CN107407100A - 通过sma张力元件产生预应力结构和结构部件的方法，以及配备sma张力元件的结构和结构部件 - Google Patents

通过sma张力元件产生预应力结构和结构部件的方法，以及配备sma张力元件的结构和结构部件 Download PDF

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Abstract

该方法的特征在于，在结构或结构部件(2)上放置，例如，以由多态和多晶结构的形状记忆合金构成的扁平钢的形式的至少一个张力元件(1)，该至少一个张力元件(1)可以通过增加其温度从其马氏体状态到其永久奥氏体状态。所述张力元件(1)还可以被引导围绕一个或多个拐角(5)。一个或多个端部锚固件(4)穿入至该结构或结构部件(2)中。作为带的这样的扁平钢还可以环绕结构或结构部件(2)一次或多次，在这种情况下，该扁平钢的两个端部或彼此连接以便根据张力固定，或者通过穿入至所述结构或结构部件(2)的一个或多个端部锚固件(4)各自独立地连接至该结构或结构部件(2)，或者相交一次或多次以产生夹紧连接。由于使用加热装置的热量的随后主动和受控的输入，扁平钢(1)收缩并且对结构或结构部件(2)产生永久张应力和相应的永久预应力。这样配置的结构或结构部件的特征在于，该结构或结构部件具有由形状记忆合金构成的至少一个张力元件(1)，该至少一个张力元件(1)沿着该结构或结构部件的外侧延伸并且通过端部锚固件(4)连接至该结构或结构部件。可替代地，该结构或结构部件(2)还可以由以作为带的扁平钢形式的张力元件(1)完全地包围，其中，两个端部区域被连接以便以张力固定，并且扁平钢通过热量的输入被永久地预应力处理。

Description

通过SMA张力元件产生预应力结构和结构部件的方法，以及配 备SMA张力元件的结构和结构部件
技术领域
本发明涉及一种用于在新建筑物(在施工现场被浇铸的)中产生张紧的结构部件或用于预制以及用于现有结构或通常任何结构部件的后续加固的方法。为了后续对结构施加张力，应用由形状记忆合金制成的张力元件，该张力元件被本领域技术人员称为形状记忆合金型材，或简而言之，SMA型材。通过这种后续的张紧，延伸件在预应力下还可以被安装在现有的结构上。本发明还涉及一种通过应用该方法产生或被随后加固的结构或结构部件，或者根据该方法延伸件被对接在该结构或结构部件上。特别地，为此，为了产生预应力，使用基于钢的形状记忆合金作为张力元件或拉杆。
背景技术
通常地，结构的预应力会增加其适用性，因为现有的裂纹减少，裂纹的形成通常被防止或者只在较高的载荷下出现。这样的预应力目前用于加固防止混凝土部件的弯曲或者用于柱的结合，例如，用于增加轴向载荷能力或用于对推力的增加的耐受力。美国内华达州特斯拉的新电池工厂“超级工厂(Gigafactory)”应该成为世界最大的工厂，建筑表面100万平方米，即两层，每层面积50万平方米(美国华盛顿州的埃弗雷特的飞机制造商波音的前最大工厂共包括40万平方米)。为建立“超级工厂(Gigafactory)”，20米x5米的混凝土块被一个挨一个呈一排地设置。然后，每个这样的混凝土块支撑数百列中的一个(新苏黎世报，NZZ，第272号,2014年11月22日，第35页)。这种混凝土块的稳定性被显著地增加并且这些混凝土块受到更好地保护以防止未来由于与SMA张力带的周向结合形成的裂纹。
混凝土或其他建筑材料的结构部件的预应力的另一种应用是用于运输液体的管道和筒仓或燃料容器，其必然会产生预应力。对于预应力，在现有技术中，将圆钢或电缆引入至混凝土或建筑材料中或者随后外部地固定在结构部件的在张力侧的表面上。在所有这些已知方法中，来自的混凝土中的张力元件的锚固和力传递是复杂的。锚固元件(锚头)非常昂贵。如果发生外部预应力，需要用抗腐蚀涂层附加地保护预应力钢和电缆。这是有必要的，因为传统的钢不是防腐的。如果预应力电缆被插入混凝土中，有必要通过混凝土砂浆保护这些预应力电缆免受腐蚀，混凝土砂浆被注入到套管中。目前还可以通过纤维复合材料产生外部的预应力，纤维复合材料粘附在混凝土表面上或结构或结构部件上。在这种情况下，防火通常非常复杂，因为粘合剂具有较低的玻璃转变温度。
防腐是原因，因为在传统混凝土中，必须保持包括约3厘米的最低的钢重叠。由于环境试剂(即空气中的二氧化碳和二氧化硫)，在混凝土中发生碳酸化作用。由于这种碳酸化作用，混凝土的基本环境(pH值为12)降至更低的值，即pH在8和9之间。如果内部电枢位于被碳酸化的区域中，传统钢的防腐不再被确保。3厘米厚的钢的重叠相应地确保了内部电枢的抗腐蚀性持续约为70年的结构使用寿命。在使用新形状记忆合金的情况中，碳化不太重要，因为相对于传统的建筑钢，新的形状记忆合金的耐腐蚀性更高。由于混凝土部件或砂浆的预应力，裂纹闭合并且因此污染物的渗透非常少。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种对任何种类的新结构或结构部件进行预应力处理的方法以用于加固，可选地用于提高结构或结构部件的可用性或断裂条件，用于确保为随后突出延伸件更灵活地使用建筑，或者用于增加结构或结构部件的耐久性以及耐火性。本发明的另一个目的是提供一种结构和一种结构部件，其设置有通过该方法产生的预应力或加固件。
