<Desc/Clms Page number 1>
BESCHRIJVING behorende bij een
UITVINDINGSOCTROOIAANVRAGE ten name van :
N. V. Holdoh gevestigd te : Coevorden, Nederland voor : Op buiging belastbare, van een wapening voorziene houten balk van standaardafmetingen.
<Desc/Clms Page number 2>
De uitvinding heeft betrekking op een op buiging belastbare, van een wapening voorziene houten balk van standaardafmetingen, waarbij in elk van de tegenovergestelde vlakken in de druk-en trekzone in de langsrichting van de balk een enkele sleuf is aangebracht, in elke sleuf een staalstaaf of in de tot de trekzone behorende sleuf een staalstaaf en in de tot de drukzone behorende sleuf een vezelstreng of-koord als wapening zijn opgenomen, ingebed in een gehard aan de wapening en de sleufwand hechtend kunststofmateriaal.
Een dergelijke houten balk met dragende functie is bekend uit het Duitse Offenlegungsschrift 25 31 656. Bij deze bekende balk zijn in het gebied van zowel de drukzone als de trekzone een aantal, dat wil zeggen twee of meer en veelal drie stalen staven met geribd oppervlak in, in de langsrichting tot deze zones behorende tegenovergestelde zijvlakken aangebrachte sleuven opgenomen in een bed uit een uitgehard kunsthars-vulstof mengsel. De toepassing van een vulstof is bij de bekende gewapende balk kritisch. Als vulstof wordt een harde minerale stof toegepast, bijvoorbeeld kwartszand of-meel. Als voorbeelden van bruikbare kunstharsen worden een polyesterhars, een epoxyhars of analoge materialen genoemd.
Om de stalen staven op een efficiënte wijze te kunnen aanbrengen worden sleuven toegepast waarvan de doorsnede vierkant of rechthoekig van vorm kan zijn en voorzien van bijvoorbeeld een halfronde of getande bodem. De balk zelf kan een enkelvoudige balk zijn of een door verlijming van verschillende componenten samengestelde balk, die bijvoorbeeld de vorm kan hebben van een I-balk.
Door middel van de wapening wordt niet alleen bereikt, dat de grote variatie in sterkte van hout als natuurprodukt tengevolge van bijvoorbeeld inhomogeniteiten in de houtcelstruktuur, wisselende vochtgehalten, afwijking van de hoofdvezelrichting enz. wordt tegengegaan, maar de sterkte-eigenschappen wezenlijk verbeterd zodat bij toepassing als constructiemateriaal van het volgens het Duitse "Offenlegungsschrift"versterkte hout een materiaalbesparing daarvan het resultaat kan zijn.
De uitvinding beoogt een verdere verbetering van de sterkteeigenschappen van volle houten balken, die voorzien zijn van een wapening met stalen staven, op technisch eenvoudig realiseerbare wijze.
<Desc/Clms Page number 3>
Volgens de uitvinding wordt hiertoe een houten balk van de in de aanhef vermelde soort verschaft waarbij deze balk in een de druken trekzone veroorzakende gebogen stand onder invloed van de wapening is gefixeerd onder vorming van een toog, waarbij deze toog 5-30 mm kan bedragen voor balken uit bijvoorbeeld naaldhout met een doorsnede, na rijden van de balk, 70 x 170 mm of ook voor bijvoorbeeld azobé met een doorsnede na rijden van 95 x 195 nm.
Door volgens de uitvinding de balk te voorzien van een toog wordt buiten de versterking via het aanbrengen van een wapening een additionele versterking bereikt doordat bij belasting eerst de toog zal moeten worden overwonnen alvorens de balk een doorzakeffect zal vertonen.
De in het kader van de uitvinding als wapening te gebruiken staalstaaf kan normaal stafstaal zijn dat voorzien is van gladde wanden en waarvan de dwarsdoorsnede rond of rechthoekig is terwijl bij de positionering daarvan in de sleuf in de balk en ten opzichte van de sleufwanden al dan niet gebruik kan worden gemaakt van afstandhouders. Bij toepassing van een staalstaaf met geprofileerd oppervlak, bijvoorbeeld torstaal met een geribd oppervlak, kan doelmatig van de profielhoogte gebruik worden gemaakt als afstandhouder.
Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding leidt het voorzien van de balk met een toog tot een uitvoeringsvorm met een extra beveiliging bij brand. Deze uitvoeringsvorm volgens de uitvinding heeft daarom de voorkeur en wordt daardoor gekenmerkt, dat in het tot de trekzone behorende deel van de balk in dwarsrichting ter weerszijden van de sleuf een of meer inkepingen zijn aangebracht waarin wigvormige drukopneemelementen uit hard hout, kunststof of metaal zijn opgenomen. Indien bij brand het kunstharsmateriaal, waarmede de wapening in de sleuf verlijmd is, zou worden aangetast en zijn functie als hechtingsmiddel zou verliezen, wordt bij deze voorkeursuitvoeringsvorm een terugveren van de balk en opheffen van de toog opgevangen en tegengehouden door de wigvormige drukopneemelementen.
