專(zhuān)利名稱(chēng)：混合組合梁系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及設(shè)計(jì)用于步行及/或車(chē)輛交通的橋梁結(jié)構(gòu)及建筑物結(jié)構(gòu)，且更 具體來(lái)說(shuō)涉及商業(yè)及工業(yè)框架式建筑物構(gòu)造且簡(jiǎn)略地涉及中等跨度橋梁。
背景技術(shù)：
美國(guó)的許多或大多數(shù)短跨橋梁結(jié)構(gòu)由支撐結(jié)構(gòu)(最普遍的是鋼骨架或預(yù)應(yīng)力混凝
土I梁)頂部上的橋面表面構(gòu)造。舉例來(lái)說(shuō)，常規(guī)雙跨橋梁(總跨度為140英尺)可 具有支撐在框架系統(tǒng)的頂部上的七英寸結(jié)構(gòu)性增強(qiáng)混凝土板上的三英寸路面磨耗表 面，所述框架系統(tǒng)由五個(gè)縱向三十六英寸鋼寬凸緣梁或五個(gè)縱向四十五英寸類(lèi)型IV AASHTO預(yù)應(yīng)力混凝土大梁構(gòu)成。
我們相信在美國(guó)存在對(duì)用于以下橋梁的骨架的結(jié)構(gòu)性梁的巨大需要通過(guò)使用塑 料來(lái)提供更高的抗腐蝕性，且不僅可以具有競(jìng)爭(zhēng)性的成本來(lái)建造，而且同時(shí)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) 性部件的自身重量的減小，因?yàn)槠渑c運(yùn)輸及架設(shè)成本有關(guān)。當(dāng)然，塑料也可指纖維增 強(qiáng)塑料。
我們已知用纖維增強(qiáng)塑料制作的結(jié)構(gòu)性元件產(chǎn)生不易受起源于到腐蝕性環(huán)境的 暴露的老化的影響的結(jié)構(gòu)。 一種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)性框架部件當(dāng)前使用拉擠工藝制造。在此 工藝中，單向纖維(通常為玻璃)被連續(xù)拉過(guò)金屬模具，在此金屬模具處，所述單向 纖維由多向玻璃織物包圍且與熱固性樹(shù)脂矩陣(例如，乙烯基酯)熔合在一起。
雖然所述組合結(jié)構(gòu)性部件提供提高的抗腐蝕性，但熟知使用玻璃纖維的結(jié)構(gòu)性形 狀具有非常低的彈性模量(與鋼相比)及非常高的材料成本(相對(duì)于混凝土及鋼兩者)。
因此，可能不能夠成本高效地設(shè)計(jì)并制作完全由纖維增強(qiáng)塑料構(gòu)成的拉擠結(jié)構(gòu)性梁來(lái) 滿足當(dāng)前在建筑物及橋梁的設(shè)計(jì)規(guī)范中批準(zhǔn)的使用性要求，即活載撓度標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于建造橋梁、商業(yè)或工業(yè)建筑物或類(lèi)似物的結(jié)構(gòu)梁，所述梁具 有帶有內(nèi)部體積的細(xì)長(zhǎng)殼體。管道位于所述梁的內(nèi)部體積內(nèi)，所述管道具有沿所述梁 的縱向方向延伸的輪廓。受壓增強(qiáng)物填充所述管道的內(nèi)部體積。所述梁可包括剪力連 接裝置，其中所述剪力連接裝置的一端定位于所述受壓增強(qiáng)物中，而另一端向外延伸 穿過(guò)所述殼體。
所述剪力連接裝置的主體的第一端可帶有螺紋。所述剪力連接裝置可包括耦合到
所述主體的第二端的錨定裝置。所述主體可包括桿，且錨定裝置可耦合到所述桿。另
外，所述剪力連接裝置可包括螺桿、錨定裝置及螺栓，且所述錨定裝置可通過(guò)所述螺
栓耦合到所述螺桿。另一選擇為，所述剪力連接裝置可包含預(yù)制纖維增強(qiáng)塑料。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述梁可包括所述殼體的內(nèi)部體積內(nèi)的輔助管道。所述輔助管
道可沿所述梁的橫向方向延伸。受壓增強(qiáng)物可填充所述輔助管道的內(nèi)部體積。所述輔 助管道可與所述管道流體連通D
在研究舉例說(shuō)明目前所意識(shí)到的本發(fā)明最佳實(shí)施模式的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì) 說(shuō)明之后，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了本發(fā)明的額外特征及優(yōu)點(diǎn)。


