CN1671932A - 增强设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于支承结构的增强设备，它具有一种叠层结构，叠层结构汇入一个锚固装置内，其特征在于，此叠层结构由多个分离的或可分离的单层组成，在单层之间至少在锚固装置的区域内设有夹层。本发明还提供用于制造这种增强设备的方法和以这种增强设备为基础用于整修和/或增强建筑物的方法。优选地，叠层结构有碳纤维增强的塑料薄片(CFK)作为单层，它们埋入一个热塑性的基体内。优选地，叠层结构的单层以热塑性的常用塑料为基础，以及优选具有附加地设在单层之间的织物层或金属板作为夹层，而且特别优选一种双向定向的织物，尤其一种双向定向的芳族聚酰胺纤维织物。

Description

增强设备
技术领域
本发明涉及一种用于支承结构的增强设备，它具有一种叠层结构，叠层结构汇入一个锚固装置内，其特征在于，叠层结构由多个分离的或可分离的单层组成，在单层之间设有夹层。此外本发明提供用于制造这种增强设备的方法以及用于以这种增强设备为基础用于整修和/或增强建筑物的方法。
背景技术
国际专利申请PCT/CH98/00346(作为WO 99/10613公开)公开了一种此类型的增强设备。在那里，规定用于增强支承构件，例如混凝土梁的CFK薄板端部分割成至少两个大体等厚的片，以及各粘入一个终端件中彼此按一个角度布置的相应固定槽内。此结构被粘在支承构件的受拉力侧上，此时，CFK薄板优选地相对于支承构件直接通过终端件预紧。终端件可置入支承构件内的一个相应的孔内，或直接粘在和/或用销钉连接在支承构件表面上，必要时使用横向夹紧装置。
但是，尤其在锚固装置中这种增强设备的汇入区内，由于突然的横截面改变，产生规则的横向于增强设备主轴线作用的巨大的力。由此在此类增强设备的内部造成不希望的“额定断裂点”，它们随着时间的推移损害增强设备，以及最终可能越来越严重地降低其强度直至整个设备断裂破坏。
因此，为避免此问题，往往在锚固装置内这种增强设备的汇入区采用一种恰当的横向夹紧装置。然而这种横向夹紧装置本身易产生故障，以及整个结构非常复杂和昂贵。此外，由此还使增强设备沿主轴线方向的应力并不少见地直至和超出负荷极限，所以在锚固装置的区域内可能出现叠层结构承载强度的缺失。
发明内容
因此本发明的目的是克服先有技术的缺点以及提供一种增强设备，它不仅在锚固装置内的汇入区保证不断裂和能承载，而且与此同时能沿主轴线方向毫无问题地耐受承载的主锚固装置的最大负载。
此目的借助按本发明的增强设备达到。按本发明的用于支承结构的增强设备按权利要求1的特征有一种叠层结构，它汇入锚固装置内，其特征在于，此叠层结构由多个分离的或可分离的单层组成，在单层之间至少在部分区内，优选地在锚固装置的区域内设夹层。此外提供制造这种增强设备的方法和以这种增强设备为基础整修和/或增强建筑物的方法。优选地，叠层结构有碳纤维增强的塑料薄片(CFK)作为单层，它们埋入热塑性塑料基体内。优选地，叠层结构的单层以热塑性常用塑料为基础，以及优选地有附加地设在单层之间的织物层或金属板作为夹层，以及特别优选地是双向定向的织物，尤其双向定向的芳族聚酰胺纤维织物。
本发明涉及一种支承结构的增强设备，它有一种叠层结构，叠层结构汇入一锚固装置内，其特征在于，叠层结构由多个分离的或可分离的单层组成，在单层之间设夹层。此外本发明提供用于制造这种增强设备的方法以及用于以这种增强设备为基础整修和/或增强建筑物的方法。优选地，叠层结构有碳纤维增强的塑料薄片(CFK)作为单层，它们埋入热塑性塑料基体内。优选地，叠层结构的单层以热塑性常用塑料为基础，以及优选地有附加地设在单层之间的织物层或金属板作为夹层，以及特别优选地是双向定向的织物，尤其双向定向的芳族聚酰胺纤维织物。
