如果让刀痕朝上方，力作用在刀痕处向下用力，这个刀痕几乎不影响它的承受力的大小，如果旋转45° ,90° ,135°也几乎不影响它的承受力的大小，如果旋转180°，跟开始的方向相反，把作用力作用在有刻痕的对面的上方，也就是有刻痕的正中央对着的直径的另一端处加上作用力，用不了很大的力量就把它折断了。这进一步证明当你把作用力作用在圆柱横向垂直表面上时，它各处承受力的大小是不均衡的，于是我们就考虑把承受力较小的部位减小一部分让混凝土承担它的作用，把承受力较大的部位增加它们受力的距离。我们便采用工字型高效高强度螺纹钢筋。工字螺纹钢横截面它在竖道方向上承受力主要由竖道的长度和宽度决定的，两个横道主要起使支撑力平衡的作用，它们就像一个方向盘一样，使承受力准确的作用在竖道的中心线上。当然两个横道也能起到一定的辅助的支撑作用。这是一般的使用方法。如果把工字型螺纹钢筋旋转90°使用，它主要起支撑作用的就是它的两个横道，两个横道长度和一定的宽度是决定它的承受力的大小的关键因素。所以我们就可以根据使用的需要制成各种形状类型和规格的工字型高效高强度螺纹钢筋了。它们都有表面面积更大强度更高支撑力更强大的技术特征，也有节省钢材的技术功能，并将工字钢的不利因素、有害因素变为工字型螺纹钢筋的技术特征和优点，还由于工字型螺纹钢筋中的混凝土对钢筋的支撑能力起一定的助力助推作用，更增加了工字型螺纹钢筋支撑能力、承受能力。它非常适合柱体、梁体、楼体、桥墩’桥梁水利设施以及一切混凝土建筑工程。具有重大的经济效益和社会效益。
【发明内容】
[0005]我们在前面对各种形状(形态)的物体的分析比较研究总结。我们发现了物体的表面、体积、形状(形态)和承受力(力学结构)之间存在着内在的联系，物体能承受力的大小不仅跟物体的体积的大小有关，而还跟物体的表面面积的大小、物体的形状(形态)和它的力学结构有关系的基本规律。如果物体的体积不变(一定时)，物体表面面积的变化(改变)，必然会引起物体形状(形态)的变化(改变)，物体形状(形态)的变化(改变)，也必然会使物体的力学结构的变化改变，从而会引起物体承受能力的(变化)；如果物体的形状(形态)不变，表面面积的变化(改变，就必然会引起物体体积的变化(改变)。也会引起物体所承受的力的变化(改变)。假如它的表面面积增大了，它的体积和承受力都会增大，反之亦然。物体的表、形、体、力是物体本身的四大要素。表就是物体的表面的面积大小多少，形就是物体的形状、形态，体就是物体的体积的大小多少，力就是物体的力学结构和它的承受力的大小、方向和作用点。它们之间的变化关系，反映着物体内在变化的规律，它奠定了形体力学、结构力学和工程力学的理论基础。我们根据这一规律就能分析解释研究设计制造出各种形状的高效高强度和表面面积更大与混凝土结合凝固的更加坚固的螺纹钢筋来。我的目的就是想在不增加螺纹钢筋截面积(直径)的基础上，增加它在某某方向上的承受力，并同时使螺纹钢筋增加它的表面面积。使螺纹钢筋与混凝土结合的更坚固更结实。从而使钢筋混凝土的水泥支柱更有力量，不歪不倒，使高层楼房更结实，更坚固，更抗震。在大地震来临时不被摧毁，依然屹立挺拔，这就是本发明的宗旨，也是力学科学和科技发明创造赋予的奇特魅力之所在。要使钢筋混土水泥柱子结实不倒，具有更强大的力量要使高楼更坚固结实不倒，具有强大的力量。要使高楼更坚固结实不倒抗震性能更强大。这是由诸多因素决定的。在此只想从两方面入手解决一些根本问题。对于柱体来说对楼体来说，一个就是一致性、一体性、整体性的问题。通俗的说法就是使齐了劲，齐心协力一齐对准、共同对付来自危害楼体方面的力量，团结劲往一处使，握成一个拳头才能产生更大的力量。钢筋是产生承受力大小的最主要因素，要使钢筋在柱体中、楼体中起到强大的作用，首先要解决与混凝土有更大接触面积结合的面积，要解决这个问题就要设计出表面面积更大的螺纹钢筋来，使它与混凝土的接触面积大，结合的面积大的钢筋；另外，狂风地震冲击柱体、楼体的最大力量是来自水平方向上的力量。我们就应该设计采用在水平方向上承受应力更强大的钢筋来对准狂风地震来袭冲击时的力量的方向来抵抗地震的冲击力。什么样的钢筋同时具有表面面积更大，水平方向上有更大承受力的功能呢？工字型高效高强度螺纹钢筋是最好的选择，它同时具有这两方面的技术特征。我们先分析一下圆螺纹钢筋的技术特征吧！如果我们把它用在垂直与水平方向上的混凝土支柱里，它在水平方向上的任何一个平面的任何一点上承受力的强度都是相等的、一样的、均衡的。这也意味着它的承受力都平均分配给了各个方向的各个点上，承受力的大小是没有方向性的，是集不中的。因此，它跟它截面相同的椭圆形、椭菱形、扁圆形、三角形、正方形、长方形、五菱形等等在预订方向上的承受力的强度是最小的，也是截面周长最小的，如果它们的截面积相等，长度也相等或者说它们的体积相等，它也是表面面积最小的。如果这些长体类物体的表面面积都相等，圆螺纹钢筋又是体积最大的一个。这也就是说圆螺纹钢筋比跟它截面相同的其它钢筋相比是表面面积最小的。它在预定方向上的承受力的强度也是最小的。