在結(jié)合附圖閱讀對(duì)本發(fā)明的以下詳細(xì)說(shuō)明之后將明了本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)，附圖
中
圖1是使用組合梁構(gòu)造的橋梁的第一實(shí)施例的斷片透視圖； 圖2是圖1中所示橋梁的典型截面圖3是圖1中所示的橋梁的組合梁的第一實(shí)施例的側(cè)視圖4是組合梁的斷片透視圖5是沿圖3的線1-1截取的局部剖面圖6是沿圖3的線2-2截取的局部剖面圖7是沿圖3的線3-3截取的局部剖面圖8是圖1中所示的橋梁的組合梁的第二實(shí)施例的側(cè)視圖9是沿圖8的線4-4截取的局部剖面圖10是圖8的梁的剪力連接裝置的第一實(shí)施例的側(cè)視圖11是圖8的梁的剪力連接裝置的第二實(shí)施例的側(cè)視圖12是圖8的梁的截面的負(fù)荷圖；及
圖13是顯示將組合梁放置在圖1中所示的橋梁的基礎(chǔ)上的圖解視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示橋梁10的例示性實(shí)施例。例示性橋梁10使用跨越在橋墩12之間且在 中心墩13上的五行組合梁11構(gòu)造。這些組合梁11可以約7英尺、六英寸的間距橫向 以圖2中所示的橋梁的中心線20周?chē)膶?duì)稱(chēng)布置間隔。將例示性橋梁10的外沿間寬 度顯示為約三十五英尺，但其可更寬或更窄。對(duì)于其中橋梁IO更寬或更窄的實(shí)施例來(lái) 說(shuō)，組合梁11的數(shù)量及梁11在所述截面內(nèi)的間隔可變化。
例示性橋梁10包含約七十英尺的兩個(gè)跨度，且每行具有兩個(gè)組合梁。在替代實(shí) 施例中，例示性橋梁10可具有更多或更少的跨度，且所述跨度可更長(zhǎng)或更短。 一行中 的每一組合梁11可簡(jiǎn)單地支撐在橋墩12與中心墩13之間。在另一實(shí)施例中，可使一 行中的兩個(gè)或更多個(gè)大梁連續(xù)在所述支撐物上方。對(duì)于具有兩個(gè)以上跨度的橋梁來(lái)說(shuō)， 可將組合梁11支撐在兩個(gè)毗鄰墩13之間。橋面表面可包括由上覆的磨耗路面22覆蓋
(但未必需要)的橋面板21。在一個(gè)實(shí)施例中，橋面板21可以是增強(qiáng)型混凝土橋面 板。所述橋面可由并非增強(qiáng)型混凝土的材料構(gòu)造，例如纖維增強(qiáng)塑料橋面。
圖1中所示的組合梁11可包括塑料梁殼體30、受壓增強(qiáng)物31及受拉增強(qiáng)物32。 在一個(gè)實(shí)施例中，組合梁11還可包括核心材料44，如圖4-7及別處所示?？蓪⒔M合梁 11制作成各種寬度及高度且還可以隨著梁11的長(zhǎng)度而變化的寬度及/或高度來(lái)構(gòu)造組 合梁11。在圖1-3中所示的梁11的例示性實(shí)施例中，梁11具有四十七英寸的恒定高 度及十六英寸的恒定寬度。圖1中所圖解說(shuō)明的橋梁10中的組合梁11的高度產(chǎn)生約 18:1的跨高比，但可更改所述高度以提供不同的跨高比，同時(shí)仍保持在隨附權(quán)利要求 書(shū)的范圍內(nèi)。
可通過(guò)由玻璃纖維(其最佳經(jīng)定向以抵抗梁11中預(yù)期的力)增強(qiáng)的乙烯基酯樹(shù) 脂來(lái)構(gòu)造組合梁11的梁殼體30。還可使用其它類(lèi)型的塑料樹(shù)脂、其它類(lèi)型的樹(shù)脂或 其它類(lèi)型的塑料來(lái)結(jié)構(gòu)梁ll。梁殼體30可包括頂凸緣33、底凸緣34、中間垂直加勁 肋36及兩個(gè)端加勁肋37。梁殼體30還可包括連續(xù)管道38、注入端口 39及排放端口 40以用于受壓增強(qiáng)物31。梁殼體30可進(jìn)一步包括剪力轉(zhuǎn)移媒介35，其用于轉(zhuǎn)移施加 到組合梁11的負(fù)荷，并轉(zhuǎn)移受壓增強(qiáng)物31與受拉增強(qiáng)物32之間的剪切力。
在一個(gè)實(shí)施例中，剪力轉(zhuǎn)移媒介35包含兩個(gè)垂直連結(jié)板，但也可包括單個(gè)或多 個(gè)連結(jié)板，或?qū)㈨斖咕?3、底凸緣34、受壓增強(qiáng)物31及受拉增強(qiáng)物32互連的捆綁部 件。可使用真空輔助樹(shù)脂傳遞方法或使用其它制造工藝來(lái)單片制作梁殼體30的所有組 件。