该目的首先通过一种通过由形状记忆合金制成的张力元件产生由混凝土或其他材料制成的预应力结构或结构部件的方法实现，无论是用于新结构和结构部件还是用于加固现有结构和结构部件，其特征在于，具有多态和多晶结构的形状记忆合金的至少一个张力元件，通过增加其温度可以从其马氏体状态至其永久奥氏体状态，该至少一个张力元件可以被应用于结构或结构部件上，或者可以以自由延伸的状态被放置在该结构或结构部件上，或者在于该张力元件被引导至少围绕拐角，其中，一个或多个端部锚固件穿入该结构或结构部件中，或者作为带的张力元件环绕结构或结构部件一次或多次，其中，在这种情况下，张力元件的两个端部或是通过拉伸连接彼此连接或是通过一个或多个端部锚固件或中间锚固件分开连接，端部锚固件或中间锚固件分别穿入结构或结构部分至张力元件，或是张力元件以夹紧的方式重叠或自身交叉一次或多次，并且在于，由于通过加热装置的随后主动和受控的热输入，张力元件收缩并产生永久拉伸应力，并且相应产生永久性预应力以及达到结构或结构部件上的张力元件的断裂张力的残余张力。
该目的还通过由该方法产生的结构或结构部件实现，其特征在于，该结构或结构部件具有由形状记忆合金制成的一个张力元件，该张力元件沿着结构或结构部分的侧面延伸或者以自由延伸的方式应用于结构或结构部件上并且通过端部锚固件或附加的粘附与该结构或结构部件连接，或者该结构或结构部件由带形式的张力元件完全地环绕，其中，张力元件的两个端部区域通过端部锚固或拉伸力连接，并且张力元件通过热输入被永久地预应力处理。
随着这个新的发展，后续有效地预应力处理如露台延伸件、露台轨道、管道等的结构和结构部件，使其可以设置更小的厚度是可能的。因此使用的结构部件更轻并且更便宜。
该方法通过附图进行描述和说明。描述和解释用于新建筑以及预制的应用和现有结构的后续加固的应用，无论使用哪种建筑材料，以及具体建筑和其他结构部件。
附图说明
特别地：
图1示出在施工现场或预制场地中的被浇筑的，具有通过由形状记忆合金制成的SMA扁平钢和可选的附加胶合形成的，应用的端部锚固的张力元件的混凝土支撑件或混凝土板坯；
图2示出被由扁平SMA扁平钢形成的张力元件三侧围绕的混凝土结构部件；
图3示出通过重叠区域的形成，由SMA扁平钢环绕的圆柱形结构部件；
图4示出通过由SMA带钢形成的环绕张力元件环绕的筒仓；
图5示出具有SMA型材的张力元件的木结构，这些张力元件横向张紧以增加结构的稳定性；
图6示出在其端部区域处重叠的两个张力元件通过爪的连接；
图7示出通过外部齐平过渡的SMA扁平钢的端部区域的爪的变型；
图8示出通过横向螺栓的附加固定的具有外部齐平过渡的SMA扁平钢的端部区域的爪的另一变型。
具体实施方式
初始地，应该理解形状记忆合金(SMA)的属性。这些具有特定结构的合金可以通过热改性并且在除热之后恢复至它们的初始条件。像其他金属和合金一样，形状记忆合金(SMA)含有一种以上的晶体结构，即，它们是多态的，因此是多晶金属。一方面，形状记忆合金(SMA)的主导晶体结构取决于它们温度，并且，另一方面，取决于从外部作用的应力-张力或压力。在高温下，结构为奥氏体，然而，在低温下，结构为马氏体。这些形状记忆合金(SMA)的特质在于，即使它们先前已经在低温阶段中变形，在提高它们的温度之后，它们在高温阶段中恢复其初始结构和形状。可以使用这种效果以在结构内施加预应力。
如果没有热被人为地引入形状记忆合金(SMA)或没有热从形状记忆合金(SMA)中被人为地去除，则形状记忆合金处于环境温度。形状记忆合金(SMA)在特定温度范围内是稳定的，即它们的结构在一定的机械载荷限度内不变化。对于在户外环境中的建筑行业中的应用，假设环境温度的波动范围在-20℃至+60℃之间。因此，在该温度范围内，为此而使用的形状记忆合金(SMA)不应该显示结构变化。形状记忆合金(SMA)结构变化的转变温度可能明显地取决于形状记忆合金(SMA)的组成。因此，转变温度是取决于载荷。在增加形状记忆合金(SMA)的机械载荷下，其转变温度也升高。如果形状记忆合金(SMA)必须在一定温度限制内保持稳定，则必须特别注意这些限制。如果形状记忆合金(SMA)用于结构加固件，则不仅要注意耐腐蚀性和松弛效应，还要注意形状记忆合金(SMA)的耐疲劳强度，特别是当载荷变化时。必须在结构疲劳和功能疲劳之间进行区分。结构疲劳是指微结构缺陷的积累以及表面裂纹的形成和传播，直到最终的材料失效。另一方面，功能疲劳是指由于形状记忆合金(SMA)中的微结构变化引起的形状记忆效应或阻尼能力的逐渐劣化的效果。后者与循环载荷下的应力-应变曲线的变化相关。在这里，转变温度也被改变。
