Способ создания предварительного напряженного состояния в армированной бетонной конструкции
Владельцы патента RU 2619578:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ухтинский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области изготовления предварительно напряженных строительных конструкций, в частности к способам создания предварительного напряжения в армированных бетонных конструкциях и изделиях. Сущность изобретения: арматуру, изготовленную из сплава, обладающего эффектом памяти формы, нагревают до температуры, большей температуры конца обратного мартенситного превращения - Ак, после чего нагружают путем изотермического растяжения и охлаждают под действием механического напряжения до температуры ниже температуры конца прямого мартенситного превращения - Мк, затем разгружают и заневоливают в жестких упорах с последующим нагревом до температуры, большей Ак и отвечающей технологической температуре твердения бетона, подвергают изотермическому твердению бетона в жесткой форме в течение времени, необходимого для набора бетоном передаточной прочности, после достижения бетоном передаточной прочности снимают фиксаторы на упорах и дают остыть полученному изделию из напряженного армированного бетона до технологической (эксплуатационной) температуры. 1 з.п. ф-лы. 2 табл.
Изобретение относится к области изготовления предварительно напряженных строительных конструкций, в частности к способам создания предварительного напряжения в армированных бетонных конструкциях и изделиях.
Известны способы натяжения стержневой арматуры механическим и электротермическим способами [Руководство по технологии предварительного напряжения стержневой арматуры железобетонных конструкций. Москва, Стройиздат, - 1975, 192 с.].
К недостаткам указанных способов относится следующее:
1. Механический способ требует применения на месте изготовления дополнительных приспособлений (домкратов, гайковертов, и др.).
2. Электротермический способ – не энергоэффективен, требует значительных затрат электроэнергии. Кроме того, при электронагреве изменяются свойства металла.
Известен также состав мартенситной стареющей стали с памятью формы, которая могла быть использована в качестве силового исполнительного элемента. [RU 2389819, МПК С22С 38/38. "Стареющая аустенитная сталь с памятью", 20.10.2010. Бюл. №14].
Недостатками указанного способа являются относительно невысокие обратимые деформации, характерные материалам данного класса, необходимость специального оборудования для нагрева арматуры до 400-700°С, большой расход электроэнергии.
Наиболее близким аналогом (прототипом) способа является патент RU №2020233 МПК E04G 21/12, "Способ создания предварительного напряжения в железобетонной конструкции", 30.09.1994, включающий термическое воздействие на арматуру с последующим бетонированием и твердением конструкции, с использованием арматуры из сплава, обладающего эффектом памяти формы (ГЮНТЕР)
Недостатком этого способа является то, что процедура задания исходной деформации связана с изотермическим растяжением арматуры в мартенситном состоянии, что согласно данным [Лихачев В.А., Кузьмин С.Л., Каменцева З.П. Эффект памяти формы. Л.: Изд-во ЛГУ, 1987. 216 с.] является менее эффективным, чем процедура задания исходной деформации посредством использования процесса пластичности прямого превращения при охлаждении арматуры через интервал прямого мартенситного превращения под растягивающим напряжением.
Целью изобретения является увеличение степени предварительного напряжения в бетоне при одновременном повышении технологичности процесса.
В способе перед бетонированием арматуру, изготовленную из сплава, обладающего эффектом памяти формы, нагревают до температуры, большей температуры конца обратного мартенситного превращения - Ак, после чего нагружают путем изотермического растяжения и охлаждают под действием механического напряжения до температуры ниже температуры конца прямого мартенситного превращения - Мк, затем разгружают и заневоливают в жестких упорах с последующим нагревом до температуры, большей Ак и отвечающей технологической температуре твердения бетона, подвергают изотермическому твердению бетона в жесткой форме в течение времени, необходимого для набора бетоном передаточной прочности, после достижения бетоном передаточной прочности снимают фиксаторы на упорах и дают остыть полученному изделию из напряженного армированного бетона до технологической (эксплуатационной) температуры.
При этом арматуру изготавливают из сплавов, обладающих эффектом памяти формы, приведенных в таблице 1, которая показывает, что характеристические температуры мартенситных переходов (ХТМП) отвечают возможностям функционирования бетона в различных температурно-климатических поясах. Конкретно сплав Ti-51.0% (ат) Ni - в условиях крайнего севера, включая шельф и шельфовую зону; Ti-50.75% (ат) Ni - в средней полосе; Ti-50.0% (ат) Ni - в южных районах.
Пример. В качестве модельных элементов изготавливают 3 образца из сплава Ti-50.0% (ат) Ni согласно параметрам, приведенным в табл. 1. Испытания осуществляли на установке [Полезная модель RU 1538. «Установка для испытания образцов материалов при сложном напряженном состоянии». 16.01.96. Бюл. №1] по методикам, подробно описанным в работах [Андронов И.Н., Лихачев В.А., Рогачевская М.Ю. Эффекты памяти формы у сплава TiNiCu при сложном напряженном состоянии (статья). Изв. Вузов. Физика. 1989. №2. С. 117-119] и [Андронов И.Н., Вербаховская Р.А. Эффект памяти формы сплава ТН-1 при изотермическом и неизотермическом деформировании // Заводская лаборатория. Методы механических испытаний. - 2009 - №8 - Т. 75 - С. 52-54].
Данные в таблице свидетельствуют о том, что заявляемый способ формирования величины деформации памяти, а значит и деформационных армирующих свойств, применительно к бетону многократно превосходит способ, предлагаемый в прототипе.
1. Способ создания предварительного напряженного состояния в армированной бетонной конструкции, заключающийся в термомеханическом воздействии на арматуру с последующим бетонированием и обеспечением условий твердения бетона конструкции, отличающийся тем, что, с целью создания предварительного напряженного состояния в бетонной конструкции, используют арматуру из сплава, обладающего эффектом памяти формы, которую перед бетонированием нагревают до температуры, большей температуры конца обратного мартенситного превращения - Ак, после чего нагружают путем изотермического растяжения и охлаждают под действием механического напряжения до температуры ниже температуры конца прямого мартенситного превращения - Mк, затем разгружают и заневоливают в жестких упорах с последующим нагревом до температуры, большей Ак и отвечающей технологической температуре твердения бетона, подвергают изотермическому твердению бетона в жесткой форме в течение времени, необходимого для набора бетоном передаточной прочности, после достижения бетоном передаточной прочности снимают фиксаторы на упорах и дают остыть полученному изделию из напряженного армированного бетона до технологической (эксплуатационной) температуры.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение из аустенитного состояния в мартенситное осуществляют под действием растягивающего напряжения σ=173-519 МПа.