本发明涉及一种支承结构的增强设备，它有一种叠层结构，叠层结构汇入一锚固装置内，其特征在于，叠层结构由多个分离的或可分离的单层组成，在单层之间设夹层。优选地在这种增强设备中叠层结构两个端部分别汇入一个锚固装置内。按一种优选的实施形式，这种增强设备有一种叠层结构，它有碳纤维增强的塑料薄片(CFK)作为单层。按一种优选的实施形式，增强设备的单层埋入一种热塑性塑料基体内。按一种优选的实施形式，这种增强设备叠层结构的单层以一种热塑性的常用塑料为基础。按增强设备的另一种优选的实施形式，在叠层结构的单层之间附加地设织物层或金属板作为夹层，在这种情况下优选地设一双向定向的织物作为夹层，尤其是一个双向定向的芳族聚酰胺纤维织物。按增强设备的一种优选的实施形式，锚固装置涉及多个，优选地两个，连接成一个在空间上围绕叠层端部的空心体的空心体段。这些空心体段可借助于穿过整个叠层厚度的圆柱孔连接，优选地螺钉连接。在这里采用热塑性材料带来附加的突出的优点是，可以使用一种可加热的工具，以便在材料内目标非常准确和细心地加工装配孔，加工时埋入的碳纤维可以避让此工具并因而不会由于钻孔而受损，从而相应地有利于提高稳定性以及由此促使整个增强设备尤其能承受轴向载荷。
按另一种实施形式，这种锚固装置涉及至少一个可轴向调整的圆柱体，特别优选地涉及至少一个用钢或尤其纤维增强塑料制的可旋转地轴向支承的圆柱体，它可以设有调整螺钉。按一种优选的实施形式，锚固装置涉及一种夹紧头，它优选地可借助一根沿轴向延伸的螺杆调整和制动。
此外，本发明涉及一种制造上述增强设备的方法，此方法的特征在于有下列步骤(a)至(d)：
(a)按已知的方式将普通的薄片劈裂成多个单层；
(b)将多个夹层嵌入按(a)制成的单层之间；
(c)将叠层结构优选地通过加热和/或加压的作用熔成一种夹层式板叠；
(d)优选地借助适用的夹紧设备加上锚固装置。
按另一种实施形式，按本发明的方法其特征在于有下列步骤(a)至(c)：
(a)按已知的方式将多个普通叠层结构的普通单层与多个夹层组合成一种优选地交替排列的叠层结构；
(b)优选地通过加热和/或加压的作用将叠层结构熔成一种夹层式板叠；
(c)优选地借助适用的夹紧设备加上锚固装置。
这种方法的一种优选的实施形式其特征在于方法有一个附加的步骤，在此步骤的范围内，叠层结构的横截面在与锚固装置连接的区域内增大，为此优选地交替在叠层结构上施加附加的单层和/或夹层。
这种方法的另一种优选的实施形式其特征在于，叠层结构的两端分别汇入一个锚固装置内。
这种方法的另一种优选的实施形式其特征在于，叠层结构有碳纤维增强的塑料薄片(CFK)作为单层。
这种方法的另一种优选的实施形式其特征在于，叠层结构的单层埋入一种热塑性塑料基体内。
这种方法的另一种优选的实施形式其特征在于，叠层结构的单层以一种热塑性的常用塑料为基础。
这种方法的另一种优选的实施形式其特征在于，在叠层结构的单层之间附加地设织物层或金属板作为夹层，优选地设一种双向定向的织物，尤其一种双向定向的芳族聚酰胺纤维织物。
这种方法的另一种优选的实施形式其特征在于，锚固装置涉及多个，优选地两个，连接成一个在空间上围绕叠层端部的空心体的空心体段。
这种方法的另一种优选的实施形式其特征在于，锚固装置涉及至少一个可轴向调整的圆柱体，优选地至少一个可旋转地轴向支承有调整螺钉的钢圆柱体。
这种方法的另一种优选的实施形式其特征在于，锚固装置涉及一种夹紧头，它优选地可借助一根沿轴向延伸的螺杆调整和制动。
此外，本发明还涉及一种增强和/或整修建筑物的方法，此方法的特征在于，在此方法的范围内，建筑物的至少一个承载的结构构件配备一个上述的增强设备。
最后，本发明涉及增强设备的应用，如上所述应用于增强和/或整修建筑物，优选地以混凝土为基础的承载的结构构件，尤其应用于增强桥梁结构。
附图说明
下文参见在图1至3中公开的典型实施例详细说明本发明优选的实施形式。
具体实施方式