在建筑业中，为了抑制以维持载荷，基于铁Fe、锰Mn和硅Si的形状记忆合金(SMA)是合适的，其中，添加高达10％的铬Cr和镍Ni可以提供具有类似于不锈钢的腐蚀作用的形状记忆合金。在文献中，表明添加碳C、钴Co、铜Cu、氮N、铌Nb、碳化铌NbC、钒氮VN和碳化锆ZrC可以以不同的方式改善形状记忆的特征。在由Fe-Ni-Co-Ti制成的形状记忆合金(SMA)中具有尤其良好的性能，其耐受高达1000MPa的断裂应力，具有高耐腐蚀性，并具有约100℃-250℃的转变为奥氏体状态的较高温度。该合金中的预应力(恢复应力)通常为断裂载荷的40％-50％。
目前的加固系统详细考察形状记忆合金(SMA)的特性并且优选地详细考察那些基于与建筑钢相比更耐腐蚀的钢的形状记忆合金(SMA)的特性，因为这种形状记忆合金(SMA)比由，例如，镍钛(NiTi)制成的SMA显著地更便宜。以扁平钢的形式优选地使用钢基的形状记忆合金(SMA)。
从根本上说，根据这种方法，将由形状记忆合金制成的扁平钢(简称为SMA扁平钢)应用在结构或结构部件上并且通过其端部区域锚固至该结构或结构部件。可选地，如果需要，扁平钢设置有中间锚定件。出于安全原因，附加的胶合是合理的。因此，通过电流供应来实现SMA扁平钢的加热。由于加热，胶被软化，但这不成问题，因为粘合剂在冷却后再次硬化并且可以保证在最终状态下的安全性。这引起SMA扁平钢的收缩和相应的结构或结构部件上的预应力。预应力在SMA扁平钢的端部区域通过端部锚固件被引入结构或结构部件中。
在诸如露台或面板或管道的钢筋混凝土部件的预制中，新的SMA钢型材应用于其上并对其进行预应力处理，还提供了进一步的优势。由于这些预制混凝土部件的预应力处理，结构部件的横截面可能会减小。因为结构部件，由于内部预应力，没有裂纹，防止氯化物的渗透或碳化的增加。这意味着这些部件不仅重量轻，而且耐受性更强，因此更耐用。本发明还可以用于更好地保护结构免受火的影响，其中，首先有意地省略了通过热输入的SMA扁平钢的直接收缩。然而，在遇火灾，由于火的热量，安装的SMA扁平钢收缩。
因此，如遇火灾，由SMA扁平钢加固的混凝土建筑外壳会产生自动预应力，并且从而更好地耐火。可以说，如遇火灾，结构完全夹在一起，并且如果真会发生，结构倒塌会很晚。
其他应用领域：
-例如，由钢或铸铁制成的管道的连接。
-在木框架中进行防震或防风的情况下，在各个角落通过穿过钢连接件(通过打钉或拧紧)对角地固定张力元件。
-不同的固定方法：打钉或拧紧在木头上，拧紧或铆接在钢上，机械锚固在混凝土或砌体上。
本质上，如图1中示意性所示，本发明是关于一种通过，如这里所示的，以由这样的形状记忆合金制成的扁平钢1的形式的SMA-合金制成的张力元件产生预应力混凝土结构或结构部件4的方法，无论用于新的结构和结构部件2或用于加固由混凝土、石材或其他建筑材料制成的现有结构。为此，可以将由具有多形和多晶结构的形状记忆合金制成的至少一个扁平钢1(可以通过增加其温度使其从其马氏体状态到其永久奥氏体状态)应用至结构或结构部件2上或在结构或结构部件2处。在结构上的或在结构处的应用也可以在拐角周围发生，或者可以完全围绕或环绕部件。一个或多个端部锚固件4深入到结构或结构部件2中。如果扁平钢1包围结构或结构部件2一次或多次，扁平钢1的两个端部可以通过拉伸耦合彼此连接或者可以通过深入结构或结构部件2的一个或多个端部锚固件4单独地与结构或结构部件2连接，或者两个端部彼此交叉一次或多次用于夹紧。显然，也可以使用中间锚固件12。然后，由于通过加热装置的主动和受控的热输入，扁平钢1收缩并且在结构或结构部件2上产生永久张力和相应地永久预应力。如图1所示，设置电引线3，以便向扁平钢施加电压，从而引起流过该扁平钢的电流。由于拉杆的电阻，该扁平钢变热，并且因此转变为永久收缩的奥氏体状态。此外，在扁平钢和该结构或结构部件之间，可以引入，例如，基于环氧树脂或PU的用于附加胶合的合适的粘合剂18。在这种情况下，使用张力元件，在张力元件的至少朝向粘合剂的一侧设有粗糙表面，以用于改善粘结结合。可选地，在这种胶合的情况下，端部锚固件也可以仅用于产生预应力，并且可以提供安全储备，使得至结构或结构部件中的张力元件的断裂载荷的传递仅通过硬化的粘合剂发生。另一方面，在使用端部锚固件和附加胶合的情况下，由于空间限制或出于美学原因，可以在紧张元件收缩之后移除端部锚固件或可选的中间锚固件。端部锚固件可能可以以这样一种方式确定尺寸，由于通过附加的安全储备加热其仅必须承受张力元件的预应力。通过胶合获得的附加的复合材料提供了附加的安全性，因为在张力元件受损的情况下，大大降低爆炸式爆裂的危险。这对于个人保护很重要，特别是如平常在城市地区，当路人可能在该结构附近停驻时。
图2示出一种应用，其中，由扁平钢形成的张力元件1被引导围绕突出混凝土板坯2的两个拐角5。在扁平钢的两个角部区域中，其通过多个端部锚固件4固定地连接至混凝土板坯2。由于通过在张力元件1或扁平钢两端之间施加电压进行加热，该扁平钢永久地收缩，并在混凝土板坯的这一侧周围产生永久的预应力。
