加强筋的制作方法

专利名称：加强筋的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及混凝土或其它水泥(cementitious)结构的加强筋。 特别地，本发明涉及加强筋的接头，且本文中在此范围内说明。然而 可以理解，本发明具有更广的应用，可用于加强筋与金属板等其它刚 性物体的连接。
背景技术：
在建筑业中，(墙壁、地板、平板和立柱等)混凝土结构是通过布 置钢筋等加强筋后在该区域浇注混凝土以形成该结构而制造的。加强 筋支承于所需位置，经常需要相互连接加强筋的长度，以确保不仅正 确布置了加强筋，而且可通过接头传递负载，以使加强筋可承载大部 分或甚至全部的轴向拉伸或压縮力。过去，浇注混凝土前在邻接的加强筋的重叠端上进行铁丝扎紧或 缠绕以使加强筋相互之间固定。轴向负载通过包围两个连接的加强筋 的混凝土从一个加强筋传至另一重叠加强筋。由于重叠段的加强筋仅 在影响轴向负载的传递中有用，且这些重叠的几段加强筋在结构中形 成很大一堆，该方法使用多于必需的加强筋。在另一结构中，加强筋具有短外螺纹端部，使用具有左和右内螺 纹部分的套管连接相邻加强筋末端。在加强筋末端上形成外螺纹部分导致这些末端直径小于加强筋剩 余部分的直径，由于工程要求使用具有预定直径的加强筋，因而这是 不理想的。克服这一困难的方法之一是使用超尺寸的加强筋。这确保 加强筋的螺纹端直径仍等于或大于工程要求指定的直径。但这样多数 加强筋的规格大于所需规格。理想地，诸如轴向能力以及延展性等接头属性至少与加强筋的主 体部分相同，且接头负载时仅出现有限的纵向滑动。如果这些属性不 在一定容差范围内，那么接头将大幅影响结果所获得的结构。例如，
如果纵向滑动过多，将导致过多的局部裂纹，从而增加腐蚀的危险， 也可造成过渡偏斜。如果接头的延展性不如加强筋的主体部分，将导 致局部应力集中，可能导致接头完全失效。使用诸如上述螺纹套管等独立接头元件对于具有不同强度加强筋 的施工场合可能存在问题，因为可能有错配套管至加强筋的危险。另 外，使用螺纹结构要求在部件之间进行一些处理以容易安装，这将导 致负载时纵向滑动不能接受。同样，还存在现场不能上紧接头而影响 接头的风险。发明内容根据第一方面，提供的加强筋包括沿加强筋长度部分延伸的杆和 沿加强筋端部延伸的终端，该终端包括其上具有锁紧结构的接合面， 可与形状互补的终端相互配合以形成可承载负载的互锁。在本说明书的上下文中，"轴向负载"指沿终端延伸方向施加的使 互锁处于拉伸或压縮的负载。另外，术语"互锁"指这样的配置部 件以防止在至少在一个方向上的负载下分离的方式连接在一起，即使 另一方向负载下部件可自由分离。根据本发明，提供的加强筋借助终端允许加强筋与具有形状互补 的终端的另一物体如另一加强筋直接连接。该配置的优点在于因不要 求使用其它部件以通过互锁传递轴向负载而提高了接头的整体性。另 外，通过制造适当尺寸和形状的终端，发明人发现接头可能满足延展 性和轴向能力的预期要求。同样，负载时的纵向滑动也可保持在可接 受的程度。在一种形式中，终端与加强筋的杆整体成形。在此结构的一种形 式中，与加强筋杆相比，终端增大使得互锁具有足够的工作特性(如 轴向负载时的强度和延展性)。在另一形式中，为确保互锁具有足够的工作特性，终端由不同于 加强筋杆的材料制成或与杆相同但材料属性不同的材料制成。在后种 结构中，终端可与加强筋杆尺寸相同，或更小，或可如前述结构中增大。在一种形式中，锁紧结构的形状使得互锁可承载基本所有的轴向 负载。在一个实施例中，保持装置可用于保持终端的接合，但在加强 筋轴向负载的负载下该装置不是必须设置。