如圖4中所示，核心材料44可位于連續(xù)管道38上方及下方，或可圍繞連續(xù)管道 38。核心材料44可以是低密度泡沫(例如，聚異氰酸酯、聚亞安酯、聚苯乙烯)、某 種類(lèi)型的漿料(例如，木頭或合成或經(jīng)處理的漿料)或纖維材料。核心材料44可填充 殼體30與連續(xù)管道38之間的所有或一部分空隙。核心材料44可用作額外剪力轉(zhuǎn)移元 件，或可在樹(shù)脂注入及/或受壓增強(qiáng)物31的引入之前用于維持梁11的形狀。
可使用采用三向織法的六層玻璃纖維織物41來(lái)增強(qiáng)梁殼體30的剪力轉(zhuǎn)移媒介 35，其中65%的纖維沿梁11的縱軸定向，而剩余的35%纖維以相對(duì)于梁11的縱軸加 或減四十五度的相等量定向。相對(duì)于所述縱軸加或減四十五度定向的纖維可改善強(qiáng)度 及硬度兩者，因?yàn)槠渑c梁11內(nèi)的剪切力有關(guān)。還可用更多或更少的玻璃纖維增強(qiáng)層且 用纖維的不同尺寸、比例或定向來(lái)構(gòu)造剪力媒介35。
包含梁殼體30的剪力轉(zhuǎn)移媒介的玻璃增強(qiáng)織物層可在截面的周界周?chē)由?，?得其還成為梁殼體30的頂凸緣33、底凸緣34及垂直端加勁肋37的增強(qiáng)物。梁殼體 30的周界是矩形，其中角在半徑上磨圓，但可使用不同的形狀來(lái)結(jié)構(gòu)梁殼體30的周 界。用于梁殼體30中的玻璃纖維織物的所有縱向接縫42可位于梁殼體30的頂或底凸 緣內(nèi)。梁殼體30的頂凸緣33還可包含縱向位于三向織法織物41層之間且以九十度的
角度向下折轉(zhuǎn)并幫助形成梁殼體30的垂直端加勁肋37的四層單向織法玻璃纖維織物43。
每一梁殼體30還包含中間垂直加勁肋36,其也由玻璃纖維增強(qiáng)塑料構(gòu)成。圖3 中顯示垂直加勁肋36以約五英尺的縱向間距沿梁殼體30間隔開(kāi)來(lái)，但其可以不同的 間距間隔。所述垂直加勁肋的尺寸可與梁殼體30的內(nèi)部高度及寬度相同。垂直加勁肋 36的增強(qiáng)包含用于包含剪力轉(zhuǎn)移媒介35的連結(jié)板的三層相同三向織法玻璃織物41(除 65%的纖維層沿垂直平面定向以外，其它纖維層垂直于組合梁11的縱軸)。圖4中所 示的例示性垂直加勁肋36約為0.126英寸厚，但可構(gòu)造為不同的厚度。還可使用具有 不同比例、定向或組成的增強(qiáng)織物來(lái)制作垂直加勁肋36。
梁殼體30可制作有沿經(jīng)設(shè)計(jì)以容納受壓增強(qiáng)物31的輪廓而在梁11的端之間縱 向并連續(xù)延展的管道38，稍后說(shuō)明管道38。管道38可包含連續(xù)的矩形薄壁管，或圓 形管，或另一形狀的管。管道38可由如圖4中所示的兩層三向織法玻璃纖維織物41 構(gòu)造。穿過(guò)中間加勁肋36的管道38垂直地將其打穿，其中所述打穿的高度可依據(jù)受 壓增強(qiáng)物31的輪廓而變。管道38還可包含沿梁11的一個(gè)連結(jié)板定位的注入端口 39 (如圖5中所描繪)，以用于受壓增強(qiáng)物31的引入。排放端口 40也定位在沿所述管道 的輪廓最高及最低點(diǎn)處，如圖6中所示。再次，可使用具有不同比例、定向或組成的 增強(qiáng)織物來(lái)構(gòu)造管道38。
組合梁11中的每一者包括受壓增強(qiáng)物31。受壓增強(qiáng)物31可包含波特蘭水泥混凝 土、波特蘭水泥薄泥漿、聚合物水泥混凝土或聚合物混凝土。在一個(gè)實(shí)施例中，受壓 增強(qiáng)物31包含具有6,000磅/平方英寸的抗壓強(qiáng)度的波特蘭水泥混凝土。可通過(guò)將受壓 增強(qiáng)物31抽過(guò)位于管道38的側(cè)面中的注入端口 39來(lái)將受壓增強(qiáng)物31引入梁殼體30 內(nèi)的管道38中。排放端口 40可在受壓增強(qiáng)物31的放置期間防止空氣在截留在管道 38內(nèi)。