这种板坯更稳定，保持无裂纹。张力元件1或扁平钢可以具有端部锚固件和附加的中间锚固件，或者其张力也可以通过胶合被传递到结构，或者通过机械锚固件和粘合的组合发生力的传递。
图3示出一种应用，其中，张力元件1已经以SMA扁平钢的形式环绕在结构部件周围。由于在，例如柱，的圆柱形结构部件的一端的扁平钢，作为围绕结构部件的带已经被引导一次以上，并且然后，围绕圆柱形部件沿着螺旋线向上环绕，以及还在上端以重叠的方式在该部件周围多次环绕，几乎不需要强端部锚固件。扁平钢带的收缩导致两个端环10上的以及还沿着整个绕组的夹紧，由于收缩，产生部件的很强的结合，基本上使部件稳定，并且防止其形成裂纹。这种通过环绕的应用也可以用于加固混凝土管或类似物。
图4示出在诸如液体罐的直径为几米的大筒仓11上的应用，无论它是由混凝土或钢段制成。在这种情况下，在整个结构周围在彼此特定的距离处环绕多个张力元件1，其中,重叠的端部区域被动态地连接，并且然后通过热输入进行收缩，从而产生坚固耐用的预应力结合，这强有力地加固了结构。
图5示出木框架结构中的应用。具有竖直支撑件15和在其上支撑的横梁16的木结构是普遍存在的，其中，横梁16和支撑件15通过特殊钢连接器元件14彼此拧紧或钉住。如图所示,钢连接器元件14通过由SMA型材形成的相互交叉的张紧元件1彼此连接，其中，通过螺栓设置端部锚固件，螺栓穿过钢连接器元件和SMA型材。该穿过发生在于SMA型材以及钢连接器元件被预先钻孔并且随后引入钉子或螺钉穿过两个元件至木头中。然后，输入热量并且SMA型材收缩并对该木结构进行应力处理，从而实现事先未知的稳定性。
可以根据不同的实施例设置扁平钢的端部锚固件。图6至图9示出相关示例。图6示出一种变型，其中，扁平钢的端部区域6具有在其表面区域中的边齿。两个扁平钢1可以重叠，使得它们的边齿彼此接合，从而形成爪和完整的复合材料。该复合材料可以通过带环绕或通过螺钉紧固，由此只要它受到牵引就不能被释放。代替两个扁平钢的连接，当由于结构部件的环绕而使单个扁平钢的两个相同的端部区域重叠时，也可以使用该连接。图7示出一个示例，其中，这样的连接使得具有共面的上侧和下侧的两个扁平钢延伸，从而产生平齐的过渡。在这种情况下，在扁平钢的端部区域6中，形成螺旋齿轮，其也可以通过螺纹连接或环绕带紧固。图8示出连接，其中，彼此连接的扁平钢的端部由开口罩形成，其中，在所示的示例中，来自左侧的扁平钢具有三个这样的钩13，每个具有位于钩13之间的空腔。在形成的两个空腔中，两个相同的钩13接合，在所示的示例中，它们被设置在来自右侧的扁平钢的端部，扁平刚的端部向上而不是向下弯曲。在两个扁平钢的钩13相互插入之后，螺栓17被横向地推向钩13内部，然后该螺栓与钩13的内部空间交叉。这样，钩通过压入配合相互连接。图9示出另一种连接，其中，扁平钢的端部区域6形成为两个同样厚的倒钩中，倒钩彼此以形状配合的方式接合，其中，连接也可以如图所示通过螺纹连接，如图所示，通过连接两个点，紧固，例如，其中，相应的螺钉8或螺栓穿过两个扁平钢，并通过锁紧螺母9将它们最终彼此锁定。当是螺栓时，应理解到预应力比张力元件的断裂载荷小得多，因此沿着张力元件需要比当是锚固件时更小的横截面。
因此，扁平钢的端部区域的连接通常可以实现，因为在端部区域6的重叠侧上，该端部区域6以形状配合的方式通过爪彼此接合。然而，它们也可以在重叠部分，仅通过具有拉力配合的一个或多个螺钉8彼此简单地机械连接，其中，贯穿螺钉8由锁紧螺母9拧紧。锚固的另外一种可能性在于，由形状记忆合金制成的至少一个扁平钢1由如带环绕在结构部件7周围，使得带重叠在区域上方，其中，随后地，在带的端部区域上的电接触件之间施加电压，使得扁平钢1由于其电阻而被加热，并从其马氏体状态转变到其永久奥氏体状态。因此，实现了结构部件7的永久结合。
设置有这种SMA扁平钢的结构或结构部件总是具有由形状记忆合金制成的扁钢形式的至少一个张力元件1，该至少一个张力元件沿结构或结构元件的外部延伸，并且其通过端部锚固件4连接该结构或结构部件。作为一个替代方案，如图3或图4所示的结构或结构部件7可以被一个或多个扁平钢1完全包围或环绕，其中，扁平钢1的两个端部区域均通过拉力配合连接，并且一个或多个扁平钢1通过热输入被永久地预应力处理。绕组也可以形成重叠区域，使得扁平钢1在热输入和收缩之后，引起结构部件7和重叠区域10的永久结合，产生足以获得结合的粘合摩擦力。
事实上，在热输入的情况下，合金永久地收缩回至其原始状态。如果SMA扁平钢被加热到奥氏体状态的温度，即使在载荷下，SMA扁平钢达到其原始形态并且保持。通过这些形状记忆合金(SMA)实现的效果是在结构或安装的结构部件上的预应力，其中，该预应力沿着由形状记忆合金制成的轮廓的整个长度均匀或线性地延伸。
