建筑业中用于加强构件的紧固元件和用于将压应力引入构件中的方法与流程

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的、在建筑业中用于加强构件的紧固元件，以及一种具有权利要求9的前序部分的特征的、用于将压应力引入构件中的方法。

背景技术：

国际专利申请wo96/12588a1描述了一种用于翻新弯曲梁的方法，其中，使用由伪弹性拉伸的成型记忆合金制成的板，所述板粘合到弯曲梁的下侧上或者由于弯曲梁的弯曲负荷而凸状弯曲的侧上，并且，在黏合剂固化之后被加热到或者加热超过成型记忆合金的转化温度。在板尚未布置在构件上的预装配状态下，黏合剂仍与板分离。为了装配，黏合剂才被施加到弯曲梁上并且使板与弯曲梁粘合。通过成型记忆合金的相变，粘在弯曲梁处的板收缩并且由此减小了弯曲梁的曲度。可能存在于弯曲梁的、凸状弯曲的侧上的裂纹在此变窄或者闭合。

技术实现要素：

本发明的任务是，提出一种基于成型记忆合金、用于例如由混凝土制成的构件的紧固元件和一种利用该紧固元件将压应力引入构件中的方法。紧固元件能够例如在翻新时用于加强构件。通过紧固元件能够抵消例如构件的弯曲，或者，使构件弯曲或者扭曲（即扭转），或者，以预应力混凝土的方式以压应力来预先上紧所述构件。

所述任务根据本发明地通过具有权利要求1的特征的紧固元件并且通过根据权利要求9的方法得到解决。

根据本发明的、具有权利要求1的特征的紧固元件具有基体，所述基体由伪塑性拉伸的成型记忆合制成。

成型记忆合金是金属合金，所述金属合金通过其结晶结构在马氏体和奥氏体之间的相变而改变其形状。在达到或者超过转化温度时进行相变和形状变化。成型记忆合金必须事先伪塑性地变形，这典型地、然而并非强制地通过机械变形实现，所述机械变形随后通过加热到或者加热超过转化温度而能够完全或者部分地恢复。成型记忆合金能够通过将一定的材料特定的热量引入成型记忆合金中而被加热，使得它收缩。热量能够尤其是通过加热元件、红外辐射器或者通过流过成型记忆合金的电流、通过欧姆电阻而被引入，所述欧姆电阻在成型记忆合金的内部导致发热。感应加热也是可能的。从用于相应的合金的、典型的温度极限起，成型记忆合金此后追求呈现其原始的未拉伸的形状——它发生收缩（记忆效应）。尤其地，提出了由niti、niticu、cuzn、cuznai、cuaini、fenial、femnsi或者znaucu构成的成型记忆合金。材料成分是示例性的而非穷举的。具有双向效应的成型记忆合金也是已知的，所述成型记忆合金在高温下改变形状并且在在低温下完全或者部分地恢复。在这里，“伪塑性变形的成型记忆合金”应当被理解为一种金属合金或者其他合金，所述金属合金或者其他合金改变其形状，如果它被加热到或者加热超过转化温度，而与这是否由于其结晶结构的变化或者以其他方式而发生无关，并且也与成型记忆合金是否事先发生变形、被加热或者被冷却或者以其他方式被处理无关。

就本发明而言，伪塑性变形是拉伸，成型记忆合金被伪塑性拉伸。通过“伪塑性拉伸”表明，由成型记忆合金构成的基体收缩和/或施加拉伸力，如果它被防止收缩，当它被加热到或者加热超过在这里被称为“转化温度”的温度。拉伸基体是不必要的，然而必要的是：它收缩或者施加拉伸力，如果它被加热到或者加热超过称为“转化温度”的温度。

为了加强构件，紧固元件布置在构件处，并且，至少紧固元件的基体被加热到或者加热超过成型记忆合金的转化温度。待加强的构件能够例如是板状的或者棒状的和/或由混凝土或者配筋的混凝土构成。例如，构件是桥梁，所述桥梁由于承受负荷而高于根据计划所设置地压弯并且在其下侧由此出现了裂纹。