如圖6中所示的受壓增強(qiáng)物31具有十五又二分之一英寸寬且十四又十分之七英 寸高的矩形截面，但可將其制造成更大或更小的尺寸。受壓增強(qiáng)物31的輪廓50可沿 梁端處在梁11的底部附近開(kāi)始并向上彎曲到所述輪廓上的位于梁11的中心附近的最 高點(diǎn)的路徑而行，使得管道38與頂凸緣33相切。在圖3中所示的例示性實(shí)施例中， 受壓增強(qiáng)物31的輪廓50沿梁端處離梁11的底部約七英寸處開(kāi)始并隨著所述輪廓上位 于梁ll的中心處的最高點(diǎn)呈拋物線變化的路徑而行，使得管道38與頂凸緣33相切。 受壓增強(qiáng)物31的輪廓50也可沿梁端處在梁11的底部附近開(kāi)始并向上彎曲到梁11的 中心附近的點(diǎn)的其它彎曲路徑而行。
受壓增強(qiáng)物31的輪廓50經(jīng)設(shè)計(jì)以抵抗(以與拱形結(jié)構(gòu)非常相似的方式)施加到 梁11的垂直負(fù)荷所導(dǎo)致的壓力及剪切力?？裳夭煌膸缀温窂絹?lái)構(gòu)造受壓增強(qiáng)物31 的輪廓50且將其構(gòu)造成與所指示的尺寸不同的尺寸。雖然所提供的實(shí)施例假設(shè)在架設(shè) 梁殼體30之后引入受壓增強(qiáng)物31，但也可在梁殼體30的制作期間引入受壓增強(qiáng)物31。
由外部施加到組合梁11上的負(fù)荷所導(dǎo)致的在受壓增強(qiáng)物31中產(chǎn)生的推力的由組
合梁11的受拉增強(qiáng)物32均衡。在一個(gè)實(shí)施例中，受拉增強(qiáng)物32可包含具有160,000 磅/平方英寸的抗拉強(qiáng)度及16,000,000磅/平方英寸的彈性模量的單向碳增強(qiáng)纖維層。雖 然在組合梁11的一個(gè)實(shí)施例中利用碳纖維，但也可將其它纖維用于受拉增強(qiáng)物32， 包括玻璃、芳綸、標(biāo)準(zhǔn)低碳鋼筋或所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知的預(yù)應(yīng)力鋼絞線。
恰好位于底凸緣34的玻璃增強(qiáng)上方且沿剪力轉(zhuǎn)移媒介35的底部6英寸的內(nèi)部的 纖維(如圖4中所圖解說(shuō)明)可沿組合梁11的縱軸定向。所述纖維也可包繞梁11的 端處的受壓增強(qiáng)物31。可在結(jié)構(gòu)梁殼體30的同時(shí)將受拉增強(qiáng)物32單片制作到組合梁 11中，但也可通過(guò)將管道封閉在梁殼體30 (此允許在稍后的日期安裝)中或通過(guò)將受 拉增強(qiáng)物32粘結(jié)到制作之后的梁殼體30的外部來(lái)安裝受拉增強(qiáng)物32。再次，受拉增 強(qiáng)物32中纖維的數(shù)量、組成、定向及定位可變化。
在一個(gè)實(shí)施例中， 一跨度內(nèi)的所有組合梁11具有相同的物理幾何形狀、組成及 定向。使用具有不同及/或變化的幾何形狀的組合梁11也可獲得益處。然而，針對(duì)梁
殼體30使用具有相同物理幾何形狀的組合梁11可使制作的加工成本降到最低，此因 為與重復(fù)相關(guān)聯(lián)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。當(dāng)將要建造若干橋梁時(shí)，將具有相同幾何形狀的組合梁 11用于梁殼體30僅通過(guò)改變受壓增強(qiáng)物31的尺寸或輪廓或受拉增強(qiáng)物32的數(shù)量及 尺寸便可滿足不同橋梁的負(fù)荷要求。
包括剪力連接裝置62的梁11的實(shí)施例顯示在圖8-12中。圖8是包括剪力連接裝 置62的梁11的正視圖。圖9是包括剪力連接裝置62的梁11沿圖8的線4-4截取的 截面圖。圖10是剪力連接裝置62的第一實(shí)施例的詳細(xì)視圖。圖11是剪力連接裝置 62的第二實(shí)施例的詳細(xì)視圖。圖12是顯示所施加的負(fù)荷導(dǎo)致的梁11、剪力連接裝置 62及橋面板21中的力的負(fù)荷分布圖。為清楚起見(jiàn)，從圖8-12中省略可選垂直加勁肋 36，使得可更清楚地顯示剪力連接裝置62。應(yīng)了解，垂直加勁肋36可以或可不包括 在圖8-12中所說(shuō)明的梁11的實(shí)施例中。
如圖8及9中所示，梁11可包含至少一個(gè)剪力連接裝置62。圖8及9還顯示多 個(gè)剪力連接裝置62相對(duì)于梁11的一種例示性定位方法。在梁11與橋面板21之間所 采用的剪力連接裝置62可提供兩個(gè)不同的優(yōu)點(diǎn)。第一，剪力連接裝置62可提供梁11 與橋面板21之間的積極連接構(gòu)件，且從而防止橋面板21相對(duì)于梁11的任何滑動(dòng)或移 位。第二，剪力連接裝置62可抵抗梁11的頂凸緣33與橋面板21之間的水平剪切力， 從而允許其兩者一起用作單個(gè)組合結(jié)構(gòu)性組件來(lái)抵抗所施加的負(fù)荷。因此，剪力連接 裝置62可促進(jìn)組合梁11與橋面板21及/或上覆的磨耗路面22之間的復(fù)合結(jié)構(gòu)性能。