对于随后的加固，在任何方向上，但是主要在张力方向上，在混凝土结构上应用SMA扁平钢，并且一端锚固在该混凝土结构上。然后，通过电加热SMA扁平钢，这导致这些SMA扁平钢的收缩。该收缩导致预应力，并且力穿过端部锚固件被直接地传递至混凝土结构或部件中，或者在环绕的情况下甚至被传递至钢型材的整个长度上。
在如露台板坯或面板或管道的钢筋混凝土部件的预制情况中，新的SMA扁平钢应用于其上并对其进行预应力处理，还提供了进一步的优势。由于这些预制混凝土结构部件的预应力，部件的横截面可以被减小。由于结构部件没有裂纹，由于预应力，提供了对氯化物的渗透或碳化的更高的防护。这意味着这些结构部件不仅重量轻而且耐受性更强并且相应地更耐用。
SMA扁平钢1的加热通过安装电阻加热而有利地通电进行，因为，如图1所示，对应用的加热电缆3施加电压，使得SMA扁平钢或SMA扁平钢带1像电导体一样变热。由于在长SMA扁平钢或带的情况下，通过电阻加热的加热需要太多时间，并且太多的热量将被引入到混凝土中，因此沿着SMA扁平钢或带的长度安装多个电连接器。然后，可以逐步加热SMA扁平钢，因为在两个相应的相邻加热电缆上施加电压，并且然后在两个连续的相邻电缆等上施加电压，直到整个SMA扁平钢已经进入奥氏体状态。为此，短时间内需要较高电压和电流，这不能在220V/110V的正常电源或建筑工地的500V的正常电压源下提供。相反地，通过在现场设置移动能量单元提供电压，其通过具有足够厚的电流电缆的多个串联锂电池产生电压，使得可以向SMA扁平钢提供具有高电流强度的电流。加热应该只是短暂的，在连续供电的2秒至5秒内，在SMA扁平钢2中实现约100℃至250℃的所需温度，产生所需的收缩力。因此，避免了邻接混凝土的损坏。为此，必须满足两个条件，即，首先需要约10-20A/mm2的横截面积的电流，其次，扁平钢长度的每1m约10V-20V，以便在几秒钟内达到扁平钢的奥氏体状态。电池必须串联。必须相应地选择电池的数量、尺寸、和类型，从而可以获得所需的电流(安培)和电压(伏)，并且能量消耗必须由控制器控制，使得通过按钮，能量消耗适应特定的扁平钢长度和厚度，电压保持施加在扁平钢上持续正确的持续时间，在此期间所需的电流流动。在长度为几米的长扁平钢的情况中，可以逐步应用加热，因为在一定间隔内提供电连接器，其中，可以施加电压。以这种方式，可以沿着扁平钢的整个长度逐段输入所需的热量，以便将钢的整个长度最终转变成奥氏体状态。
附图标记
1 张力元件，扁平钢
2 结构，结构部件
3 电连接器
4 端部锚固件
5 拐角
6 张力元件或扁平钢的端部区域
7 结构部件，悬臂梁
8 螺钉
9 螺钉的锁紧螺母
10 环，重叠区域
11 筒仓
12 中间锚固件
13 在扁平刚的端部处的钩
14 钢连接元件
14 支撑件
16 横梁
17 钩13的螺栓
18 粘合剂。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种通过由形状记忆合金构成的张力元件(1)产生由混凝土或其他材料制成的预应力结构或结构部件(2)的方法，无论是新结构和结构部件还是用于加固现有结构和结构部件，其特征在于，可以应用具有多态和多晶结构的形状记忆合金的至少一个张力元件(1)，而不应用另外的混凝土或砂浆层，在所述结构或结构部件(2)上自由地延伸，或者所述至少一个张力元件(1)在自由延伸的状态中被放置在所述结构或结构部件上，其中，可以通过提高其温度使所述至少一个张力元件(1)从其马氏体状态转变至其永久奥氏体状态，或者所述张力元件(1)被引导至少围绕拐角(5)，其中，一个或多个端部锚固件(4)穿入所述结构或结构部件(2)或所述张力元件(1)以带的形式环绕所述结构或结构部件(2)一次或多次，其中，在这种情况下，所述张力元件(1)的两个端部或者通过拉伸连接彼此连接或者通过分别穿入所述结构或结构部件的一个或多个端部锚固件(4)或中间锚固件(12)分别连接至所述结构，或者所述张力元件(1)以夹紧的方式重叠或自身交叉一次或多次，并且在于由于通过加热装置的随后主动和受控的热输入，所述张力元件(1)收缩并产生永久张力并相应地所述张力元件(1)直接地，即自由地延伸并且没有包封所述张力元件(1)的层干预，产生永久的预应力以及达到在所述结构或结构部件(2)上的所述张力元件(1)的断裂载荷的残余张力。
2.根据权利要求1所述的用于通过由形状记忆合金制成的张力元件(1)产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，所述张力元件(1)以扁平钢带的形式使用，并且在于在通过所述带状张力元件的重叠或交叉产生锚固件期间，使用附加的螺栓，所述螺栓横穿所述张力元件。