根据本发明，在预装配状态下，在基体处布置有能够固化的黏合剂以用于连接基体和构件，在所述预装配状态下紧固元件尚未布置在构件处，而是例如在运输到施工现场后才被提供。

基体例如是由成型记忆合金制成的板或者板材，在所述板或者板材上在一侧或者两侧上面状或者点状地布置有由能够热固化的黏合剂制成的层，以用于连接基体和构件。在这里，“黏合剂”指下述材料，所述材料能够使自身以及成型记忆合金以黏合剂的方式（即通过材料锁合）与构件连接。“黏合剂在预装配状态下已经布置在基体处”意味着：在基体布置在构件上之前，黏合剂已经布置在基体处。尤其地，黏合剂在预装配状态下没有活化。“活化”在这里意味着，黏合剂处于一种状态，在所述状态下它能够使基体与另一个物体（例如构件）粘合。例如，以热熔胶形式的黏合剂在活化的状态下是液态的或者粘滞的，而在冷却之后的黏合剂是固态的。然而，在固态状态下，黏合剂对于粘合来说不再是活性的，然而为此必须通过加热来活化。由于黏合剂在预装配状态下没有活化，所以可以简单地处理和运输根据本发明的紧固元件。

黏合剂尤其是能够热活化和/或能够热固化的，也就是说，借助于黏合剂来粘合构件通过将热能引入紧固元件中来实现。黏合剂被称作作为“能够热活化和/或能够热固化的”，因为它在室温不活化、而是在至少50°c并且优选80°c并且优选至少100°c的固化温度下才活化（即尤其是粘滞的并且能够变形），使得它能够连接两个物体或者通过化学过程而开始固化，所述化学过程由升高的温度触发。黏合剂为了固化必须首先被加热到较高的温度，并且，在该温度下或者在更高的温度下和/或在随后冷却到例如约20°c的环境温度时才发生固化。

对黏合剂的另一个要求是，它至少在达到成型记忆合金的转化温度之前是稳定的，所述转化温度能够高于活化或者固化所需的温度。这意味着，黏合剂例如没有分解，当它被加热到成型记忆合金的转化温度时，而是黏合剂活化或者固化，以便使基体以黏合剂的方式与构件连接，当它被加热到转化温度并且也有可能被加热到更高的温度时。

成型记忆合金的转化温度例如超过120°c、150°c或者更高的温度，并且，尤其是约200°c。

优选地，黏合剂在固化之前和之后在室温下是固态的（这指其聚集态），和/或，没有或者仅略有粘性。

例如，作为黏合剂使用环氧树脂或者合成树脂，所述环氧树脂或者合成树脂在短时加热到90°c至110°c的温度时以热塑性塑料的方式表现为可逆的，而它在加热到更高的、大于110°c的温度时以热固性塑料的方式不可逆地、形状稳定地交联。

黏合剂在预装配状态下优选布置在基体的至少一侧上。优选地，基体在预装配状态下至少在有些地方以黏合剂涂覆，黏合剂因而直接贴靠在基体上。黏合剂能够面状地布置、尤其是布置在至少一侧的大部分上，或者，仅点状地布置或者布置在有些地方、也在多个位置处，所述位置能够彼此连接或者彼此间隔开。尤其地，黏合剂尤其是完全地、即从所有侧面包裹基体，使得黏合剂基本上平面地包围基体，使得例如外部的湿气不能够或者仅能够在局部受限的裂口或者钻孔处到达基体，裂口或者钻孔例如能够设置用于可选的紧固元件（例如用于端部紧固的锚）。在这种情况下，黏合剂形成涂层。尤其地，涂层能够附加地用作基体的腐蚀保护。

就根据本发明的紧固元件的优选实施方式而言，基体的涂覆（即用于预装配状态的黏合剂的施加）通过将黏合剂加热到低于基体的成型记忆合金的转化温度的温度来实现。通过加热，黏合剂变软、变成粘滞的或者液态的，使得在基体处的黏合剂能够持久地布置成涂层并且能够形成所希望的形状。为此所需的温度在下文中也称为“变形温度”。用于涂层的加热尤其是在高达70°c至110°c的变形温度下进行。尤其地，黏合剂是热塑性材料，所述热塑性材料例如在80°c至90°c的变形温度下能够变形成热塑性塑料，并且，在冷却之后也保持其热塑性结构。

此外，优选的是，黏合剂在成型记忆合金的转化温度的范围中固化、即具有固化温度，所述固化温度在转化温度的范围中或者低于转化温度的范围。固化尤其是不可逆地进行。例如，黏合剂能够在低于固化温度的情况下表现为热塑性的，在达到较高的固化温度（即，涂覆所需的温度）之后通过交联而固化，从而产生一种热固性塑料。

黏合剂能够被单独或者直接施加到基体上。就根据本发明的紧固元件的、另外的优选实施方式而言，紧固元件构造为复合材料、尤其是层压材料。作为“复合材料”在这里指的是一种材料，所述材料由两种或者多种彼此复合的材料构成。如果材料逐层地分层，则它们形成层压材料。例如，根据本发明的紧固元件具有由成型记忆合金制成的板或者由成型记忆合金制成的板材，在所述板或者所述板材上在一侧或者两侧上布置有由黏合剂构成的层。因此，基体和黏合剂形成层压材料。黏合剂与载体材料在板或者板材上组合为基体也是可能的。例如纤维材料用作载体材料。纤维材料能够具有单向的、双向的或者以其他方式规则布置或者无序的纤维、织物、针织物、编织物、无纺布、毛毡或者其他面状的纺织结构