根据第二方面，提供了将第一和第二加强筋互连的接头，接头包括分别沿第一和第二加强筋端部延伸的第一和第二终端，各终端的 接合面包括锁紧结构，终端的接合面处于相对且邻接的关系，锁紧结 构相互配合以形成互锁，以可操作地承载经过互锁的轴向负载；以及设置成包围互锁以保持接合面相互之间处于相对且邻接关系的保 持装置。在特定实施例中，终端的形状被设置成可与形状相同的互补终端 形成互锁。这样，第一和第二终端形状相同。该结构的好处在于不要 求对终端进行处理因而现场容易安装。在特定形式中，锁紧结构包括横向延伸穿过接合面的多个间隔开 的竖柱，以及一个或多个布置在在相邻竖柱之间的凹进。使用中，竖 柱和凹进相互配合以形成互锁，其中竖柱和凹进位于形状互补的终端 上。在特定实施例中，竖柱包括由桥接部互连的相反侧壁。另外，相 邻竖柱的相对侧壁可限定各凹进。在特定形式中，侧壁包括可在形成互锁中相互接合的支承面。在特定形式中，竖柱沿接合面向加强筋的末端逐级降低。该结构 使得负载可更均匀的分布于终端。在一实施例中，竖柱尺寸不同，有 助于将竖柱正确定位于另一终端的相应凹进。在一个实施例中，在使用中，接头可承载至少等于加强筋杆的轴 向能力的轴向负载，且与加强筋杆相比，延展性更佳。在一些情况下， 接头可有利地用于连接杆直径不同的加强筋。这是在结构中负载条件 有变化的施工中普遍需要的。使用本发明的至少一个实施例的接头，可通过提供具有一般大于加强筋杆但与较大杆直径的加强筋的形状互 补的终端的加强筋实现。在一种形式中，支承面一般沿与轴向负载方向基本垂直的方向延 伸。在此结构中，在通常的弹性负载条件下，施于接头的反作用力被 包含于终端内，且没有形成施加在环绕的保持装置的显著的矢量力。 此外，通过使支承面基本垂直于轴向负载方向，接头内的纵向滑动处 于可接受的限度内，而不要求保持装置和终端之间的配合是精密公差 以抑制互锁的横向移动。在此结构中，(例如因保持装置和互锁终端间 的间隙引起的)终端间的任何横向移动不会转化为纵向位移。可选地， 可通过保持装置二次成形(如使用套管时通过心棒上对套管施压)或 通过在互锁终端和保持装置间使用垫片等填料提供保持装置和终端间 的精密公差。在后种形式中，支承面的斜面不重要。在特定形式中，支承面以与轴向负载方向的垂直方向成10°以内夹 角延伸，更优选地与垂直方向成5°以内夹角。在特定实施例中，围绕的套管的截面模数可提供大于加强筋杆负 载能力的剪切负载抗力。这样，接头在负载时可用作抗剪连接件。在另一方面，本发明提供了连接第一和第二加强筋的方法，该方法包括以下步骤通过在形成于加强筋末端的终端之间形成互锁而将 第一和第二加强筋互连，互锁沿轴延伸并通过形成于各终端的锁紧结 构相互配合而形成；以及在互锁周围设置保持装置，以将锁紧结构保持在相互配合关系。 在另一方面，本发明提供了在第一和第二加强筋之间传递负载的 方法，该方法包括以下步骤通过在形成于加强筋末端的终端间形成 互锁而将第一和第二加强筋互连，互锁沿轴延伸并由形成于各终端的 锁紧结构相互配合而形成；在互锁周围设置保持装置，以将锁紧结构 保持在相互配合关系；以及通过互锁轴方向的互锁传递负载而不引起在保持装置上产生任何 实质性的负载。


下文参照附图可方便地说明本发明的实施例。但应理解附图和相 关说明的特殊性，不能限制本发明的前述广泛的说明。 附图中图1是加强筋终端的透视图； 图2是图1所示终端的平面图；图3是沿图2所示剖面线m—ni所截取的终端的剖视图；图4是图1所示加强筋终端上锁紧结构的放大细节图； 图5是图1所示两条加强筋接头部件的分解图； 图6是图5所示接头的剖视图；图7是安装为抗剪连接件时图5所示接头的变形的剖视图； 图8是图1所示终端的接合面形状不同的变形的透视图；并且 图9是图1所示终端另一变形的侧视图。