3.根据权利要求1所述的用于通过由形状记忆合金制成的张力元件(1)产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，对所述结构的壁或所述结构部件(2)的外侧应用具有由形状记忆合金制成的任何横截面轮廓的所述至少一个直张力元件(1)，并且所述至少一个直张力元件的端部区域通过一个或多个端部锚固件(4)固定连接到所述结构或结构部件(2)，在于所述端部锚固件(4)穿入所述结构或结构部分(2)，并且随后通过电接触件(3)对所述张力元件(1)的端部区域施加电压U，使得由于所述张力元件(1)的电阻，所述张力元件(1)被加热并从其马氏体状态转变到其永久奥氏体状态，使得所述张力元件(1)施加永久张力以及达到在所述结构或结构部件(2)上的所述张力元件(1)的断裂载荷的残余张力，并且所述张力在所述端部锚固件(4)处被引入至所述结构或结构部件(2)中。
4.根据权利要求1所述的用于通过由形状记忆合金制成的拉杆产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，通过一次或多次弯曲(5)，对在所述结构的外侧或所述结构部件(2)的外侧应用由形状记忆合金制成的如扁平钢或具有另一横截面几何形状的至少一个张力元件(1)，并且所述至少一个张力元件的两个端部区域(6)通过一个或多个端部锚固件(4)或附加的中间锚固件(12)与所述结构或结构部件(2)固定连接，在于所述端部锚固件(4)穿入所述结构或结构部分(2)，并且随后通过电接触件对扁平钢的所述端部区域(6)施加电压，使得由于所述扁平钢(1)的电阻，所述扁平钢(1)被加热并从其马氏体状态转变到其永久奥氏体状态，使得所述扁平钢(1)在所述结构或结构部件(2)的结合部分周围施加永久张力以及达到所述张力元件(1)的断裂载荷的残余张力，并且所述张力在所述端部锚固件(4)处被传递至所述结构或结构部件(2)。
5.根据权利要求1所述的用于通过由形状记忆合金制成的张力元件产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，在结构部件(7)周围环绕由以铁为基础的形状记忆合金制成的以扁平钢形式或具有不同横截面几何形状的型材形式的至少一个张力元件(1)，使得所述张力元件(1)的两个端部重叠并通过张力配合彼此机械连接，随后通过电接触件，对所述张力元件(1)的端部区域施加电压，使得由于所述张力元件(1)的电阻，所述张力元件(1)被加热，并且从其马氏体状态转变为永久奥氏体状态，从而所述张力元件(1)导致所述结构部件(7)的永久结合。
6.根据权利要求5所述的用于通过由形状记忆合金制成的拉杆产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，所述张力元件(1)是由形状记忆合金制成的扁平钢，并且所述张力元件(1)的两个端部通过张力配合彼此机械连接，在于它们在端部区域(6)的重叠侧上通过形状配合彼此接合并且彼此抓合。
7.根据权利要求5所述的用于通过由形状记忆合金制成的拉杆产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，所述张力元件(1)是由形状记忆合金制成的扁平钢，并且所述张力元件(1)的两个端部通过张力配合彼此机械连接，在于它们通过贯穿所述重叠部分的至少一个螺钉(8)，或者在抓的情况下，通过具有横穿所述重叠部分的螺栓(17)的端钩(13)彼此连接。
8.根据权利要求1所述的用于通过由形状记忆合金制成的拉杆产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，由以铁为基础的形状记忆合金制成的扁平钢形式的至少一个张力元件(1)在结构部件(7)周围以带的形式环绕，使得所述至少一个张力元件(1)在区域上方重叠，并且然后，通过电接触件，对所述扁平钢带的端部区域施加电压，使得由于所述扁平钢带的电阻，所述扁平钢带被加热，并且从其马氏体状态转变为永久奥氏体状态，从而所述带导致所述结构部件(7)的永久结合并且所述重叠区域产生用于获得所述结合的粘合摩擦力。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，根据其支撑基座，通过一个或多个以下附接装置进行所述结构或结构部件的锚固：定位销、膨胀定位销、钉子、锚固件、粘合锚固件、混凝土填充的锚固件、或铆接或螺纹连接。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，除了所述张力元件(1)在所述结构或结构部件上的端部锚固之外，通过以环氧树脂或PU为基础的粘合剂(18)进行所述张力元件(1)与所述结构或结构部件的支撑基座的胶合，其中，使用至少在其一侧具有用于改善粘结结合的粗糙表面张力元件。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述张紧元件(1)的所述端部锚固件仅配置为用于预应力，包括安全储备，使得由于通过粘合剂(18)的硬化胶合，仅发生所述张力元件(1)的所述断裂载荷至所述结构或结构部件的传递。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在胶合的粘合剂(18)的硬化之后，去除所述张紧元件(1)的所述端部锚固。
