Генрих Альтов - Как научиться изобретать

Другая задача, решение которой интересно проследить, связана с изготовлением предварительно напряженного железобетона.

Бетон, как известно, плохо работает на растяжение. Впрочем, «плохо» — это не то слово. Чрезвычайно, исключительно плохо — в 15 раз хуже, чем на сжатие. В железобетоне этот недостаток устраняется введением стальной арматуры. Однако и в этом случае еще задолго до разрушения арматуры в бетоне появляются трещины. Поэтому за последние десятилетия начали широко применять предварительно напряженный железобетон.

Идея предварительно напряженных конструкций может быть выражена в четырех словах: «уничтожение растягивающих напряжений в бетоне». При бетонировании укладывают предварительно растянутую арматуру. Специальные захваты держат арматуру в растянутом состоянии. Когда захваты отпускают, арматура укорачивается и сжимает бетон.

Если такое изделие подвергнуть растяжению, то растягивающим усилиям придется сначала нейтрализовать предварительное сжатие. И только после этого бетон начнет испытывать растяжение.

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?..

Решающее достоинство электротермического домкрата — простота. Все оборудование для натяжения арматуры панелей перекрытия состоит из двух пятиметровых тяговых стержней и двух сварочных трансформаторов (рис. 19).

97

7 Как научиться изобретать.

Рис. 19.

Когда изобретение сделано, остается, казалось бы, немногое -решить вопрос о возможности его осуществления.

Первым экспертом нового изобретения обычно бывает сам изобретатель. Почему-то принято думать, что все изобретатели склонны переоценивать возможности и значение своих изобретений. Это далеко не так. На самом деле изобретателей скорее можно упрекнуть в обратном. История науки,, и техники дает немало тому доказательств. Например, Ньютон, основоположник научной оптики, утверждал, что никогда не удастся устранить хроматическую аберрацию. Сейчас объективы даже дешевых фотоаппаратов не имеют хроматической аберрации. Генрих Герц, впервые создавший установку для получения и регистрации электромагнитных волн, категорически отрицал возможность осуществления беспроволочной связи. Но несколько лет спустя Попов изобрел радио. Эдисон утверждал, что усовершенствованный им телефон никогда не будет использован для связи через Атлантический океан, и очень скоро смог лично убедиться в ошибочности своего прогноза...