Een min of meer abrupte sterkte-afname van een uitsluitend door wapening versterkte balk in geval van brand behoeft daarom bij deze uitvoeringsvorm niet te worden verwacht.
<Desc/Clms Page number 4>
Bij de versterkingswijze volgens de uitvinding kan worden volstaan met het aanbrengen van een enkel wapeningselement in de trekrespectievelijk drukzone. De uitvinding is derhalve daartoe beperkt.
De uitvinding is ook van toepassing op samengestelde houten balken, bijvoorbeeld die welke vervaardigd zijn uit twee of meer in langsrichting op elkaar gelijmde houten balken van standaardafmetingen.
Desgewenst kan daarbij de lasnaad worden versterkt door middel van een daar ter plaatse ingelijmde stalen strip. Evenzo laat de volgens de uitvinding gevolgde wijze van versterken van de volle houten balk van standaardafmetingen de mogelijkheid open om dergelijke balken via lengte-lassen tot langere balken samen te stellen. Hiertoe kunnen de kopse vlakken door onderlinge verlijming waarvan de verlenging is te realiseren, van een eenvoudige praktisch zonder extra kosten aan te brengen complementaire profileringen worden voorzien, zoals bijvoorbeeld een wigvormige inkeping in het ene kopse vlak van de ene balk en een overeenkomstig wigvormig aangescherpt uiteinde van de andere balk.
De verlenging vindt dan plaats door de ene balk met het aangescherpte uiteinde in te passen in de wigvormige inkeping in het uiteinde van de andere balk waarbij de raakvlakken voorzien zijn van een verlijmingsmateriaal waarvoor hetzelfde kunstharsmateriaal kan worden toegepast als waarmede de wapening in de sleuven wordt vastgezet.
Een ander voorbeeld van een samenstel van balken, dat op de door de uitvinding te volgen wijze versterkt is, heeft betrekking op de zogenaamde van-Lammeren spant. Bij de bekende van-Lammeren spant is het gebied ter weerszijden grenzend aan de neutrale zone van de balk via een doelmatig overlangs doorzaagpatroon en axiale verschuiving en onderlinge verlijming van de gevormde langsdeelbalken vervangen door een opengewerkte constructie zodanig, dat zonder praktische beinvloeding van de sterkte-eigenschappen van de spant en zonder materiaalverlies een gewichtsbesparing van de balk bereikt is.
Met volgens de uitvinding versterkte balken kan een dergelijk effect worden bereikt door uit te gaan van twee in dwarsrichting op afstand van elkaar opgestelde overeenkomstig voorgetoogde balken waarvan de tot de trekzone respectievelijk drukzone behorende langsvlakken voorzien zijn van een sleuf en waarvan in de buitenste tot de trekzone behorende sleuf van de ene balk respectievelijk de buitenste tot de drukzone behorende
<Desc/Clms Page number 5>
sleuf van de andere balk de wapening, bijvoorbeeld staalstaven, is aangebracht en vastgezet door inbedding in het uitgeharde kunststofmateriaal.
De beide balken worden dan voorts onderling met elkaar verbonden door uit een kunststof-, metaal-of hardhoutplaat platte langwerpige verbindingselementen via bijvoorbeeld een zaag-of stansbewerking te vervaardigen en deze elementen met de einden daarvan in te laten in de naar elkaar gekeerde sleuven en daarin vast te zetten door de sleuven te voorzien van een verlijmingsmiddel, waartoe ook hetzelfde kunstharsmateriaal voor vastzetten van de bewapeningsstaven kan worden gebruikt.
Bij de vervaardiging van de houten balk volgens de uitvinding gaat men doelmatig zodanig te werk, dat de balk vooraf kunstmatig wordt voorgetoogd, bijvoorbeeld tot een toog van ca. 20 mm, en in deze stand wordt gefixeerd. Vervolgens wordt in de bovenste sleuf, die tevoren in het tot de trekzone behorende zijvlak is gefreesd, een wapeningsstaaf uit bij voorkeur torstaal aangebracht. Het geribde oppervlak van de staaf fungeert daarbij als afstandhouder als gevolg waarvan een minimumafstand tot de sleufwand automatisch verzekerd is, die met voordeel ongeveer 2 mm bedraagt. Tenslotte wordt in de sleuf de kunststof ingegoten en deze gelegenheid gegeven tot uitharden waardoor de torstaalstaaf rondom in de kunsthars ingebed is.
