CN1655926A - 改进的结构夹层板构件 - Google Patents
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Abstract
一种结构夹层板构件包括第一和第二外板以及塑料或聚合物材料的芯材。大量轻质形体被布置在外板之间，以使芯材形成沿两个基本正交的方向延伸的加强筋。这些轻质形体可以是空心的或实心的，可以由泡沫、塑料或膨胀聚苯乙烯制造。该结构夹层板构件优选通过将塑料或聚合物芯材料注射到介于外板之间的封闭的空腔中形成，其中空腔中已经预置轻质形体。
Description
技术领域
本发明涉及包括两块外板和一块塑料或聚合物材料芯的结构夹层板构件，其中该芯粘结到外板上以基本上有助于该构件的结构强度的足够强度。
背景技术
通过参照而被引入的文献US5,778,813和US6,050,208中描述了结构夹层板构件，这些构件包括与中间的弹性体芯，例如，非发泡聚氨酯粘结在一起的外部金属板，例如，钢板。这些夹层板系统可以以许多结构形式用来代替增强钢板，并极大的简化了组合结构，在减少重量的同时提高了强度和结构性能(刚度，阻尼特性)。也是通过参照而被引入的国际专利申请GB00/04198中，对这些结构夹层板部件的进一步发展进行了描述。在那里描述了，泡沫形体可以被加入到芯层中以减少重量，并可以加入横向金属板以提高刚度。
根据GB00/04198的启示，泡沫形体可以是空心的也可以是实心的。空心形体能较大的减少重量，因此是有利的。该文献中所描述的形体不限于由轻质泡沫材料制成，其也可以由其它材料制成，例如，木头或钢箱。
国际专利申请GB02/01565是包括空心形体概念的进一步发展，其描述了可以容易生产和组装的形体，尤其描述了由按扣扣在一起的片形成的中空细长形体。
发明内容
本发明的一个目的是提供在芯中包括轻质形体的结构夹层板构件，其在负荷下降低了剪切形变并且改进了侧向荷载分布。
根据本发明提供了一种结构夹层板构件，其包括：由金属形成的第一和第二外板；基本密实的塑料或聚合物材料芯，该芯粘结到所述外板上以足够传递两者之间剪切应力的强度；大量放置在所述芯内的相对轻质形体；其中，所述轻质形体的放置，使得在所述板构件的平面内有沿两个基本正交方向延伸的所述塑料或聚合物材料加强筋，所述加强筋也在第一和第二外板之间延伸。
通过布置轻质形体，使得芯的塑料或聚合物材料形成沿两个基本正交方向延伸的加强筋，可以获得施加到板的载荷的较好的侧向分布，从而降低了在负荷下板构件的剪切形变。在使用中，局部施加到板构件的载荷将由塑料或聚合物材料加强筋沿两个正交方向传递，以及通过外板传递。
本发明可以被用于如国际专利申请GB00/04198和GB02/01565中所描述的泡沫和中空形体，以及任何其它适合的形体。轻质形体帮助降低结构夹层板构件质量，并不需要明显的有助于构件的结构强度。对轻质形体的基本要求是它们的密度比形成芯的塑料或聚合物材料的密度低，并且具有足够的热学和机械性能以使其在注射和固化塑料或聚合物芯的过程中能够维持想要的形体。
在该结构夹板层构件是直线型的情况下，加强筋可以沿基本平行于板的边缘的方向延伸，但是也可以沿与板构件的边缘成一定角度的方向延伸。
本发明的结构夹层板构件的外板的材料、尺寸和综合性能可以依照结构夹层板构件的特定用途的要求进行选择，总体上可以如US5,778,813和US6,050,208中描述的那样。钢或不锈钢通常以0.5-20mm的厚度使用，而铝可以应用于需要轻的重量的地方。类似地，塑料或聚合物芯可以是如同在US5,778,813和US6,050,208中描述的任何合适的材料，例如，诸如聚氨酯的弹性体。
对于一些应用，可以使用在此引入作为参考的，题目为“改进的结构夹层板构件”的UK专利申请0201903.2中所描述的非金属面板。此类非金属面板可以由加强复合材料或聚合物材料制成，例如，纤维增强聚合物材料，其厚度在1到30mm的范围内。
