CN86103048A - 组合预应力结构构件及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造组合预应力结构构件的方法，包括形成一个模；提供一支持件；将可塑材料填入模以形成结构的一部分；将支持件连到模的上部，将它们支撑着使模的挠曲会引致支持件挠曲；在支持件上提供向下伸进模内的连结器；将材料填入模，材料在结固前将模挠曲使支持件受力，并在材料结固后形成组合预应力结构构件；其特征为支持件在邻接于相对于倒转支持件直立挠曲的中性轴处有凸缘，凸缘则远离相对于直立组合结构直立挠曲的中性轴，从而增加直立的组合结构的抗弯能力。

Description

本发明关于组合，预应力结构构件及制造这类构件的方法。
在建造组合，预应力结构构件的领域里，有很多预加应力的方法可以使用。特别是一种在美国专利号4，493，177内显示的将这类组合构件预加应力的方法。在这里，预加应力是透过将组合结构倒转过来形成而获得的。该倒转形成包括将组合构件的钢梁连接到模子的上方，使抗剪结合器向下伸进模子内。钢梁及模子被连接及支持，使得模子的挠曲引致钢梁的平行挠曲。当模子被填充混凝土时，钢梁与模子会因为梁、模子及混凝土的重量而向下挠曲;从而将梁预加应力。倒转了的梁的上凸缘（在直立时是下凸缘）接受一个压力的预加应力。当混凝土结固后，模子会被移走;已连接的梁及混凝土平板会倒转使组合结构直立。在直立位置时，梁的底凸缘接受一个拉力，该拉力会由倒转模制时所得的压力预应力所减少。混凝土当然接受压力。
这种预加应力产生了由浇注混凝土本身所得的改良预应力。毋须分开的预加应力工作。此外，最顶的或表面的混凝土是在模子底部形成的混凝土，混凝土的表面比没有倒转的混凝土结构有较低的渗透性，并更坚硬。更进一步的是在一个预应力关系中的这种预应力效果是基于混凝土的重量分配及梁的结合。这种预应力关系比由千斤顶所产生的将更多预应力集中在一点的预应力关系改进了很多。
本发明的结构构件以更少的价值提供了更佳的强度及抗弯曲性。
根据本发明提供了一个制造组合预应力结构构件的方法，所述方法包括形成模子;提供支持构件;将模子填充可塑性材料，在其结固后形成一个结构构件的部分，所述部分在使用时由所述支持构件支撑;将支持构件连接到模子的上面，使得模子的挠曲引出支持构件的挠曲;提供支持构件连接装置以向下伸展至模子中;固定模子及支持构件，使得模子及支持构件的挠曲可以发生;然后将模子注入可塑性材料，该材料结固后与所述支持构件形成一组合结构构件，并在材料结固完成前挠曲模子，这样，支持构件在可塑材料的结固后是在受力的状态下形成组合预应力结构构件;其中，支持构件位于或邻近相对于倒转支持构件的直立挠曲的中性轴有凸缘，该凸缘则远离相对于直立组合结构的直立挠曲的中性轴，从而将直立组合结构的抗弯能力增加。
本发明亦提供一组合预应力结构构件，其包括一个模制混凝土上平板及一下金属支持构件在连接件之下延伸及被连接件连接着;所述金属支持构件则连接到所述平板及透过将支持构件连接到模子的上面而被预加应力，使得所述模子的位移引致所述支持件有与模子约略平行的挠曲，而支持构件则被支持着，使模子及支持构件的变位能进行，而通过将模子填充混凝土而成的混凝土板挠曲模子及支持构件，使支持件会由于挠曲而被预加应力;其中，支持构件位于或邻近相对于倒转支持构件的直立挠曲的中性轴有凸缘，该凸缘则远离相对于直立组合结构的直立挠曲的中性轴，从而将直立的组合结构的抗弯能力增加。