具体实施方式
首先参照图1至3，示出了加强筋IO的局部视图。通常由钢制成 的加强筋10包括沿该段加强筋10的主体长度延伸的杆11。尽管仅示 出了杆ll的小部分，应理解，杆可延伸多米。加强筋被制成连续的长 度，并根据特定作业要求切割为一定的尺寸。另外，为简单起见，将 杆ll表示为简单的形状。同样，应理解杆可具有肋，该类加强筋通称 为变形加强筋。加强筋10还包括沿杆的端部延伸至加强筋10的末端13的终端 12。在所示形式中，终端12与杆11整体成形，且与该杆相比增大(即， 从加强筋的中轴CL径向向外延伸的距离大于该杆)。杆11和增大终端 12之间具有过渡区14。增大终端12通常由加强筋末端变形而形成。在此配置中，在形成 前，整个加强筋10的直径等于杆11的直径。
终端12包括沿加强筋10长度方向延伸并从其向外伸出的接合面 15。接合面15的形状包括锁紧结构，该锁紧结构使加强筋10能与另 一加强筋或其它物体连接形成下文将详细说明的互锁。所示形式中的 锁紧结构包括多个相互间隔的竖柱16、 17、 18和19以及多个凹进21、 22和23。凹进21、 22和23的主体延伸于相邻竖柱(16、 17、 18和 19)间。最近的一个凹进20延伸于终端的毂部24与最近的竖柱16之 间。如图2和3清楚所示，终端被配置成直径大于杆11的轴的部分柱 形。另外，接合面15实际形成为该柱形终端的"切口"。然而应理解 尽管接合面15可被认为是切口部分，但该制造方法并无限制，因为终 端可通过锻造加工等形成其最终形状而无需对材料进行实质上的切 除。申请人提交的同时待决的国际申请"A method and Apparatus for Forming metal Reinforcing (金属加强筋的成形方法和设备)"公开了使 用锻造加工制造加强筋IO的工艺，该申请全文通过交叉引用结合于此。如图3清楚所示，每个竖柱(16、 17、 18和19)包括通过桥接部 26互连的相反侧壁25。此外，终端12的毂部24包括侧壁27。在此配 置中，壁25、 27也作为凹进的侧壁。基部28将相邻侧壁互连以形成 各凹进(20、 21、 22和23)的底部。所示形式中的侧壁25为线性并延伸横过整个接合面15。此外，桥 接部26和基部28也形成为平坦表面。如图4放大图中清楚所示，每 个侧壁25由三个部件形成。第一个部件是位于侧壁中部区域并垂直于 加强筋10的中心线(CL)的支承面29。第一过渡区30形成于支承面 29上方，并形成支承面29与桥接面26之间的交接处。下过渡区31 从支承面29延伸至基部28。上下过渡区(30和31)均具有半径，上 过渡区30的半径小于下过渡区31的半径。接合面15的竖柱和凹进的形状使得终端12可与相同形状的终端 形成互锁。邻近加强筋10末端13的末端竖柱19比其它竖柱宽。另夕卜，最里 面的凹进20也较宽，可接收末端竖柱19形状的竖柱。该结构有助于 形成互锁时终端的正确配合。最后，如图3清楚所示，竖柱被布置成向末端13逐级降低。在此 结构中，多个竖柱的支承面29并非轴向对齐，而是到中心线CL的径 向距离不同。这样的优点在于使终端与另一终端互连时应力能更均匀 分布。现参照图5和6，图中公开了由一加强筋的终端12和另一相似加 强筋的相同终端互连形成的接头50。为了下文中说明接头50的简便起 见， 一个加强筋使用上标I表示，另一加强筋使用上标II表示，关联 的部件使用类似名称表示。接头50通过互连终端12'和12"形成互锁51而形成， 一终端的竖 柱配合在另一终端的相应凹进内。