現(xiàn)在將說(shuō)明用于將剪力連接裝置62安裝及錨定到梁11及/或橋面板21的各種方 法。在第一安裝方法(未顯示)中，可使用機(jī)械緊固件或粘合劑將剪力連接裝置62 附裝到梁11的頂凸緣33或?qū)⑵渲谱鞯巾斖咕?3中。此方法導(dǎo)致剪切力轉(zhuǎn)移穿過(guò)梁 11的連結(jié)板。
在第二安裝方法中(顯示在圖8-ll中)，可穿過(guò)洞70 (穿過(guò)梁11的殼體30的頂 部形成)且穿過(guò)管道38的壁來(lái)安裝剪力連接裝置62。在其中梁11包括核心材料44
的實(shí)施例中，洞70同樣在填充梁殼體30的內(nèi)部體積的一部分的核心材料44中形成， 如圖所示。然后，可通過(guò)允許第一端65在將受壓增強(qiáng)物31引入到成型管道38中之前 延伸到成型管道38中來(lái)將剪力連接裝置62錨定到梁11中。稍后，舉例來(lái)說(shuō)，可在橋 梁10的建筑地點(diǎn)放置并硬化受壓增強(qiáng)物31，使得剪力連接裝置62將被剛性地附裝到 所述梁ll。另一選擇為，可在制造地點(diǎn)放置并硬化受壓增強(qiáng)物31。
可允許剪力連接裝置62的第二端63穿過(guò)梁11的頂部而突出。剪力連接裝置62 可包含端63附近的錨定裝置。舉例來(lái)說(shuō)，可剛性地將所述錨定裝置附裝到端63附近 的剪力連接裝置62。所述錨定裝置可包含方形板或大襯墊，如下文所說(shuō)明及圖10及 11中所示。當(dāng)然，此錨定裝置也可采取許多其它形式，且可以是圓形、方形、矩形、 星形、八邊形、六邊形、五邊形，或具有幾乎任何可想象的多邊形的形式。
構(gòu)想具有許多不同形式的剪力連接裝置62的各種實(shí)施例且所述實(shí)施例歸屬于附 至本揭示內(nèi)容的權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，剪力連接裝置62可包含主體 76。舉例來(lái)說(shuō)，主體76可包含插入梁11中的螺桿，如圖11中所示。所述桿上的螺紋 78可提供與受壓增強(qiáng)物31的剪力界面以在剪力連接裝置62中形成張力。圖11中所 示的剪力連接裝置62的實(shí)施例的頂部部分63可包括包含板74的錨定裝置。舉例來(lái)說(shuō)， 板74具有介于約四分之一英寸與半英寸厚之間的厚度，其中一洞穿過(guò)板74，優(yōu)選地 在中心附近?？赏ㄟ^(guò)擰緊在板74的任一側(cè)上的螺桿上的螺栓72來(lái)將所述板附裝到所 述螺桿。在其它實(shí)施例中，也可將板74焊接或澆鑄到剪力連接裝置62的主體76上。 板74及主體76可包含金屬，例如鋼、鐵、鋁、鎳、銅或金屬合金。板74及主體76 還可包含復(fù)合材料，例如玻璃、玻璃纖維、碳、鋼或這些或其它材料的混合。
在另一實(shí)施例中，剪力連接裝置62可包含具有非常類(lèi)似于上文所說(shuō)明的剪力連 接裝置62的實(shí)施例的幾何形狀的預(yù)制纖維增強(qiáng)塑料(FRP)部件。使用FRP剪力連接 器可存在益處，例如，限制由于氧化而隨時(shí)間的腐蝕及老化(如使用金屬構(gòu)造可發(fā)生 的情況)。
如圖10中所示，在剪力連接裝置62的另一實(shí)施例中可包含主體66及具有可擴(kuò) 展附屬物68的端65，可擴(kuò)展附屬物68在剪力連接裝置62插入成型管道38中時(shí)以類(lèi) 似于系墻螺栓的操作的方式擴(kuò)展。圖10中所示的附屬物68可允許剪力連接裝置62 的錨固進(jìn)一步發(fā)展到所述受壓增強(qiáng)物中。圖10中所示的剪力連接裝置62的實(shí)施例的 頂部部分63還可包括包含板64的錨定裝置。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)螺栓將板64附裝到主 體66 (其可包含桿)，或可將板64焊接或澆鑄到剪力連接裝置62的接近頂部部分63 的主體66上。板64及主體66可包含金屬，例如鋼、鐵、鋁、鎳、銅或金屬合金。板 64及主體66還可包含復(fù)合材料，例如玻璃、玻璃纖維、碳、鋼、FRP或這些或其它 材料的混合。