本发明的一个方案具有带有黏合剂的预浸料。“预浸料”是预制的、通常是板状的元件，所述元件带有能够固化的合成树脂、尤其是环氧树脂，纤维作为单纤维或者以面状纺织结构的形式嵌入在所述元件中，所述纤维例如由玻璃、石材、碳、塑料构成。例如，预浸料布置在基体的一侧上，或者，在基体的每侧上都布置有预浸料。单纤维或者由纤维构成的面状纺织结构也能够布置在一个预浸料上或者两个预浸料之间，所述纤维由成型记忆合金构成。

紧固元件的基体优选实施成棒状的（例如圆棒）或者面状的（例如板材条）。

根据本发明的、具有权利要求9的特征的方法设置用于，将压应力引入构件中。构件例如由混凝土制成、也由配筋的混凝土制成，和/或，是板状的或者棒状的。该方法能够用于翻新或者从一开始就在新状态下使用。

根据本发明，在前述实施例中的任一个中的紧固元件与构件连接，更确切地说首先没有借助于紧固元件的黏合剂。为了连接，紧固元件的基体能够与结构元件粘合和/或以机械的方式例如利用锚栓或者通过夹紧而紧固在构件处。其他紧固方式也是可能的。连接在彼此间隔开的紧固点或者紧固面处进行，或者，也全面地在基体的整个面上进行。尤其地，紧固元件在其端部处并且如有必要也附加地在其端部之间与构件连接。尤其地，穿入构件中的锚栓布置成端部紧固件、即布置在基体的端部处。紧固点或者紧固面在紧固元件的成型记忆合金的伪塑性伸长方向上（即在基体已经伪弹性拉伸的方向上）彼此间隔开，使得通过将成型记忆合金加热到或者加热超过转化温度，成型记忆合金在减小紧固点或者紧固面的间距的意义上将拉伸力施加到构件上。由成型记忆合金施加的拉伸力引起在构件中的机械压应力。根据本发明的紧固元件的成型记忆合金能够一维或者二维地伪塑性拉伸，并且，相应地一维或者二维地收缩，如果它被加热到或者加热超过转化温度。由此，一维的压应力或者二维的压应力能够被引入构件中。优选地，基体的成型记忆合金被一维地伪塑性拉伸。

例如，根据本发明的紧固元件紧固在构件的拉伸区处。拉伸区是一个区域，在所述区域中由于构件的负荷或者构件的机械应力在构件中存在拉应力。就受弯曲的构件而言，拉伸区在下述侧上：所述侧由于弯曲而拉伸并且凸状地拱曲。就水平布置的构件而言，拉伸区在下方并且根据本发明的紧固元件紧固在下侧处，所述构件由于其自身的重量和可能的外部重量而被竖直地加载。就一维地受拉的构件而言，根据本发明的紧固元件能够在对置的侧上、多个侧上或者在所有侧上紧固在构件处。

在紧固元件与构件连接之后，紧固元件被加热到或者加热超过基体的成型记忆合金的转化温度，使得基体收缩并且机械压应力被引入构件中。

通过加热到或者加热超过转化温度，紧固元件的黏合剂固化，其中，固化在黏合剂冷却到环境温度期间才能够进行。通过固化，紧固元件的黏合剂使紧固元件的基体与构件连接。紧固元件与构件的一个或者多个连接能够在黏合剂固化之后保持存在或者被移除，所述一个或者多个连接在加热到或者加热超过转化温度之前已经被建立。

为了使根据本发明的紧固元件与构件在加热到或者加热超过成型记忆合金的转化温度之前连接，本发明设置了，将紧固元件布置在构件处并且加热到其黏合剂的固化温度，所述固化温度低于成型记忆合金的转化温度。由此，黏合剂固化并且使基体与构件连接，所述基体由成型记忆合金制成。紧固元件能够整体上被加热到固化温度并且由此全平面地与构件连接。紧固元件也能够在有限的部分中被加热到固化温度并且由此在彼此间隔开的紧固面处与构件连接，所述紧固面对应于所加热的部分。在黏合剂固化之后并且在由此所引起的、基体与构件连接之后，紧固元件被加热到成型记忆合金的转化温度，使得基体由于相变而收缩和/或将拉应力施加到构件上，所述拉应力引起在构件中的压应力。在加热到黏合剂的固化温度和加热到成型记忆合金的转化温度之间能够冷却紧固元件，或者，在保持固化温度之后或者在不保持固化温度的情况下进一步加热到转化温度。该方法的前提是，黏合剂在固化之后在加热到成型记忆合金的转化温度时保持足够的强度，以便与构件的连接承受住基体的拉伸力。因此优选的是，黏合剂不可逆地固化，如上所述。如果不是这种情况，如上所述，紧固元件必须独立于其黏合剂地与构件连接。