互锁沿所示形式中与各加强筋101 和IO"的中心轴同轴的轴(示为A—A)延伸。此外， 一旦终端12[和 12"沿接合面15"互连，终端的外表面形成完整的柱形(在所示 形式中为圆柱形)，其直径大于各杆1"和ll"的直径。接头50也包括被设置成防止终端分离的保持装置52。在所示形式 中，保持装置51为套管形式， 一般为内孔稍大于互连终端形成的柱形 外径的金属套管。这样，套管可在重叠的终端上滑动， 一般由铁丝等 保持定位。使用中，加强筋10'和lcy'被布置成埋入混凝土中以承载所获结构中产生的负载。通常有两种负载情况。第一种是主要在加强筋轴CL方 向上的轴向负载。轴向负载可为拉力或压力。另一种负载情况是负载 方向垂直于中心线CL的剪力。接头50可承载两种情况下的负载，如 下文详细所述。轴向负载时，拉力负载为支配条件，加强筋1(^和10"可(在拉力 下)相互偏移或共同偏移。轴向负载由通过两终端12'和12"中的竖柱 相互接合形成的接头50承载。具体地，竖柱配置为沿形成于侧壁的支 承面291、 29"接合。轴向负载时，这形成了竖柱的接触区域，且由于 与下过渡区31相比，上过渡区30半径较小，过渡区30、 31之间没有 接触点。因为支承面291、 29"被布置成垂直于负载方向，没有形成作 用在环绕的套管51上的矢量力。这样，轴向负载完全包含于终端内。为承载剪力负载，保持装置51的截面模数足以承载设计剪力负载。 在此结构中，不需要将加强筋定向以由互锁承载剪力。图7示出了剪力接头60，是接头50的变形。由于剪力接头包括上
述接头50的部件，为方便，类似部件用类似数字表示。另外，为说明 方便，使用上标区分接头60中的两根加强筋。使用剪力接头60将加强筋从墙壁100互连至平板101。为形成此 连接，首先建造的包括加强筋104啬壁100。加强筋10'转向以延伸至 墙壁100的表面102，而不是完全在墙壁的平面内延伸。墙壁100具有 从表面102陷入的凹进103，以露出终端121，使得可从墙壁100的表 面102对终端进行操作。这样，为平板101安装加强筋时，终端121 可接收加强筋IO'1。在所示形式中，终端121、 12"长度较短，仅具有三个竖柱，而不 是前述实施例中的四个竖柱。在此结构中，终端12'不伸出墙壁100的 表面102。为平板101安装加强筋时，可仅通过终端12"与终端12'互连形成 互锁而将加强筋IO"与加强筋10'连接。之后将套管62置于互锁上以 保持终端的接合。另外，套管62的截面模数足以承载接头60处的设 计剪力负载。一旦加强筋已连接，可浇注混凝土以形成套管。浇注混凝土时凹 进103被完全填满以确保对加强筋的充分覆盖。图8和9示出了上述终端12形状上的又一变化。同样，由于终端 包括上述的许多部件，类似部件用类似的附图标记表示。在图18所示实施例中，终端12的竖柱16、 17和18设计更加复 杂，为弓形，而不是前述结构所示线性形状。图9示出了终端12形状的又一变化。在此实施例中，与前述实施 例相比，竖柱更具波浪形。在图8和9所示实施例中，形成于侧壁的 支承面从与轴向负载方向垂直的方向倾斜。这在图9所示实施例的特 别明显。这样，在这些实施例中，轴向负载时，尽管大部分负载由加 强筋承载，力被传至保持装置。此外，由于竖柱的形状，可能在终端 和保持装置之间必须有紧密公差以最小化横向滑动。公差可通过保持 装置的二次成形或通过如上述使用填料(packing)形成。上述接头结构具有很强的实用价值。由于各终端从加强筋的杆延 伸出，终端的强度完全符合加强筋的强度，尤其是终端由与加强筋杆 的材料相同的材料形成时。