13.一种根据权利要求1至12所述的方法产生的结构或结构部件，其特征在于，所述结构或结构部件具有由形状记忆合金制成的至少一个张力元件(1)，所述张力元件沿着所述结构或结构部件的外侧延伸，或以自由延伸的方式被应用在所述结构或结构部件上并且通过端部锚固件(4)或者附加地通过粘合剂(18)的胶合与所述结构或结构部件连接，或者所述结构或结构部件(2)被带状形式的所述张力元件(1)完全地环绕，其中，所述张力元件(1)的两个端部区域通过端部锚固或者通过张力配合连接，并且所述张力元件(1)通过热输入被永久地预应力处理。
14.根据权利要求13所述的结构或结构部件，其特征在于，所述结构或结构部件具有由形状记忆合金制成的扁平钢形式的至少一个张力元件(1)，所述至少一个张力元件沿着所述结构或结构部件(2)的外侧在一个或多个弯曲(5)上方延伸并且至少通过端部锚固件(4)或者附加地通过中间锚固件(12)与所述结构或结构部件连接。
15.根据权利要求13所述的结构或结构部件，其特征在于，所述结构或结构部件具有由形状记忆合金制成的扁平钢形式的至少一个张力元件(1)，如带的所述至少一个张力元件(1)多次环绕所述结构部件(7)，并且形成重叠区域，使得在热输入之后，所述至少一个张力元件(1)导致所述结构部件(7)的永久结合并且所述重叠区域(10)产生足以获得结合的粘合摩擦力。

Claims (15)

1.一种通过由形状记忆合金构成的张力元件(1)产生由混凝土或其他材料制成的预应力结构或结构部件(2)的方法，无论是新结构和结构部件还是用于加固现有结构和结构部件，其特征在于，可以对所述结构或结构部件(2)应用具有多态和多晶结构的形状记忆合金的至少一个张力元件(1)，或者所述至少一个张力元件(1)在自由延伸的状态中被放置在所述结构或结构部件上，其中，可以通过提高其温度使所述至少一个张力元件(1)从其马氏体状态转变至其永久奥氏体状态，或者所述张力元件(1)被引导至少围绕拐角(5)，其中，一个或多个端部锚固件(4)穿入所述结构或结构部件(2)或所述张力元件(1)以带的形式环绕所述结构或结构部件(2)一次或多次，其中，在这种情况下，所述张力元件(1)的两个端部或者通过拉伸连接彼此连接或者通过分别穿入所述结构或结构部件的一个或多个端部锚固件(4)或中间锚固件(12)分别连接至所述结构，或者所述张力元件(1)以夹紧的方式重叠或自身交叉一次或多次，并且在于由于通过加热装置的随后主动和受控的热输入，所述张力元件(1)收缩并产生永久张力并相应地产生永久的预应力以及达到在所述结构或结构部件(2)上的所述张力元件(1)的断裂载荷的残余张力。
2.根据权利要求1所述的用于通过由形状记忆合金制成的张力元件(1)产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，所述张力元件(1)以扁平钢带的形式使用，并且在于在通过所述带状张力元件的重叠或交叉产生锚固件期间，使用附加的螺栓，所述螺栓横穿所述张力元件。
3.根据权利要求1所述的用于通过由形状记忆合金制成的张力元件(1)产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，对所述结构的壁或所述结构部件(2)的外侧应用具有由形状记忆合金制成的任何横截面轮廓的所述至少一个直张力元件(1)，并且所述至少一个直张力元件的端部区域通过一个或多个端部锚固件(4)固定连接到所述结构或结构部件(2)，在于所述端部锚固件(4)穿入所述结构或结构部分(2)，并且随后通过电接触件(3)对所述张力元件(1)的端部区域施加电压U，使得由于所述张力元件(1)的电阻，所述张力元件(1)被加热并从其马氏体状态转变到其永久奥氏体状态，使得所述张力元件(1)施加永久张力以及达到在所述结构或结构部件(2)上的所述张力元件(1)的断裂载荷的残余张力，并且所述张力在所述端部锚固件(4)处被引入至所述结构或结构部件(2)中。
4.根据权利要求1所述的用于通过由形状记忆合金制成的拉杆产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，通过一次或多次弯曲(5)，对在所述结构的外侧或所述结构部件(2)的外侧应用由形状记忆合金制成的如扁平钢或具有另一横截面几何形状的至少一个张力元件(1)，并且所述至少一个张力元件的两个端部区域(6)通过一个或多个端部锚固件(4)或附加的中间锚固件(12)与所述结构或结构部件(2)固定连接，在于所述端部锚固件(4)穿入所述结构或结构部分(2)，并且随后通过电接触件对扁平钢的所述端部区域(6)施加电压，使得由于所述扁平钢(1)的电阻，所述扁平钢(1)被加热并从其马氏体状态转变到其永久奥氏体状态，使得所述扁平钢(1)在所述结构或结构部件(2)的结合部分周围施加永久张力以及达到所述张力元件(1)的断裂载荷的残余张力，并且所述张力在所述端部锚固件(4)处被传递至所述结构或结构部件(2)。