本发明的一个方案设置了，在紧固元件的基体的背离构件的侧上施加加强件和/或腐蚀保护。加强件能够例如是预浸料的纤维插入物，所述预浸料布置在成型记忆材料背离构件的侧上，并且，所述预浸料从一开始就是根据本发明的紧固元件的复合材料的部分，或者，所述预浸料被事后施加。根据本发明的紧固元件的黏合剂也能够同时形成腐蚀保护。

根据本发明的方法的改进方案设置了，紧固元件利用拉应力而与结构元件连接，使得紧固元件在其基体不收缩的情况下已经将压应力引入构件中。由于基体在加热到或者加热超过转化温度时发生收缩，紧固元件的拉应力和引入构件中的压应力增加。

在说明书中前述的、本发明的特征和特征组合、实施方式和方案以及在下文中在附图描述中所提到的和/或在附图中所绘制的特征和特征组合不仅能够以相应说明的或者绘制出的组合、也能够以原则上任意的其他组合或者单独地被使用。本发明不具有从属权利要求的所有特征的实施方式是可能的。权利要求的单个特征也能够由其他公开的特征或者特征组合代替。本发明的这种实施方式也是可能的，所述实施方式不具有实施例的所有特征。

附图说明

在下文中，参考在附图中所示出的实施例进一步阐述了本发明。附图示出：

图1根据本发明的紧固元件；以及

图2具有根据本发明的紧固元件的梁。

具体实施方式

在图1所示出的、根据本发明的紧固元件1用于将机械拉应力引入构件6中，所述构件6例如由混凝土制成。紧固元件1是条状的或者板状的，或者换句话说，是二维的或者面状的部件。紧固元件1构造为复合材料、更精确地构造为层压材料，所述层压材料在该实施例中具有两个层，即由伪塑性拉伸的成型记忆合金制成的、作为基体2的板材和带有黏合剂5的预浸料3，所述预浸料材料锁合地、即通过粘合在基体2的一侧上而被施加。多于两层（未示出）也是可能的。可替代地，代替预浸料3能够仅将黏合剂5布置在基体2处。黏合剂5是环氧树脂，在下文中也称为合成树脂，所述黏合剂能够作为预浸料3的一部分被施加或者可替代地也能够作为涂层被直接施加到基体2上。为此，黏合剂5短暂地被加热到90°c至110°c的变形温度，从而黏合剂5并且因此预浸料3能够变形并且能够与基体2以平面的方式粘合。

基体2由成型记忆合金制成。成型记忆合金是金属合金，所述金属合金在达到或者超过转化温度时由于其晶体结构的相变而改变其形状。为此，成型记忆合金必须事先伪塑性地变形。在该实施例中，成型记忆合金已经被伪塑性拉伸，使得：它收缩，和/或，当它的收缩受阻时，施加拉应力，如果它被加热到或者加热超过转化温度。

预浸料3是条状的或者板状的元件，所述元件带有作为黏合剂5的合成树脂，在所述元件中嵌入有玻璃纤维、碳纤维或者其他纤维4。因此，预浸料3是纤维复合材料，所述纤维复合材料形成紧固元件1的层，所述紧固元件是层压材料（如所提到的）。在该实施例中，纤维4形成织物，然而，其他面状的纺织结构（如针织物、编织物、无纺布、毛毡或者单纤维）也是可能的，所述纺织结构例如能够布置成单向的、双向的或者无序的。

预浸料3的合成树脂与由伪塑性拉伸的成型记忆合金制成的基体2粘合，并且，能够由于加热到固化温度而固化，并且，此后被粘合。预浸料3的合成树脂是根据本发明的紧固元件1的黏合剂5，所述黏合剂用于使基体2通过粘合而与另外的构件材料锁合的连接。形成黏合剂5的合成树脂在达到或者超过固化温度时通过交联以热固性塑料的方式不可逆地固化。合成树脂至少直至达到基体2的成型记忆合金的转化温度并且优选直至达到更高的温度都是耐高温的，使得它没有分解，当它连同基体2被加热到或者加热超过到成型记忆合金的转化温度时，而是它在加热到转化温度时或者在较低的固化温度下或者在随后冷却到例如环境温度时固化并且使基体2通过粘合而与另外的构件材料锁合地连接。