图1表示了一个按本发明的增强设备例子，并同时图解制造方法，其中在图的上部表示纵剖面图，在其下部表示横截面图。增强设备的这种实施形式可以优选地按方法的步骤1至5说明如下(也可以取代织物夹层(1)采用金属板)：
1.将薄片沿厚度分割以增大表面(例如分成2-7部分)：
a)劈裂惯用的薄片：
·薄片可例如借助一种加热的切割工具(例如刀片、热丝)沿厚度分割成期望数量的分薄片。此过程比已知的热固性塑料薄片的劈裂过程(见公开的WO 00/50706)对纤维有更好的保护。
·薄片端部的纤维可通过加热从基体露出。
可按期望的形式设计纤维和熔入夹紧头内。
b)另一种制造方法工作如下：
·由多个薄层(所谓薄带)组成一个薄片。这些一个个薄带通过加热和加压互相压成一个单个薄片。在此制造过程中在锚固区内夹入分隔膜(在期望的区域内不复合各薄带)。
·首先由薄带制造锚固头，只有在这之后才在自由长度上将薄带焊成一个薄片。
·薄片，优选地沿其整个厚度，在薄带之间设双向织物(见步骤2)。
2.置入有热塑性塑料基体的双向织物(优选地有+/-45°定向的芳族聚酰胺纤维织物)。在每第一个形成的分离层内置入一个织物。
3.在必要时可附加地增大锚固区内的横截面，为此交替地将一个织物和一个薄的(约0.2mm)厚的薄片带(Lamellentape)粘在外面。
4.如此获得的夹层状叠层结构在加热和加压作用下熔成一个板叠。在有些情况下此过程必须分成多个阶段进行(每个单层)。
5.在薄片与头部之间的过渡区由于横截面改变会产生横向拉力。它们可优选地借助适用的装置(例如钢或碳纤维型材)借助螺钉夹紧(3)。
图2表示按本发明的增强设备在锚固装置内最终锚固的另一种可能的方案，其中在图的左部表示纵剖面图以及在图的右部表示横截面图。
在文献EP 1 000 208 B1(＝WO 99/06651)中公开了薄片端部在图2的范围内表示为锯齿形的按本发明的实施形式。按本发明的一种优选的实施形式，这种锯齿形的薄片端部附加地弯曲成，能通过由此造成的在锚固装置内薄片半径的改变，实现一种与应力相匹配的曲率半径，从而进一步降低在锚固装置汇入区内上面已论及的出现“额定断裂点”的危险。
本发明这种优选的实施形式可能的制造方法可说明如下，其中锚固零件可由普通的常用塑料或由钢构成。
1.锯齿形：
a)首先制造薄片端段的锯齿形状(例如通过在一适用的模具内加热和加压)，接着在适用的阳模和阴模内进行事后的调整。
b)在一个加热的阳-阴模具内压制端部，模具将薄片造成期望的锯齿形。然后这一形状作为锚固部分留在薄片上。
2.在锯齿形薄片端段上固定此形状：
这种(由普通的常用塑料或金属制的)包壳可以在边缘实施粘结(B1)、螺钉连接(B2)或全面地握裹(B3，例如用芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维、或优选地碳纤维)。
按另一种优选的实施形式，一种如上所述的增强设备的锚固装置可以以一个如在图3中示意地表示的钢圆柱体为基础(在图上部表示纵剖面图，以及在其下部表示俯视图)。
本发明这种优选的实施形式可能的制造方法可说明如下：
1.为了能将薄片卷绕为小的半径，薄片必须被劈裂(或已经劈裂)。这可以类似于按图1的实施形式(将薄片的厚度分割以增大表面)进行(见上文)。
2.在钢或优选地纤维增强的塑料制的圆柱体上卷绕叠层结构。叠层结构的不同单层可以为了固定插入一槽内，或机械地(借助横件和螺钉)固定。通过圆柱体和CFK薄片之间的静摩擦减小应力。因此，圆柱体的表面优选地应选择为尽可能粗糙。
3.通过加热头部形成紧凑的结构部分。
按照另一种优选的实施形式，叠层结构的每个单层也可以分别卷绕在一个用钢或优选地纤维增强的塑料制的圆柱体上，并因而以多个圆柱体为基础构成锚固装置。

Claims (22)

1.用于支承结构的增强设备，具有一种叠层结构，该叠层结构汇入一个锚固装置内，其特征为：叠层结构由多个分离的或可分离的单层组成，在单层之间至少在锚固装置的区域内设有夹层。