一个尤为希望的较下支持件包括第一及第二梁，它们分别有第一及第二凸缘，它们一起形成邻近倒转支持构件的中性轴的凸缘。例如，两条工字梁可以叠起来，而将它们的凸缘焊在一起以形成支持构件。通常，细小的梁的每一重量单位的价值比较大的梁的每一重量单位的价值要低，比起减少钢材量所产生的节约能更进一步将价值降低。
为了使本发明更易于理解，以下透过参考附图以例子形式说明，其中：
图1为用于本发明的方法的两条叠起及连接的梁的部分透视图;
图2为根据本发明的方法而形成的组合预应力结构的横截面;
图3为本发明的构件在一个形成程序中的简略侧视图;
图4为已经可以使用的本发明的构件的简略侧视图;及
图5为根据本发明建造的构件的端视图。
本发明的方法尤为适合配合美国专利号4，493，177所述的方法来使用。为了进一步了解本发明，必须参考这一个专利，在此提出其有关的描述作为参考。
参考图1，本发明提供一个给包括叠在一起的工字梁11及13的组合预应力结构构件的支持。上梁11在其下凸缘15处与下梁13的上凸缘17焊接起来。如图1所示，如果工字梁11及13有足够不同的大小，可在较大的凸缘上提供一个焊接面19。为了要使工字梁11及13相对之间完全固定，必须沿着焊接面19形成连续焊接21（或固定间隔地点焊）。
现在参考图2，当叠起的梁11及13被连接后，它们会被倒转并放入模制器具23内。模制器具包括模子底部25及模子侧面27，形成混凝土被灌入的模子。隔离物29在模子末端将梁11及13支撑着，使梁有相对于模子底面25的高度。隔离物亦为末端支持系统的一部分。抗剪结合器47从梁11的凸缘30向下伸展进模内。
连接组件包括由连接枝35连接的上横梁31及下横梁33，将粱11及13连接到模子。连接组件沿着梁11及13及模子被隔开，使得模子的挠曲会引发梁11及13平行的挠曲。螺帽37分别旋在枝35的相对端以调节地将上横梁31连接到下横梁33。整个连接的模子及横梁在相对末端处由末端支撑39所支撑。
现在参考图3，当连接的模子及梁预备好后，混凝土被倾入模子内引致梁11及13以及模子在支撑39之间向下挠曲。当梁11及13由于梁、模子及湿混凝土的重量而向下挠曲时，倒转的已挠曲的梁的中性轴A-A是位于或接近该连接的中间凸缘15及17。
在混凝土被倾入模子中引致粱及模子挠曲后，混凝土会干固成一混凝土平板41。混凝土平板41由抗剪结合器47将其固定到梁11及13，抗剪结合器47从梁11的凸缘30伸到混凝土平板41。随着混凝土平板41干固后，从混凝土将模子移去，并将组合平板及梁如图4所示转回直立。在使用时，这个组合结构构件会在其末端42及43受到支撑。考虑一下在末端支撑着的组合结构，在组合结构上的恒载及活荷载的弯距令到组合件向下挠曲。相对于直立挠曲的组合结构的中性轴B-B是位于或邻近于粱11的上缘30。由于中性轴B-B邻近凸缘30，凸缘15及17均足够地低于中性轴，比起由单一条适当设计的工字梁所支持的组合结构，本组合结构的断面模量便大大增加。这样便大大改善了组合预应力结构构件的抗弯能力。
本方法及所述构件中的叠梁11及13的优点在于在一结合的构件中得到高的断面模量，并同时在倾倒混凝土以形成平板41时保持一个低的断面模量。这样可以减少用钢量而同时保持相同或更高的断面模量。此外，由于结合细小的梁的价值低于相同重量的单一条梁的价值，价值的减少更多于节省的钢。