如所提到的，根据本发明的紧固元件1用于将机械压应力引入构件6中。作为实施例，图2示出具有梁8的板7，所述板在该实施例中能够由配钢筋的混凝土制成并且例如能够是桥梁。构件6由于其自身的重量和例如未示出的车辆的负荷而向下弯曲，其中，弯曲部被夸张地示出。

根据本发明，紧固元件1紧固在构件6的下侧（在该实施例中，在梁8的底部），其中，紧固元件1的伸长方向和拉动方向沿着构件6的纵向方向延伸。在下侧处，梁8由于弯曲而向下凸起地拱曲，并且，由此在下部受拉应力。下侧或者邻接下侧的区域形成所谓的拉伸区，在所述拉伸区中存在机械拉应力。

在该实施例中，紧固元件1与锚栓9、与梁8并且因而同时也与构件6机械连接，所述锚栓穿过紧固元件1而锚固在梁8中。锚栓9的锚栓头在横向于紧固元件1的板材条10下面，以便将夹紧力分配到更大的面上。紧固元件1在紧固点11处或者在其两个端部附近并且在该实施例中附加地在其两个端部之间的、多个另外的紧固点11处与梁8连接。紧固点11在紧固元件1的纵向方向上并且因此在其伪塑性拉伸的方向以及其拉动方向上彼此间隔开。紧固点11也能够仅设置在紧固元件1的两个端部处。

在紧固元件1在紧固点11处与梁8或者构件6连接之后，紧固元件1被加热到成型记忆合金的转化温度或者更高的温度，从而基体2收缩并且在梁8的拉伸区中产生压应力，从而抵消了构件6的弯曲并且减小或者甚至完全从弯曲中恢复。此外，预浸料3的合成树脂固化，所述预浸料形成紧固元件1的黏合剂5并且使基体2与梁8并且因而与构件6连接。原则上，此后板材条10和锚栓9（即，紧固元件1的机械连接件）能够连同梁8一起被移除，即使这没有被设置。

紧固元件1也能够利用拉应力而与构件6或者梁8连接，其中，拉应力增加，如果紧固元件1或者基体2被加热到或者加热超过成型记忆合金的转化温度。引入构件6或者梁8中的压应力相应地增加。

在该实施例中，紧固元件1的基体2的成型记忆合金的转化温度约为200°c，并且，紧固元件1被加热到约200至220°c。预浸料3的黏合剂5的固化温度在该实施例中在120°c和180°c之间，并且，合成树脂能够被更强地加热以进行固化，而不发生分解或者受到损坏。

预浸料3能够用于机械加强和/或腐蚀保护，此外，另外的层、例如另外的预浸料（未示出）能够被施加在紧固元件1上。腐蚀保护层和/或加强件、尤其是第二预浸料能够从一开始就被施加到由伪弹性拉伸的成型记忆合金制成的基体2的另一侧上，使得基体2处于两个预浸料3之间，所述两个预浸料尤其是在边缘处接触并且在加热时连接（未示出）。

为了引入压应力，两个或者多个根据本发明的紧固元件1能够被紧固在直的构件的对置的多个或者所有侧上，并且，通过加热到转化温度，能够产生在构件中的压应力（未示出）。这与预应力混凝土类似。

为了与梁8或者一般而言与构件6连接，紧固元件1也能够在紧固点11处被加热到其黏合剂5的固化温度，从而紧固元件1在紧固点11处与梁8或者构件6连接，所述紧固点在这种情况下更适当地被称作“紧固面”。随后，在紧固点11之间的紧固元件1被加热到或者加热超过其成型记忆合金的转化温度，使得基体2收缩并且产生在构件6或者梁8中的压应力。

另一种可能性是，首先将紧固元件1加热到其黏合剂5的固化温度、例如150°c，以便使它与构件6或者梁8连接，并且随后将紧固元件1加热到约200°c的转化温度，使得基体2收缩并且产生在构件6或者梁8中的压应力。其前提是，黏合剂5不可逆地固化并且在加热到转化温度时保持足够的强度，以便承受由紧固元件1产生的拉伸力，使得紧固元件1与构件6或者梁8的连接保持存在并且不被破坏。

为了固化黏合剂5，紧固元件1能够在加热到固化温度之后冷却并且此后被加热到转化温度。

附图标记列表

1紧固元件

2基体

3预浸料

4纤维

5黏合剂

6构件

7板

8梁

9锚栓

10板材条

11紧固点