此外，本发明提供了一种生产结构夹层板构件的方法，该方法包括以下步骤：提供由金属形成的第一和第二外板，其与位于它们之间的大量轻质形体是定距离间隔的关系；注射未固化的塑料或聚合物材料以填充所述外板和所述轻质形体之间所限定的空间；使所述塑料或聚合物材料固化形成基本密实的材料，该材料与所述外板粘结到一起以足够传递它们之间剪切力的强度；其中所述的轻质形体的放置，使得所述的塑料或聚合物材料形成在所述板构件的平面内沿两个基本正交的方向延伸的加强筋。
附图说明
本发明将参考示范性具体方案和所附的示意图进行如下描述，其中：
图1是利用了本发明第一个具体方案的结构夹层板的桥面板的局部剖面透视图；
图2是本发明第一个具体方案的结构夹层板的平面横截面图；
图3是沿着图1的线A-A的横截面图；
图4是沿着图1的线B-B的横截面图；
图5是本发明第二个具体方案的类似于图1的视图；
图6是沿着图4中线A-A的横截面图；
图7是沿着图4中线B-B的横截面图。
具体实施方式
在各附图中，类似的部件用类似的参考数字表示。
图1显示了桥面板1的一部分，在该桥面板中可以使用本发明的结构夹层板构件。该桥面板是箱形断面梁的形式，具有由本发明的面板10形成的大约5或6米宽，大约11或12米长的桥面2和拱腹3。面板10由相隔大约4.5米的间距的横膈膜6支撑。横跨桥的宽度的四块面板在吊架4之间形成大约27米的间距。远端的鼻状物5是分开的非结构块。
图2，3和4分别是本发明中适合应用于公路桥桥面的结构夹层板的水平截面图，纵向截面图和横向截面图。注意，纵向是主要的载荷转移方向。面板10可以是5到6米宽，10到12米长，作为加强的箱形断面梁，其可以承受总重为625kN或更重的卡车载运量。
结构夹层板构件包括上部和下部外板(面板)11和12，该外板可以由钢制成，厚度在例如0.5到20mm的范围内。在本申请中6mm的厚度是合适的。绕着面板的外周，边缘板被焊接在面板11和12之间，形成一个封闭的空腔。在面板11和12之间的空腔里是塑料或聚合物材料的芯14，优选聚氨酯弹性体。该芯的厚度可以在15到200mm的范围内；在本申请中，160mm是合适的。芯14以足够的强度被粘结到面板11和12上，其具有足够的机械性能来传递在应用中两块面板之间所预期的剪切应力。芯14和面板11，12之间的粘结强度应该高于3Mpa，优选6MPa，芯材的弹性模量应该大于250MPa。对于低载荷的应用，例如地板面板，典型的应用和居住载荷具有1.4kPa到7.2kPa，粘结强度可以较低，例如，大约1MPa。凭借芯层，结构夹层板构件具有比其厚并进行了有效硬化的增强钢板的强度和承载能力。
为了降低结构夹层板构件10的重量，并不是面板11和12之间的所有容积被芯14所占据。而是，提供了一系列占据了板构件内部容积的大部分的轻质形体13。轻质形体13并不需要对板的结构强度做出很大的贡献，它们只需要具有足以承受物料形成芯14时的注射压力和固化过程中芯的放热反应所放出的热量的热学和机械性能。轻质形体13可以是实心的或者空心的，例如，其可以包括稳定的泡沫块，中空塑料模制品或中空膨胀聚丙烯模制品。这些形体通常是直线形状的，并且以栅格排列，结果是，芯14包括大量沿与形体13的长轴垂直和平行的方向延伸的加强筋15，16，而这些形体自身通常是沿结构夹层板构件10的短方向延伸。在应用中，沿面板10的长轴延伸的芯14的加强筋16将载荷传递到横膈膜6，而在面板10短轴上持续的加强筋15则帮助侧向分配载荷，并且减少面板的局部剪切形变。由于在面板中，主要的载荷传递是传递到横膈膜6，因此只需要相对较少的横向加强筋15。例如，在大约11米宽的面板中，7条横向加强筋就足够了。通常，横向加强筋的间隔在0.5到2米的范围之间。
横向加强筋15的宽度可以在大约10到100mm之间，在本申请中，50mm是合适的。在横截面中，横向加强筋15可以是长方形的或者可以是用来增加粘结到面板11，12的面积的爱奥尼亚式柱(较宽的顶和底)形式。
在平面图中显示了轻质形体13在其三边具有节(stud)131。节131与邻近的形体或结构夹层板构件的边缘板平接，以维持形成加强筋所需要的间隔。节131并没有延伸于结构夹层板构件10的全部高度，因此，它们在芯的加强筋中仅仅是形成了小孔而不是中断它们。可以在形体13的顶面和底面提供附加的节131以使形体远离面板11，12，邻近每个面板产生一个基本连续的弹性体层。可以提供聚丙烯隔片来使形体13远离结构夹层板构件的边缘。