现在参考图5，其显示一组合结构的端视，包括在混凝土平板41的起拱45，使组合构件的中性轴更远离梁11及13的凸缘15及17。起拱45可以将混凝土分两次倾倒而形成。首先，混凝土倾倒入模子之内至一平板的要求高度并容许足够的干固，以便承托着第二次的倾注。新的模板会放置在抗剪结合器47的两边以形成给起拱45的模板空间。起拱45接着被倾注至梁11的凸缘30的高度。抗剪结合器47通过起拱45而伸展至第一倾注层。
虽然上述实施例显示叠放及焊接工字梁，其实很多梁或梁的组会均有接近梁的中性轴的凸缘;可以达到当梁在预加应力时，有低的断面模量，并在组合结构时有高的断面模量。例如，T形梁可以焊到一块中间板（中性轴凸缘）以得到一个梁断面模量与组合结构断面模量有为顾客设计的比例。
以下的计算是跨度为18.29米并附有宽度为3.25米及厚度为0.178米的平板的两个组合结构设计的详情。例1是两条表面电镀的单一工字梁（W24×55）所支持，而例2则由两条叠着的工字梁（上为W24×22，下为W18×35）所支持。该两个结构均如上所述地预加应力及形成的，除了例1用了在中性轴线没有凸缘的单条梁。
以下为标号的简述：
I＝惯性矩（米4）
fb，ft＝负载时顶缘或底缘的计算应力（帕斯卡）
（C）＝压应力（帕斯卡）
（T）＝拉应力（帕斯卡）
LL＝活荷载
N＝钢的弹性模量与混凝土的弹性模量之比（短期活
荷载为7，而长期恒载则为21）
fc＝混凝土的计算应力（帕斯卡）
M＝弯矩（牛顿米）
例1：
1.钢的中性轴＝0.264米
2.一条大梁的重量＝每米97公斤
3.一条大梁的惯性矩＝7.14×10-4米4
4.大梁的顶的断面模量＝2.06×10-3米3
5.大梁的底的断面模量＝2.70×10-3米3
6.混凝土强度＝3.448×107帕斯卡
7.平板的顶加固钢枝＝15枝4号钢枝
8.平板底的加固钢枝＝8枝4号钢枝
9.N之值＝7
10.中性轴的位置＝0.60米
11.组合断面的惯性矩＝5.29×10-3米4
12.混凝土的断面模量＝0.028米3
13.顶缘的断面模量＝0.558米3
14.底的断面模量＝8.78×10-3米3
15.N之值＝21
16.中性轴的位置＝0.51米
17.组合断面的惯性矩＝4.10×10-3米4
18.混凝土的断面模量＝0.0145米3
19.顶缘的断面模量＝0.039米3
20.底的断面模量＝0.008米3
21.预应力fb＝ 734.4/(2(2.7×10-3)) ＝1.36×105帕斯卡
ft＝ 737.48/(2(2.06×10-3)) ＝1.79×105帕斯卡
22.反转fb＝ 1336/0.008 ＝1.67×105帕斯卡
表层fb＝ 124/0.008 ＝1.55×104帕斯卡
（LL+I）fb＝ 1317/(8.78×10-3) ＝1.50×105帕斯卡
∑fb＝（-1.36+1.67+0.155+1.50）×105＝1.965×105帕斯卡（T）＞1.86×105帕斯卡
23.0.105×105＝ ((M))/(2(2.7×10-3)) - (（M）)/0.008
M＝174.46牛顿米（额外需要的预应力弯矩）
24.ft＝1.79× 164.8/(2(2.06×10-3)) - (（1473.2+164.8）)/0.039 - 1116/0.558
＝（1.79+0.40-0.42-0.02）×105
ft＝1.75×105（T）＜1.86×105帕斯卡
25.倒转+表层+预应力fc＝ 78.3/(0.0145（21）) ＝0.054×105（C）
（LL+I）fb＝ 187.6/(0.028（7）) ＝0.067×105（C）
∑fc＝0.12×105（C）＜0.14×105
例2.