Vervolgens wordt de balk gekeerd en de onderste sleuf, aangebracht in het tot de drukzone van de balk behorende zijvlak, voorzien van de bijbehorende wapeningsstaaf uit torstaal, waar de kunststof wordt ingegoten.
Voorbeelden van de in het kader van de uitvinding geschikt te gebruiken kunststofmaterialen zijn twee-componentenmaterialen zoals epoxyhars-, polyurethanhars-, polyacrylaathars-, onverzadigde polyesterhars-en reactieve fenolharsmaterialen. Combinaties van deze harsen met bijvoorbeeld oliën of weekmakers zijn ook bruikbaar. De toepassing van een vulstof zoals harde minerale stoffen is niet noodzakelijk.
De doorsnede-afmeting van de als wapening te gebruiken stalen staven is niet doorslaggevend kritisch en is te kiezen naar de sterkteeisen waaraan men met een balk van een bepaalde houtsoort en van een bepaalde dwarsafmeting wenst te voldoen. Zo kan men voor de naaldhoutbalken met buitenafmetingen van 70 x 170 x 4500 mm torstaalstaven met
<Desc/Clms Page number 6>
een diameter van 20 mm toepassen. Maar ook staven met een diameter van 10 mm of van 30 mm zijn onder omstandigheden bruikbaar.
De voorgetoogde houten balken volgens de uitvinding, die zowel van het type zachthout als hardhout kunnen zijn, kunnen in gebruiksgerede toestand worden opgevat als een soort voorgespannen materiaal.
Het principe van het verbeteren van de draagfunctie van een balk door aanleggen van een voorspanning komt men, zoals bekend is, tegen bij het zogenaamde voorgespannen beton, zij het dat de aard en wijze van opwekken van de voorspanning bij betonbalken volledig verschilt van die bij de houten balken volgens de uitvinding. Door de wapeningswijze bij de houten balken volgens de uitvinding waarbij de staalstaven over hun totale lengte in de kunststof zijn ingebed en aldus op hun plaats verankerd, behoeft aan de kopse einden van de balken niet te worden voorzien in speciale bevestigingsconstructies voor de staalstaven zoals bij voorgespannen beton het geval is.
Het fixeren van de voor het verkrijgen van een toog, bijvoorbeeld een toog van 20 mm, rondgebogen balk kan doelmatig worden bereikt door op een aantal geschikt gekozen plaatsen wigvormige drukopneemelementen te plaatsen uit hardhout, kunststof of metaal in insnijdingen die tevoren in dwarsrichting aan weerszijden van de sleuf aan de bovenzijde van de balk, dus de trekzone, zijn aangebracht.
Ingeval de te wapenen balk een samengestelde balk is, te vervaardigen door bijvoorbeeld twee balken met de corresponderende langsvlakken met elkaar te verlijmen, vindt het togen en fixeren per balk afzonderlijk plaats waarbij na het rondbuigen wiggen worden geplaatst in insnijdingen aan weerszijden van de sleuf in de bovenzijde van de bovenbalk respectievelijk in insnijdingen aan de bovenzijde van de onderbalk. Daarna worden de corresponderende rondgebogen en gefixeerde boven-en onderbalk op elkaar gelijmd waarbij als verlijmingsmiddel gebruik kan worden gemaakt van hetzelfde kunststofmateriaal waarmede de stalen staven in de sleuven worden vastgelijmd.
De uitvinding wordt aan de hand van de tekening die een aantal uitvoeringsvoorbeelden van de balk volgens de uitvinding weergeeft, nader toegelicht. In de tekening toont : fig. 1 in zijaanzicht een houten balk met rechthoekige doorsnede, voorzien van een toog ;
<Desc/Clms Page number 7>
fig. 2 in zijaanzicht een houten balk met rechthoekige doorsnede, voorzien van drie inkepingen voor drie wiggen ; fig. 3 in zijaanzicht de houten balk volgens fig. 1 na het wegnemen van de de uitbuiging veroorzakende kracht ; fig. 4 een aanzicht van de balk volgens de lijn IV-IV in fig. 1 ; fig. 5 een aanzicht van de kopse zijde van een balk volgens de uitvinding, samengesteld uit twee met de smalle zijvlakken op elkaar gelijmde houten standaardbalken, en fig. 6 een samengestelde balk van het type van-Lammeren spant.
De balk 1 in de uitvoeringsvorm volgens fig. 2 omvat drie inkepingen 2,3 en 4. De afmetingen van de balk kunnen 70 x 170 x 4500 mm bedragen en bij deze afmetingen de hartafstanden tussen de inkepingen ongeveer 80 cm, terwijl deze symmetrisch ten opzichte van het dwarsmiddenvlak over de gehele breedte van de balk en tot een diepte, overeenkomende met 1/3 van de balkhoogte, kunnen zijn aangebracht. Door 8 en 9 zijn twee sleuven aangegeven in de tot de trek-respectievelijk drukzone behorende zijvlakken van de balk.