使用独立部件的现有技术连接器的主要问 题在于加强筋的强度可有变化(如通常500兆帕/加强筋，最高允许强 度为650兆帕)。这意味着接头可能与强度极高的加强筋错配，因此连 接器需要被制成适应可能的错配。这又伴随产生因提供强度高于所需 的连接器而减少连接器自身延展性的问题。终端与杆的整体性质避免 了错配并允许接头的延展性和强度与加强筋杆正确匹配。通常通过增大端具有所述接合面且使终端与杆为相同材料，接头 的强度大于被连接的加强筋强度。在一种形式中，接头的强度约为加 强筋强度的110%，尽管可以理解，这可通过改变终端中各部分的尺寸 而改变。即使强度增加，接头的延展性也大于加强筋杆的延展性，发明人 所做的测试表明的确如此。不限于理论限制，已发 Pi因塑性变形时竖 柱易于收缩(collapse)从而允许沿接头延长使得延展性增加。同样，垂直支承面限制负载时接头的纵向滑动。同样，发明人所 做的测试表明在预定负载测试条件(一般轴向负载为300兆帕)下滑 动小于0. 1毫米。支承面垂直于轴向负载方向的特点在于滑动与套管 51和连接的终端之间的配合无关。在此结构中，套管无需按精确公差 制造。另外，接头的形状相对较薄，有利于在一些情况下使用较薄混凝 土部分，同时仍允许在加强筋上提供足够的混凝土覆盖。最后，接头的优点在于现场组装方便，容易现场确定接头是否正 确安装。如果终端没有正确连接，则不可能将套管套在连接的终端上 和/或可清楚看到部分终端伸出套管长度外。在本发明的权利要求和前述说明中，除因表达语言或必要含意背 景另有要求外，"包括"及其变化是在综合意义上使用的，即说明规定 特点的存在，但不排除本发明各实施例中其它特点的存在或增加。对前述部件所做变化与修改不背离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种加强筋，包括沿所述加强筋长度部分延伸的杆和沿所述加强筋端部延伸的终端，所述终端包括其上具有锁紧结构的接合面，被设置成与形状互补的终端相互配合以形成可承载轴向负载的互锁。
2. 根据权利要求1所述的加强筋，其中所述终端与所述杆整体成形。
3. 根据权利要求1或2所述的加强筋，其中所述终端与所述杆相 比增大。
4. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的加强筋，其中所述锁 紧结构的形状被设置成使得所述互锁可承载基本上所有的轴向负载。
5. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的加强筋，其中所述终 端的形状被设置成与形状与所述终端相同的互补终端形成互锁。
6. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的加强筋，其中所述锁 紧结构包括横向延伸穿过所述接合面的多个间隔开的竖柱，以及多个 位于相邻的所述竖柱之间的凹进，其中，在使用中所述竖柱和凹进与 设置在所述形状互补的终端上的竖柱和凹进相互配合。
7. 根据权利要求6所述的加强筋，其中每个竖柱包括由桥接部互 连的相反侧壁，且其中相邻的所述竖柱的相对侧壁限定各所述凹进。
8. 根据权利要求7所述的加强筋，其中所述侧壁包括支承面，该 支承面被设置成在所述互锁中接合所述形状互补的终端。
9. 根据权利要求8所述的加强筋，其中所述支承面以与互锁轴方 向的垂直方向成10°以内夹角延伸，且更优选地与所述垂直方向成5° 以内夹角。
10. 根据权利要求6至9中^E—权利要求所述的加强筋，其中所 述竖柱沿所述接合面朝所述加强筋的末端逐级降低。
11. 根据权利要求6至10中任一权利要求所述的加强筋，其中第 一所述竖柱沿所述终端纵向延伸的距离大于第二所述竖柱。
12. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的加强筋，其中所述 加强筋由钢制成。
13. —种用于将第一和第二加强筋互连的接头，所述接头包括 分别沿所述第一和第二加强筋的端部延伸的第一和第二终端，所述终端包括其上具有锁紧结构的接合面，所述终端的所述接合面处于 相对且邻接的关系，且所述锁紧结构相互配合以形成互锁；以及保持装置，其被设置成包围所述互锁以将所述接合面保持在彼此 相对且邻接的关系。
14. 根据权利要求13所述的接头，其中所述加强筋还包括沿其长 度部分延伸的杆，且其中至少一个所述终端与其杆整体成形。
15. 根据权利要求14所述的接头，其中至少一个整体成形的终端 与其杆相比增大。
16. 根据权利要求13或15所述的接头，其中所述互锁沿轴延伸， 且所述锁紧结构的形状使得重叠连接可承载沿该轴向的负载而不引起 在保持装置产生负载。
17. 根据权利要求13至16中任一权利要求所述的接头，其中所 述保持装置为套管形式。
18. 根据权利要求17所述的接头，其中所述套管的抗剪强度大于 至少一个所述加强筋。
19. 根据权利要求13至18中任一权利要求所述的接头，其中所 述第一和第二终端形状相同。
20. 根据权利要求13至19中任一权利要求所述的接头，其中所 述锁紧结构包括横向延伸穿过接合面的多个间隔开的竖柱，以及多个 位于相邻竖柱间的凹进，其中所述第一终端的竖柱和凹进与所述第二 终端上的竖柱和凹进相互配合。
21. 根据权利要求20所述的接头，其中每个竖柱包括由桥接部互 连的相反侧壁，且其中相邻的所述竖柱的相对侧壁限定各所述凹进。
22. 根据权利要求21所述的接头，其中所述侧壁包括支承面，在 形成所述互锁时所述第一终端的所述支承面与所述第二终端的所述支 承面接合。
23. 根据权利要求22所述的接头，其中所述支承面以与互锁轴方 向的垂直方向成10°以内夹角延伸，且更优选地与所述垂直方向成5° 以内夹角。
24. 根据权利要求20至23中任一权利要求所述的接头，其中在 每个终端中，所述竖柱沿所述接合面向各加强筋的末端逐级降低。
25. 根据权利要求20至23中任一权利要求所述的接头，其中第 一所述竖柱比第二所述竖柱宽。
26. 根据权利要求13至25中任一权利要求所述的接头，其中所 述加强筋由钢制成。
27. —种连接第一和第二加强筋的方法，所述方法包括以下步骤 通过在形成于所述加强筋端部的终端间形成互锁，而将所述第一和第二加强筋互连，所述互锁沿轴延伸，且通过将形成于各终端上的 锁紧结构相互配合而形成；以及在所述互锁周围设置保持装置，以将锁紧结构保持在相互配合关系。
28. —种在第一和第二加强筋之间传递负载的方法，所述方法包 括以下步骤-通过在形成于所述加强筋的端部的终端之间形成互锁而将所述第 一和第二加强筋互连，所述互锁沿轴延伸，且通过将形成于各终端上 的锁紧结构相互配合而形成；设置互锁保持装置以保持锁紧结构处于相互配合关系；以及 沿互锁轴方向通过所述互锁传递负载而不会在保持装置上引起任 何实质性的负载。
全文摘要
加强筋(10)包括沿加强筋长度部分延伸的杆(11)和沿加强筋端部延伸的终端(12)。终端的接合面(15)包括锁紧结构(16、17、18、19)，以与形状互补的终端相互配合形成可承载轴向负载的互锁(51)。
文档编号E04C5/01GK101151428SQ200680010585
公开日2008年3月26日 申请日期2006年2月8日 优先权日2005年2月8日
发明者E·科默福德, M·兰金 申请人:舒格钢铁工程私人有限公司