如圖12中的負(fù)荷分布圖所示，剪力連接裝置62的錨定裝置的一個(gè)益處是在彎曲 期間在橋面板21中所形成的壓縮力以張力的方式經(jīng)由剪力連接裝置62轉(zhuǎn)移到受壓增 強(qiáng)物31。在圖12中，T代表張力，且C代表壓縮力。引入剪力連接裝置62中的張
及橋面板21中的壓縮力由被引導(dǎo)到梁11的頂凸緣33與受壓增強(qiáng)物32之間的核心材 料44中的垂直力均衡。
如圖8-12中所示，可將剪力連接裝置62安裝到約四十五度的角度；然而，在各 種實(shí)施例中，此角可更大或更小。意圖是沿朝梁11中具有來(lái)自所施加負(fù)荷的零剪切力 的點(diǎn)延伸的方向傾斜剪力連接裝置62的角度。剪力連接裝置62均衡力的效率可由其 傾斜角度決定。
圖8-12中所示的梁11的實(shí)施例的一個(gè)特征可以是在梁11的構(gòu)造期間在核心材料 44中形成的輔助管道61。雖然在圖8中所示的實(shí)例性實(shí)施例中說(shuō)明并顯示具有垂直定 向，但可將輔助管道61定向?yàn)槿魏畏较?。稍后可用?lèi)似于用于受壓增強(qiáng)物的材料的材 料以類(lèi)似于填充成型管道38的方式來(lái)填充輔助管道61。 一旦經(jīng)填充，這些輔助管道 61可用于各種不同的目的。在圖8中所示的一個(gè)實(shí)例中，將一個(gè)或一個(gè)以上圓柱形輔 助管道61定向在梁11的支承中心線處的垂直位置中。(由于圖8中僅顯示梁11的一 半，因此僅顯示一個(gè)支承中心線，且僅顯示圓柱形輔助管道61的一半。)在此實(shí)例性 實(shí)施例中， 一旦輔助管道61填充有受壓增強(qiáng)物材料，那么其用作梁11的所述端處的 支承加勁肋。在另一實(shí)例中，也可在沿梁11的其它考慮周到的位置處引入類(lèi)似的輔助 管道61。舉例來(lái)說(shuō)，也可將輔助管道61直接引入到剪力連接裝置62的錨定裝置下方。 另外，輔助管道61還可填充有受壓增強(qiáng)物材料且用作負(fù)荷路徑以代替剪力轉(zhuǎn)移媒介 35或核心材料44轉(zhuǎn)移支承應(yīng)力的輔助成分。
另外，輔助管道61可用作用以附裝注入軟管或管的位置以促進(jìn)將受壓增強(qiáng)物材 料抽入梁11的內(nèi)部體積中。通過(guò)將輔助管道61用于此目的，可從成型管道38上的最 低點(diǎn)將受壓增強(qiáng)物材料注入到梁中，同時(shí)在成型管道38上的最高點(diǎn)處提供排放口，以 便幫助確?？諝獠粫?huì)截留在所述受壓增強(qiáng)物材料中。輔助管道61還可用作用以插入螺 桿或吊鉤的位置，其可在橋梁10的構(gòu)造期間提供用于提升梁11以進(jìn)行架設(shè)的構(gòu)件。
可如下完成這些輔助管道11到梁11中的制作。在用受壓增強(qiáng)物材料灌注梁11 之前，可通過(guò)從所需的位置通過(guò)切割或鉆鑿核心材料44移除剪力轉(zhuǎn)移媒介35的體積 來(lái)形成輔助管道61。可將制袋材料或柔韌氣囊(其可由乳膠制作)放置到在核心材料 44中所形成的空間中。還可在梁11模型中提供洞，使得所述制袋材料或氣囊可延伸 穿過(guò)所述洞并在所述模型的內(nèi)部上保持不可滲透，但向所述模型的外部上的大氣壓力 開(kāi)放。如此以來(lái)，所述氣囊將在樹(shù)脂到梁11的引入期間在梁11的灌注期間保持向大 氣開(kāi)放?？蓪⒄婵諌毫κ┘拥剿瞿Ｐ停鋾?huì)使所述制袋材料或氣囊擴(kuò)展并壓縮緊貼 梁ll內(nèi)部的核心材料44，從而在梁ll的灌注期間防止樹(shù)脂填充此內(nèi)部體積。在用樹(shù) 脂灌注梁ll之后，可簡(jiǎn)單地移除所述制袋材料或氣囊，從而產(chǎn)生所需的管道。用于使 用樹(shù)脂形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的一般工藝為所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知。
如圖13中所示，可快速并容易地建造例示性橋梁10?？稍谧⑷胧軌涸鰪?qiáng)物31之 前通過(guò)起重機(jī)放置組合梁11來(lái)將其架設(shè)(在所屬技術(shù)領(lǐng)域中為標(biāo)準(zhǔn)情形)。在受壓增 強(qiáng)物31的安裝之前及期間，組合梁ll可自我支撐。在橋梁替換或復(fù)原的情況下，重