5.根据权利要求1所述的用于通过由形状记忆合金制成的张力元件产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，在结构部件(7)周围环绕由以铁为基础的形状记忆合金制成的以扁平钢形式或具有不同横截面几何形状的型材形式的至少一个张力元件(1)，使得所述张力元件(1)的两个端部重叠并通过张力配合彼此机械连接，随后通过电接触件，对所述张力元件(1)的端部区域施加电压，使得由于所述张力元件(1)的电阻，所述张力元件(1)被加热，并且从其马氏体状态转变为永久奥氏体状态，从而所述张力元件(1)导致所述结构部件(7)的永久结合。
6.根据权利要求5所述的用于通过由形状记忆合金制成的拉杆产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，所述张力元件(1)是由形状记忆合金制成的扁平钢，并且所述张力元件(1)的两个端部通过张力配合彼此机械连接，在于它们在端部区域(6)的重叠侧上通过形状配合彼此接合并且彼此抓合。
7.根据权利要求5所述的用于通过由形状记忆合金制成的拉杆产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，所述张力元件(1)是由形状记忆合金制成的扁平钢，并且所述张力元件(1)的两个端部通过张力配合彼此机械连接，在于它们通过贯穿所述重叠部分的至少一个螺钉(8)，或者在抓的情况下，通过具有横穿所述重叠部分的螺栓(17)的端钩(13)彼此连接。
8.根据权利要求1所述的用于通过由形状记忆合金制成的拉杆产生预应力结构或结构部件的方法，其特征在于，由以铁为基础的形状记忆合金制成的扁平钢形式的至少一个张力元件(1)在结构部件(7)周围以带的形式环绕，使得所述至少一个张力元件(1)在区域上方重叠，并且然后，通过电接触件，对所述扁平钢带的端部区域施加电压，使得由于所述扁平钢带的电阻，所述扁平钢带被加热，并且从其马氏体状态转变为永久奥氏体状态，从而所述带导致所述结构部件(7)的永久结合并且所述重叠区域产生用于获得所述结合的粘合摩擦力。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，根据其支撑基座，通过一个或多个以下附接装置进行所述结构或结构部件的锚固：定位销、膨胀定位销、钉子、锚固件、粘合锚固件、混凝土填充的锚固件、或铆接或螺纹连接。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，除了所述张力元件(1)在所述结构或结构部件上的端部锚固之外，通过以环氧树脂或PU为基础的粘合剂(18)进行所述张力元件(1)与所述结构或结构部件的支撑基座的胶合，其中，使用至少在其一侧具有用于改善粘结结合的粗糙表面张力元件。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所述张紧元件(1)的所述端部锚固件仅配置为用于预应力，包括安全储备，使得由于通过粘合剂(18)的硬化胶合，仅发生所述张力元件(1)的所述断裂载荷至所述结构或结构部件的传递。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在胶合的粘合剂(18)的硬化之后，去除所述张紧元件(1)的所述端部锚固。
13.一种根据权利要求1至12所述的方法产生的结构或结构部件，其特征在于，所述结构或结构部件具有由形状记忆合金制成的至少一个张力元件(1)，所述张力元件沿着所述结构或结构部件的外侧延伸，或以自由延伸的方式被应用在所述结构或结构部件上并且通过端部锚固件(4)或者附加地通过粘合剂(18)的胶合与所述结构或结构部件连接，或者所述结构或结构部件(2)被带状形式的所述张力元件(1)完全地环绕，其中，所述张力元件(1)的两个端部区域通过端部锚固或者通过张力配合连接，并且所述张力元件(1)通过热输入被永久地预应力处理。
14.根据权利要求13所述的结构或结构部件，其特征在于，所述结构或结构部件具有由形状记忆合金制成的扁平钢形式的至少一个张力元件(1)，所述至少一个张力元件沿着所述结构或结构部件(2)的外侧在一个或多个弯曲(5)上方延伸并且至少通过端部锚固件(4)或者附加地通过中间锚固件(12)与所述结构或结构部件连接。
15.根据权利要求13所述的结构或结构部件，其特征在于，所述结构或结构部件具有由形状记忆合金制成的扁平钢形式的至少一个张力元件(1)，如带的所述至少一个张力元件(1)多次环绕所述结构部件(7)，并且形成重叠区域，使得在热输入之后，所述至少一个张力元件(1)导致所述结构部件(7)的永久结合并且所述重叠区域(10)产生足以获得结合的粘合摩擦力。
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