СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 1994 года по МПК E04G21/12 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при производстве основных несущих конструкций зданий и сооружений.

Известен способ создания предварительного напряжения балки, заключающийся в том, что балку, выполненную в виде М-образной фигуры, устанавливают на шарниры, на которых укрепляют затяжку через точку перегиба мыслимой буквы М, а другую затяжку размещают на уровне вершин двух крайних углов перелома, после чего домкратами или лебедкой, или иным механическим путем проводят натяжение затяжки до необходимой степени натяжения. Натяжение затяжки проводят после набора прочности бетоном, из которого выполнена М-образная балка [1].

Недостатками указанного способа являются сравнительно невысокое (достигаемое при прочих равных условиях) предварительное напряжение бетона, из которого выполнена балка, а также наличие дополнительных очагов концентрации напряжений в растянутом нижнем поясе балки.

Известен также способ [2] создания предварительного напряжения в железобетонной конструкции, заключающийся в электротермическом натяжении арматуры, основанный на свойстве стали нагреваться при пропускании электрического тока и удлиняться на 0,000012 первоначальной длины при нагреве на 1^оС, а при охлаждении сокращаться, состоящий в том, что арматурные стержни с высаженными на концах головками или снабженные приварными и опрессованными анкерами нагревают до 350-600^оС и в горячем состоянии закладывают в упоры или стенды. Возникающие при остывании напряжения передаются затем на бетон конструкции. Предварительное напряжение достигается путем обеспечения расчетного удлинения арматуры, которое определяется по формуле
Δl_o = l_y, где k - коэффициент, учитывающий упругопластические свойства стали;
σ_o - заданное предварительное напряжение арматуры, Па;
σ - предельно допустимое отклонение величины предварительного натяжения от заданного, Па;
Е - модуль упругости, Па;
l_y - расстояние между наружными гранями упоров на форме, поддоне или стенде, мм.

Температура нагрева контролируется по удлинению стали или при помощи термопар с погрешностью до ±20^оС (табл.1.

Недостатками указанного способа являются относительно невысокое предварительное напряжение железобетонной конструкции, достигаемое при одинаковом числе стержней, сечении арматуры и без изменения класса арматуры, необходимость специального оборудования для нагрева арматуры до 350-600^оС, большой расход электроэнергии, ограниченное число одновременно нагреваемых стержней арматуры (1-2).

Целью изобретения является увеличение степени предварительного напряжения в железобетоне при одновременном повышении технологичности процесса.

В способе перед бетонированием арматуру охлаждают до температуры ниже или равной температуре, соответствующей точке начала мартенситного превращения сплава (t^o_охл ≅ М_н), из которого изготовлена арматура. Охлажденную арматуру подвергают механическому натяжению. Твердение железобетонной конструкции проводят при температуре, выбранной из соотношения t_Aк^o>t_TB^o≥t_Aн. После набора конструкцией, например, отпускной прочности ее нагревают до температуры, выбранной из соотношения t_Md≥t_нагр^o>t_Aк , где t_Mн - температура начала мартенситного превращения, ^оС;
t - температуры, соответственно, начала и конца обратного мартенситного превращения, ^оС;
t_Md - максимальная температура образования мартенсита напряжения, ^оС.

При этом арматуру изготавливают из сплава, обладающего эффектом памяти формы с мартенситными точками М_н = -10^оС, А_н = -5^оС; Ак = 10^оМ, М = 150^оС.

П р и м е р. Изготавливают арматуру диаметром 2 мм, длиной 1 м из сплава, обладающего свойством памяти формы, например, из сплава ТН-10, состав сплава ТН-10 соответствует формуле:
Ti_51,2-lNi_48,8-y,z,kM_0yF_lzCu_kAl_l, где y, z, k, l могут имеет следующие значения:
y = 0; 0,1; 0,2,...,2,0 ат.%
z = 0; 0,5; 0,6,...,1,5 ат.%
k = 0; 2,0; 6,0,...,20 ат.%
l = 0; 1,0; 2,0,...,10 ат%.

Сплавы с памятью формы охлаждают при температуре (-5, -10, -20, -30, -40)^оС и фиксируют на упорах, натягивают при помощи домкрата до требуемого (10% ) относительного удлинения, после чего бетонируют балку по известной технологии (Михайлов В.В. Предварительно-напряженные железобетонные конструкции. М. : Стройиздат, 1978, с. 383) и после набора бетоном отпускной прочности при твердении при температуре (-10, -5, -2, 0, 5, 9, 15)^оС арматуру освобождают с упоров и при помощи индикатора часового типа измеряют механический выгиб (ϕ₁). Затем железобетонную конструкцию нагревают до (5, 10, 30, 50, 100, 150, 170)^оС и измеряют дополнительных выгиб ( ϕ₂) за счет проявления эффектов памяти формы.

Лабораторные испытания показали, что выгиб железобетонной конструкции до проявления эффектов памяти формы составил 0,45 мм, а за счет проявления эффекта памяти формы - 10 мм (табл. 2).

Как видно из табл. 2, оптимальные режимы твердения конструкции должны отвечать условию: -5^оС ≅t_Tв^o < 10^оС. Верхний предел (+9^оС) обусловлен свойством сплава, из которого изготовлена арматура, с целью избежания преждевременного проявления эффекта памяти формы. Нижняя граница (-5^оС) обусловлена технологическими соображениями, так как известно что при отрицательных температурах набор прочности бетона затруднен и тормозится процессами замерзания воды и замедлением химических реакций, формирующих структуру твердения.

Использование: в строительстве, при производстве основных несущих конструкций зданий и сооружений. Сущность изобретения: арматуру, изготовленную из сплава, обладающего эффектом памяти формы, охлаждают до температуры ниже или равной температуре, соответствующей точке начала мартенситного превращения сплава (t°о

_хл ≅ t^°M_н и производят ее механическое натяжение, после чего производят бетонирование конструкции. Твердение бетона проводят при температуре, выбранной из соотношения . После набора конструкцией, например, отпускной прочности ее нагревают до температуры, выбранной из соотношения , где - температура начала мартенситного превращения, °С; - температуры соответственно начала и конца обратного мартенситного превращения, °С; - максимальная температура образования мартенсита напряжения. При этом арматуру изготавливают из сплава, обладающего эффектом памяти формы с мартенситными точками: M_н= - 10^°C, A_н= - 5^°C, A_к= 10^°, M_d= 150^°C . 2 табл.

1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ КОНСТРУКЦИИ, заключающийся в термическом воздействии на арматуру с последующим бетонированием и твердением конструкции, отличающийся тем, что, с целью повышения степени предварительного напряжения в железобетонной конструкции при одновременном повышении технологичности процесса, используют арматуру из сплава, обладающего эффектом памяти формы, перед бетонированием охлаждают ее до температуры ниже или равной температуре, соответствующей точке начала мартенситного превращения сплава (t^o_охл ≅ t^o_Mн ) и подвергают механическому натяжению, а твердение конструкции проводят при температуре, выбранной из соотношения
t_Aк > t^o_тв ≥ t_Aн ,
после чего конструкцию нагревают до температуры, выбранной из соотношения
t_Md ≥ t^o_нагp > t_Aк ,
где t_Мн - температура начала мартенситного превращения, ^oС;
t_Aн , t_Aн - температуры начала и конца обратного мартенситного превращения, ^oС;
t_Мd - максимальная температура образования мартенсита деформации. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что арматуру изготавливают из сплава с мартенситными точками: M_н = -10^oС, A_н = -5^oС, A_к = 10^oС, M_d = 150^oС.