新使用現(xiàn)存橋墩及/或中間墩是可能的。然后，可通過(guò)將受壓增強(qiáng)物材料注入到梁殼體 30中的成型管道38中來(lái)將受壓增強(qiáng)物31引入到組合梁11中。可使用所屬技術(shù)領(lǐng)域
中已知的抽吸技術(shù)來(lái)注入受壓增強(qiáng)物31。
一旦組合梁11就位且己引入受壓增強(qiáng)物31，那么橋面板21可澆鑄在組合梁11 的頂部上的位置中。在一個(gè)實(shí)施例中，橋面板21是七英寸厚的增強(qiáng)型混凝土板。還可 使用不同復(fù)合物及/或不同的材料來(lái)構(gòu)造橋面板21。
雖然己在圖式及以上說(shuō)明中詳細(xì)圖解說(shuō)明并說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)將所述圖式及以 上說(shuō)明視為性質(zhì)上為例示性而非限制性，應(yīng)了解，僅顯示并說(shuō)明了優(yōu)選實(shí)施例且期望 保護(hù)歸屬于本發(fā)明的精神內(nèi)的所有改變及修改。雖然已參照某些例示性實(shí)施例詳細(xì)說(shuō) 明了本發(fā)明，但更改及修改存在于權(quán)利要求書(shū)中所說(shuō)明及界定的范圍及精神內(nèi)。即使 僅說(shuō)明了一定數(shù)量的實(shí)施例，但所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了本發(fā)明的范圍內(nèi)可存 在更多的實(shí)施例及實(shí)施方案。相應(yīng)地，本發(fā)明除按照隨附權(quán)利要求書(shū)及其等效物以外 并不受限制。
權(quán)利要求
1、一種用于建造橋梁、商業(yè)或工業(yè)建筑物或類(lèi)似物的結(jié)構(gòu)梁，所述梁包含細(xì)長(zhǎng)殼體，其具有內(nèi)部體積；管道，其在所述殼體的所述內(nèi)部體積內(nèi)，其中所述管道具有沿所述梁的縱向方向延伸的彎曲輪廓；受壓增強(qiáng)物，其填充所述管道的所述內(nèi)部體積，其中所述受壓增強(qiáng)物直接致力于所述梁的強(qiáng)度；及剪力連接裝置，其包含具有第一端及第二端的主體，其中所述主體的所述第一端定位于所述受壓增強(qiáng)物中且所述主體的所述第二端向外延伸穿過(guò)所述殼體。
2、 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述主體的所述第一端帶有螺紋。
3、 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述剪力連接裝置包含耦合到所述主體的 所述第二端的錨定裝置。
4、 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述主體包含桿，且所述剪力連接裝置進(jìn) 一步包含耦合到所述桿的錨定裝置。
5、 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述主體的第二端向外延伸到受支撐板內(nèi)， 從而產(chǎn)生所述梁與所述板之間的復(fù)合性能。
6、 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述剪力連接裝置包含預(yù)制纖維增強(qiáng)塑料。
7、 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述受壓增強(qiáng)物直接致力于所述梁的硬度。
8、 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述剪力連接裝置包含耦合到所述主體的 所述第一端的可擴(kuò)展附屬物。
9、 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述細(xì)長(zhǎng)殼體及所述管道是在工廠中制作 的，且在建筑地點(diǎn)將所述剪力連接裝置引入所述細(xì)長(zhǎng)殼體中。
10、 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述細(xì)長(zhǎng)殼體包含經(jīng)配置以支撐板的頂凸 緣，且所述剪力連接裝置以相對(duì)于所述頂凸緣在三十到六十度之間的角度安裝。
