Генрих Альтов - Как научиться изобретать

Предварительно напряженные железобетонные конструкции легки, экономичны, долговечны. Но, чтобы создать предварительное напряжение, арматуру. надо растянуть. Для этого используют гидравлические домкраты. К сожалению, домкраты эти отнюдь не похожи на те простые и портативные механизмы, которыми поль зуются шоферы. Гидравлический домкрат — сложное и громоздкое сооружение. Рабочее давление в гидродомкратах достигает 300, а в отдельных случаях и 500 атмосфер.

Изобретатели не раз предлагали различные механические натяжные устройства. Однако такие устройства обладают очень невысокой производительностью.

В последние годы начали применять новый способ натяжения — электротермический. Идея его проста. Арматуру нагревают до 300". От нагревания металл расширяется. В таком состоянии арматуру укладывают в форму и закрепляют захватами. После бетонирования захваты открывают, и арматура, охлаждаясь, укорачивается, напрягая бетон.

Остроумно? Да, остроумно, однако с первых же дней применения нового способа обнаружилось некое «но». Чтобы натянуть арматуру из низкопрочной стали, достаточно температуры в 300°. Но в предварительно напряженных конструкциях выгодно применять арматуру из высокопрочной проволоки. Для натяжения эту проволоку потребовалось бы нагреть до 600°, а при такой температуре изменяется микроструктура стали и механические качества проволоки катастрофически падают.

Задача, на первый взгляд, неразрешимая: один и тот же стержень нужно нагревать до 60(Г и в то же время нельзя нагревать до этой температуры...

Ход решения

Логические

операции

Ход размышлений при решении задачи

Аналитическая стадия 'Первый шаг

Поставить зада- Предложить способ электротермического на-чу в общем ьиде. тяжения высокопрочной проволоки.

Второй шаг

Представить себе идеальный конечный результат.

Обеспечивается требуемое натяжение — и проволока не теряет своих механических качеств.

Третий шаг

Что этому мешает?

Почему мешает?

При каких условиях этого не произойдет?

Изменения в самом объекте.

Разделение объекта.

Проволоку нельзя нагревать свыше 300°. А нужно 600°.

Четвертый шаг

Высокопрочная холоднонатянутая проволока меняет структуру при высоких температурах.

Пятый шаг

Если проволоку не нагревать. Или если она «научится» переносить высокую температуру.

Первый шаг

Изменения в проволоке? Теоретически можно' использовать жаропрочную сталь. Но практически это исключено: слишком высока будет сюимость железобетона.

Второй шаг

Разделение? Что ж, это типовой прием для решения таких задач. Ведь с аналогичным противоречием столкнулся еще Уатт: стенки цилиндра надо было держать одновременно нагретыми и охлажденными. Уатт разделил цилиндр на два отдельных сосуда. Так надо поступить и здесь.

Пусть проволока остается холодной. А какая-то другая проволока, выполненная из жаропрочного металла, будет использоваться для натяжения. Эта тяговая проволока не расходуется, и потому н-е страшно, что она из дорогого металла.

Итак, идея: тяговая проволока нагревается, сцепляется с арматурой, затем начинает осты-ва)ь; при остывании тяговая проволока укорачивается и натягивает арматуру. Получается... электротермический домкрат.

Синтетическая стадия

Первый шаг

Придание новой Большое число тяговых проволок можно за-формы. менить одним тяговым стержнем, который сра

зу натянет всю арматуру изделия.

Второй шаг

Изменения других частях.

Изменения в методе использования.

Применимость найденного принципа к решению других задач.

.«Другая часть» — относительно натягиваемой арматуры — это все тот же тяговый стержень. Раньше нагревалась арматура, теперь нагревается один и тот же тяговый стержень. Целесообразно поместить его в кожух. При нагревании это сократит теплопотери. Кроме того, можно будет организовать принудительную вентиляцию для ускорения охлаждени!!.

Третий шаг

Раньше приходилось перемещать нагретую арматуру (со специального стола, где проводилось нагревание, на форму, в которую затем подавался бетон). Теперь тяговый стержень постоянно находится на одном месте. Значит, весь процесс упрощается и может быть автоматизирован.

Четвертый шаг

Сам по себе принцип разделения системы широко известен. Интересно другое: удалось обеспечить натяжение непосредственно электрическим током, не нагревая арматуру. Но почему бы не проверить тогда другую возможность— электромагнитное натяжение арматуры?..