因此它不符合现代建筑的钢筋混凝土浇筑工程的技术要求(表面面积大)，更不适合高层建筑和抗震住宅的技术要求(高强度的方向性承受力的功能)。所以就给它来个力学加工力学处理吧？尽量增加它的表面面积以增加钢筋混凝土的接触面积，增加钢筋与混凝土结合凝固的程度；同时增加钢筋在预定方向上的承受力的强度，以满足高层抗震安全住宅的技术要求。工字型高效高强度螺纹钢筋就是我们的理想选择。图1是一根直径为18mm圆螺纹钢筋基圆柱和一根截面相等的工字型螺纹钢筋基柱的横截面的对比图。圆O的直径为18mm，半径OC = R = 9mm,工字形AB⑶EFGH是由弓形AB+图形⑶GH+弓形FE组成的，弓形⑶=弓形AB，弓形HG =弓形FE，弓形HG =弓形CD，AB = FE = CD = HG = 16.1245154965mm,HC = GD = 8mm，图形 CDGH是个扁圆形，为了简化计算，将弧GD =弧HC看作是弦GD =弦HC，因而将弓形忽略未计。分别计算出圆O和工字型AB⑶EFGH的面积、周长以及它们的受力距离承受能力？...圆O的半径OC = R = 9mm,...圆O 的面积 S 圆=R2 = 92 31 = 81 31 = 254.46900494mm2，...圆 O 的周长 L 圆=2R = 2x9 π=18 31 = 56.5486677646mm ;...工字形 ABCDEFGH 是由弓形 AB+ 图形 CDGH+ 弓形 FE 组成的，圆O是由弓形⑶+图形⑶GH+弓形HG组成的，又弓形HG =弓形FE，弓形 HG =弓形 CD，AB = FE = CD = HG = 16.1245154965mm，...工字形 ABCDEFGH 的面积圆O的面积Sffl= 254.46900494mm2。因为圆O的周长Lffl= 2R π =弧CD+弧HG+(弧⑶+弧HC)...弧 CD+ 弧 HG = 2R -(弧⑶ + 弧 HC)，...弧 Ay' B+ 弧 FyE =弧 CD+ 弧 HG...弧 Ay' B+弧 FyE = 2R -(弧⑶ + 弧 HC)...弧⑶ + 弧 HC ^ 弦 GD+ 弦 HC = 8+8 = 16mm，...弧 Ay' B+弧 FyE = 2RJ1-(弦⑶ + 弦 HC) = 2π 9-(8+8) = 56.5486677646-16 = 40.5486677646，...工字形ABCDEFGH的外表周长I王=弧Ay ' B+弧FyE+ (弦AB-HC) + (弦FE-GD) +弦CD+弦 HG = 40.5486644646+(16.1245154965-8) + (16.1245154965-8+16.1245154965+16.1245154965 = 40.5486677646+8.1245154964+8.1245154965+16.1245154965+16.1245154965 = 89.0467297506mm I 工-1= 89.0467297506-56.4586677646 = 32.588061986mm。
【权利要求】
1.直径2.5、3、4、5、6、6.5、8、9、10_40mm,......mm，将圆钢筋或圆螺纹钢筋改为工字型人字形、月牙形、螺纹钢筋。
2.常用螺纹钢筋直径6、7、8、9、10-40mm......mm，将圆螺纹钢筋改为工字型人字形、月牙形、螺旋形钢筋。
3.光圆钢筋直径3、4、6、6.5、8-40mm......mm，将光圆钢筋改为工字型人字形、月牙形、螺纹钢筋。
4.热轧带肋钢筋直径4、6、8、10-40mm......mm,将热轧带肋钢筋改为工字型人字形、月牙形、螺纹钢筋。
5.余热处理钢筋直径4、6、8、10-40mm......mm，将余热处理钢筋改为工字型人字形、月牙形、螺纹形钢筋。
6.冷轧带肋钢筋直径4,4.5、5、5.5、6、6.5_12mm......mm,将余热处理钢筋改为工字型人字形、月牙形、螺纹钢筋。
7.预应力混凝土螺纹钢筋直径4、6、8、10、12、14、16、18_50mm......mm,将预应力混凝土螺纹钢筋改为工字型人字形、月牙形、螺纹钢筋。
8.热轧工字钢截面面积14.345-179.858cm2 ;将热轧工字钢改为工字型人字形、月牙形、螺纹钢筋。
9.热轧H 型钢截面面积 21.58-329.4cm2 ；26.34-217.1cm2 ; 11.84-439.3cm2 ；11.84-55.57cm2。将热轧H型钢改为工字型人字形、月牙型、螺纹钢筋。
10.工字型高效高强度螺纹钢筋是指钢筋横截面积具有工字形结构的所有钢筋的系列产品。承受力的大小是有方向性的，使用时可选择不同类型不同规格的工字型螺纹钢筋，使用时务必遵循它的方向性原则，将需要承受力最大的方向对着横截面距离最大的方向，将需要承受力较小的方向对着横截面距离较小的方向。拍不得方向、多少、掌握的程度自行控制。
【文档编号】E04C5/03GK103967219SQ201410234172
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】陈胜民 申请人:陈胜民