为了生产结构夹层板构件10，沿着下部面板11的周围焊接边缘板，然后是形体13，以及放置于所形成的开放空腔里的任何隔片。在这个阶段，芯的任何预铸部分和任何剪切板或其它所想要的配件都可以放在适当的位置。然后，上部面板12被焊接到边缘板上以形成一个封闭的空腔，塑料或聚合物材料被注射形成包括加强筋15，16的芯14。然后使注射的物料固化，在注射步骤所用的注射口被磨掉，并且与通气孔一起被密封。这些步骤可以在现场操作，或者在工厂厂区外进行，完成的面板被运输到安装地点。
与图2，3，和4相对应的图5，6和7中展示了本发明中的第二个具体方案的结构夹层板构件。这个板构件可以用来在例如，建筑结构或浮动结构中作为舱底板。第二个具体方案中的结构夹层板构件20与第一个中的相似，只是小一些，并且在大约3米的宽度上只有两条纵向加强筋。鉴于在应用中所预料的载荷较低，面板可以具有大约3mm的厚度，芯的厚度可以是60mm。在图5，6和7中，结构夹层板构件20的零件是参考并对应于图2-4中的零件标记的，只是每个数字增加了10。聚丙烯隔片被显示为27。在这个具体方案中，主要的载荷传递是穿过面板的短轴，通过加强筋26传递的。横向加强筋25帮助载荷分布并且降低了侧面剪切形变。
在上面的具体方案中，横向加强筋是在塑料或聚合物材料被注射形成芯14的时候形成的。然而，该加强筋也可以作为粘合到面板11，12上的预铸部件而形成。可以领会，上述描述并不是打算其限定作用，其它修改和变动落入由所附的权利要求限定的本发明的范围内。
Claims (12)
1.一种结构夹层板构件，其包括：
由金属形成的第一和第二外板；
基本密实的塑料或聚合物材料芯，该芯粘结到所述的外板上以足够传递它们之间剪切力的强度；以及
放置在所述芯内的大量相对轻质的形体；
其中所述轻质形体的放置，使得在所述板构件的平面有沿两个基本正交方向延伸的所述塑料或聚合物材料的多个加强筋，所述的加强筋也在所述第一和第二外板之间延伸。
2.根据权利要求1的结构夹层板构件，其具有直线形状，其中，所述两个基本正交的方向与所述的结构夹层板构件的边缘基本平行。
3.根据权利要求1的结构夹层板构件，其基本成直线形，其中所述基本正交方向与所述结构夹层板的边缘形成一个锐角。
4.根据权利要求1、2或3的结构夹层板，其中，沿所述两个基本正交方向的第一个方向延伸的加强筋之间的间距比沿所述两个基本正交方向的第二个方向延伸的加强筋之间的间距大。
5.权利要求4所述的结构夹层板构件，其中沿所述两个基本正交方向的第一个方向延伸的加强筋之间的间距在大约0.5到大约2米的范围。
6.根据前面所述的任何一个权利要求的结构夹层板构件，其中，所述的加强筋的厚度在大约10到大约100毫米的范围内。
7.根据前面所述的任何一个权利要求的结构夹层板构件，其中，所述的加强筋基本不间断地从所述结构夹层板构件的一个边缘延伸到另一个边缘。
8.根据前面所述的任何一个权利要求的结构夹层板构件，其中，所述的加强筋在所述的第一和第二外板之间跨越。
9.根据前面所述的任何一个权利要求的结构夹层板构件，其中，所述的加强筋是通过向所述的第一和第二板之间所限定的空间注射所述的塑料或聚合物材料而形成的。
10.一种生产结构夹层板构件的方法，其包括下列步骤：
提供由金属形成的第一和第二外板，这些外板与介于其间的大量轻质形体呈距离间隔的关系；
注射未固化的塑料或聚合物材料以填充所述外板和所述轻质形体之间所限定的空间；以及
使所述塑料或聚合物材料固化形成基本密实的材料，该材料与所述的外板粘结到一起以足以传递它们之间剪切力的强度；
其中，所述的轻质材料形体的放置，使得所述的塑料或聚合物材料形成在所述的板构件的平面中沿两个基本正交的方向延伸的加强筋。
11.参照附图基本上如上文所描述那样构造的结构夹层板结构。
12.一种生产参照附图基本如上文所描述的结构夹层板构件的方法。
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