2.按照权利要求1所述的增强设备，其特征为：叠层结构的两端分别汇入一个锚固装置内。
3.按照权利要求1或2之一所述的增强设备，其特征为：叠层结构有碳纤维增强的塑料薄片(CFK)作为单层。
4.按照权利要求1至3之一所述的增强设备，其特征为：叠层结构的单层埋入一个热塑性的基体内。
5.按照前列诸权利要求之一所述的增强设备，其特征为：叠层结构的单层以一种热塑性的常用塑料为基础。
6.按照前列诸权利要求之一所述的增强设备，其特征为：在叠层结构的单层之间附加地设有织物层或金属板作为夹层，优选一种双向定向的织物，尤其一种双向定向的芳族聚酰胺纤维织物。
7.按照前列诸权利要求之一所述的增强设备，其特征为：锚固装置涉及多个，优选两个，连接成一个在空间上围绕叠层端部的空心体的空心体段，它们必要时借助穿过整个叠层厚度的圆柱孔进行连接，优选螺钉连接。
8.按照前列诸权利要求之一所述的增强设备，其特征为：锚固装置涉及至少一个可轴向调整的圆柱体，优选至少一个用钢或特别优选地用纤维增强塑料制成的可轴向旋转支承的圆柱体，它必要时设有调整螺钉。
9.按照前列诸权利要求之一所述的增强设备，其特征为：锚固装置涉及一种夹紧头，它优选地可借助一根沿轴向延伸的螺杆进行调整和制动。
10.用于制造按照前列诸权利要求之一所述的增强设备的方法，其特征为：此方法有下列步骤：
(a)按已知的方式将普通的薄片劈裂成多个单层；
(b)将多个夹层嵌入按(a)制成的单层之间；
(c)将叠层结构优选通过加热和/或加压的作用熔成一种夹层式板叠；
(d)优选借助一种适用的夹紧设备装上锚固装置。
11.用于制造按照权利要求1至9之一所述增强设备的方法，其特征为：此方法有下列步骤：
(a)按已知的方式将普通叠层结构的多个普通单层与多个夹层组合成一种优选交替排列的叠层结构；
(b)优选通过加热和/或加压的作用将叠层结构熔成一种夹层式板叠；
(c)优选借助适用的夹紧设备装上锚固装置。
12.按照权利要求10或11所述的用于制造增强设备的方法，其特征为：此方法还有一个附加的步骤，在此步骤的范围内，叠层结构的横截面在与锚固装置连接的区域内增大，为此优选交替地在叠层结构上施加附加的单层和/或夹层。
13.按照权利要求10至12之一所述的方法，其特征为：叠层结构的两端分别汇入一个锚固装置内。
14.按照权利要求10至13之一所述的方法，其特征为：叠层结构有碳纤维增强的塑料薄片(CFK)作为单层。
15.按照权利要求10至14之一所述的方法，其特征为：叠层结构的单层埋入一个热塑性的基体内。
16.按照权利要求10至15之一所述的方法，其特征为：叠层结构的单层以一种热塑性的常用塑料为基础。
17.按照权利要求10至16之一所述的方法，其特征为：在叠层结构的单层之间附加地设有织物层或金属板作为夹层，优选一种双向定向的织物，尤其一种双向定向的芳族聚酰胺纤维织物。
18.按照权利要求10至17之一所述的方法，其特征为：锚固装置涉及多个，优选两个，连接成一个在空间上围绕叠层端部的空心体的空心体段。
19.按照权利要求10至18之一所述的方法，其特征为：锚固装置涉及至少一个可轴向调整的圆柱体，优选至少一个用钢或特别优选地用纤维增强塑料制成的可轴向旋转支承的圆柱体，它必要时设有调整螺钉。
20.按照权利要求10至19之一所述的方法，其特征为：锚固装置涉及一种夹紧头，它优选地可借助一根沿轴向延伸的螺杆进行调整和制动。
21.用于增强和/或整修建筑物的方法，其特征为：在本方法的范围内，建筑物的至少一个承载的结构构件配备一个按照权利要求1至9之一所述的增强设备。
22.按照权利要求1至9之一所述的增强设备用于增强和/或整修建筑物的应用，优选用于以混凝土为基础的承载的结构构件，尤其是桥梁结构。
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