Met behulp van bijvoorbeeld een hydraulische inrichting wordt de balk blootgesteld aan krachten, die volgens de pijlen A, B en C op de balk aangrijpen en onder invloed waarvan de balk wordt uitgebogen.
De uitbuigafstand wordt zodanig gekozen dat de inkepingen zodanig zijn verwijd dat de hardhouten of eventueel uit een metaal of kunststof vervaardigde paren wiggen 5,6 en 7 gemakkelijk in de inkepingen ter weerszijden van de sleuf 8 kunnen worden ingelaten.
Bij het wegnemen van de op de balk 1 volgens de pijlen A, B en C werkende krachten zal de balk terugveren en in deze beweging tenslotte worden teruggehouden door de in de inkepingen ingeklemde wiggen 5,6 en 7, waardoor de balk een toog vormt met een tooghoogte t van bijvoorbeeld ongeveer 20 mm. In de aldus voorgetoogde balk 1 worden torstaalstaven 10 en 11 aangebracht en ingebed in de kunstharsmassa.
De uitvoering van de samengestelde balk volgens fig. 5 is in beginsel niet anders dan van de in fig. 1 of fig. 2-4 getoonde balk.
Door de op elkaar te lijmen vlakken van de samenstellende balken 12 en 13 te voorzien van complementaire profileringen 14 en 15 kan de juiste gecentreerde positie ten opzichte van elkaar van de balken 12 en 13 gemakkelijk worden gevonden.
<Desc/Clms Page number 8>
De vervaardiging van een zwaardere ligger op de in fig. 5 getoonde wijze voor hoogkantverlijming in de langsrichting van volle houten balken op elkaar, die verder op door de uitvinding te volgen wijze versterkt zijn, is uit fabricage-oogpunt relatief eenvoudig uitvoerbaar, waarbij geen bijzonder hoge drukken vereist zijn om de balken 12 en 13 tijdens het drogen van de lijm op elkaar te houden.
Dit in tegenstelling tot de vervaardiging van zogenaamde lijmliggers.
Bij deze door onderlinge verlijming uit dunne lagen hout opgebouwde liggers, dient bij het verlijmen van de lagen op elkaar een hoge druk te worden toegepast en gehandhaafd tot de lijm is gehard. Voor deze gecompliceerde werkwijze dient voorts van speciaal daartoe ontwikkelde apparatuur gebruik te worden gemaakt en het geheel werkt daardoor sterk kostenverhogend.
De samengestelde balk van het type van-Lammeren spant (fig. 6) omvat twee voorgetoogde balken 16 en 17, voorzien van sleuven 18,19 respectievelijk 20,21. In de sleuven 18 en 21 zijn de wapeningsstaven uit torstaal 23 en 24 aangebracht en ingebed in uitgehard kunststofmateriaal. De balken 16 en 17 zijn onderling verbonden door platte verbindingselementen zoals de elementen 25,26 en 27, vervaardigd uit metaalplaat. De elementen zijn met hun einden ingelaten in de sleuven 19 en 20 en daarin vast verlijmd met het voor de wapeningsstaven benutte kunstharsmateriaal.
Zoals in de aanhef vermeld kan in de tot de drukzone van de balk behorende sleuf als wapening ook gebruik worden gemaakt van een streng of koord uit een vezelversterkingsmateriaal, bijvoorbeeld uit glasvezelmateriaal of koolstofvezelmateriaal.
Door de versterkingswijze volgens de uitvinding verkrijgt hout in normale grotere handelsafmetingen een totaal nieuw gebied qua constructiemogelijkheden, dat wil zeggen construeren in slanke afmetingen dikte/hoogte en totaal lengte-overspanningsmogelijkheden. Hierdoor kunnen nieuwe terreinen worden ontsloten voor hout van courante grotere handelsafmetingen die tot dusverre alleen economisch bereikbaar waren voor onder meer beton en metaal.
Uiteraard kunnen aan de balken volgens de uitvinding zoals hierboven is beschreven en in de tekening is getoond, wijzigingen worden aangebracht, die binnen het raam van de uitvinding vallen.
<Desc/Clms Page number 9>
Zo kunnen behalve de in de tekening getoonde uitvoeringsvoorbeelden, die in wezen basisvormen van de houten balk volgens de uitvinding betreffen, worden aangevuld met meer gecompliceerde, samengestelde vormen. Zo kunnen de balken bijvoorbeeld worden gevormd tot delen van een van wapening voorziene spant die uiteindelijk kunnen worden samengesteld tot volledige volhouten spanten.