11、 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述細(xì)長(zhǎng)殼體包含頂凸緣且所述剪力連接 裝置包含多個(gè)剪力連接裝置，且其中每一剪力連接裝置以相對(duì)于所述頂凸緣的依據(jù)所 述剪力連接裝置與所述細(xì)長(zhǎng)殼體的第一端之間距離而變的角度安裝。
12、 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述細(xì)長(zhǎng)殼體包含頂凸緣且所述剪力連接 裝置包含多個(gè)剪力連接裝置，且其中每一剪力連接裝置以相對(duì)于所述頂凸緣的依據(jù)所 述結(jié)構(gòu)梁內(nèi)所述剪力連接裝置的位置處的剪切力而變的角度安裝。
13、 一種用于建造橋梁、商業(yè)或工業(yè)建筑物或類(lèi)似物的結(jié)構(gòu)梁，所述梁包含 細(xì)長(zhǎng)殼體，其具有內(nèi)部體積；彎曲管道，其在所述殼體的所述內(nèi)部體積內(nèi)，其中所述成型管道具有沿所述梁的 縱向方向延伸的彎曲輪廓；輔助管道，其在所述殼體的所述內(nèi)部體積內(nèi)，其中所述輔助管道沿所述梁的橫向 方向延伸；及受壓增強(qiáng)物，其填充所述彎曲管道及所述輔助管道的所述內(nèi)部體積，其中所述受 壓增強(qiáng)物直接致力于所述梁的強(qiáng)度；其中所述彎曲管道與所述輔助管道彼此之間流體連通。
14、 如權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)梁，其中在架設(shè)所述結(jié)構(gòu)梁之后將所述受壓增強(qiáng) 物插入到所述管道中。
15、 如權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)梁，其中輔助管道從所述彎曲管道向外延伸穿過(guò) 所述殼體。
16、 如權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)梁，其包含剪力連接裝置，所述剪力連接裝置包 含具有第一端及第二端的主體，其中所述主體的所述第一端定位于所述彎曲管道中且所述主體的所述第二端延伸穿過(guò)所述輔助管道。
17、 如權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)梁，其包含剪力連接裝置，所述剪力連接裝置包 含具有第一端及第二端的主體，其中所述主體的所述第一端定位于所述受壓增強(qiáng)物中且所述主體的所述第二端延伸穿過(guò)所述殼體。
18、 如權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述剪力連接裝置包含耦合到所述主體 的所述第二端的錨定裝置。
19、 如權(quán)利要求13所述的結(jié)構(gòu)梁，其中所述輔助管道包括縱向沿所述細(xì)長(zhǎng)殼體 的多個(gè)橫向管道。
20、 一種用于建造橋梁、商業(yè)或工業(yè)建筑物或類(lèi)似物的結(jié)構(gòu)梁，所述梁包含 細(xì)長(zhǎng)殼體，其具有內(nèi)部體積；第一管道，其在所述殼體的所述內(nèi)部體積內(nèi)，其中所述第一管道具有沿所述梁的 縱向方向延伸的輪廓；第二管道，其在所述殼體的所述內(nèi)部體積內(nèi)，其中所述第二管道沿所述梁的橫向 方向延伸-，受壓增強(qiáng)物，其填充所述第一及第二管道的所述內(nèi)部體積；及 剪力連接裝置，其包含具有第一端及第二端的主體，其中所述主體的所述第一端 定位于所述受壓增強(qiáng)物中且所述主體的所述第二端向外延伸穿過(guò)所述殼體。
全文摘要
一種用于建造橋梁、商業(yè)或工業(yè)建筑物或類(lèi)似物的結(jié)構(gòu)梁具有帶有內(nèi)部體積的細(xì)長(zhǎng)殼體。具有沿所述梁的縱向方向延伸的輪廓的管道位于所述梁的內(nèi)部體積內(nèi)。受壓增強(qiáng)物填充所述管道的內(nèi)部體積。所述梁可包括剪力連接裝置，其中所述剪力連接裝置的一端定位于所述受壓增強(qiáng)物中，而另一端向外延伸穿過(guò)所述殼體。
文檔編號(hào)E04C3/30GK101384778SQ200780005437
公開(kāi)日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
發(fā)明者約翰·R·希爾曼 申請(qǐng)人:約翰·R·希爾曼