1.钢的中性轴＝0.38米
2.一条大梁的重量＝每米84.8公斤
3.一条大梁的惯性矩＝7.03×10-4米4
4.一条大梁的顶断面模量＝1.68×10-3米3
5.一条大梁的底断面模量＝1.85×10-3米3
6.混凝土强度＝3.448×102帕斯卡
7.顶钢＝15枝4号钢枝
8.底钢＝8枝4号钢枝
9.N之值＝7
10.中性轴位置＝0.78米
11.组合断面的惯性矩＝6.08×10-3米4
12.混凝土断面模量＝0.032米3
13.顶缘的断面模量＝0.428米3
14.底的断面模量＝7.76×10-3米3
15.N之值＝21
16.中性轴位置＝0.68米
17.组合断面的惯性矩＝4.75×10-3米4
18.混凝土断面模量＝0.016米3
19.顶缘的断面模量＝0.039米3
20.底的断面模量＝0.007米3
21.预应力fb＝ ((66.22+118.27+551.93))/(2(1.85×10-3)) ＝1.98×105（C）
ft＝ 735.84/(2(1.68×10-3)) ＝2.19×105（T）
22.倒转fb＝ 1344/0.007 ＝1.92×105（T）
表层fb＝ 144/0.008 ＝0.18×105（T）
（LL+I）fb＝ 1311.44/(7.76×10-3) ＝1.69×105（T）
∑fb＝1.81×105（T）＜1.86×105帕斯卡
23.倒转+表层ft＝ 1443/0.039 ＝0.37×105（C）
（LL+I）ft＝ 12.84/0.428 ＝0.03×105（C）
∑ft＝1.79×105（T）＜1.86×105帕斯卡
24.倒转+表层fc＝ 1478/(0.016（21）) ＝0.044×105（C）
（LL+I）fc＝ 1331/(0.032（7）) ＝0.059×105（C）
∑fc＝0.99×104（C）＜0.14×105帕斯卡
以上两个设计均为可接受的，因为它们的最终应力非常相似。但是，使用叠梁的例子明显地优胜，因为它用更少钢材、无须额外的预应力弯矩、有更低的混凝土应力并会挠曲更少。其中一种决定叠梁例子与表面电镀滚轧梁（工字梁）的例子那一个较优胜的办法是比较它们的组合与非组合断面模量。
例子1的断面模量比例为
(8.78×10-3)/(2×2.70×10-3) =1.63
而例子2的断面模量比例为
(7.76×10-3)/(2×1.85×10-3) ＝2.09。

Claims (9)

1、一种制造组合预应力结构构件的方法，所述方法包括形成一个模子(23，25，27)，提供一支持构件(11，13)将可塑材料填入模(23，25，27)，所述材料在结固后会形成在使用时由所述支持构件支持的结构构件的一部分，将支持构件(11，13)连接到模子(23，25，27)的上部，使得模子(23，25，27)的挠曲会引致支持构件(11，13)挠曲，在支持构件上提供向下伸进模子之内的连结装置(47)，将模子及支持构件安装起来，使得模子及支持构件的挠曲可以发生，然后将模子填充可塑材料(41)，所述材料结固后与所述支持构件形成组合结构构件，所述材料在结固完成前将模子挠曲，这样使支持构件进入一个受力状态，并在可塑材料结固后形成组合预应力结构构件，其特征在于支持构件(11，13)位于或邻接于相对于倒转的支持构件的直立挠曲的中性轴(A-A)处有凸缘(15，17)，该凸缘则远离相对于直立组合结构的直立挠曲的中性轴(B-B)，从而增加直立的组合结构的抗弯能力。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述可塑材料为混凝土。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述下支持构件由一条钢梁所组成。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述支持构件包括第一及第二钢梁（11，13），并在所述凸缘（15，17）处连接。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述第一及第二钢梁（11，13）分别有第一及第二凸缘（15，17），它们连接起来形成所述凸缘。
6、一个组合预应力结构构件包括一个模制上混凝土平板（41）及一下金属支持构件（13，17）在下面伸展及由连接件（47）连接，透过将支持构件连接到模子（23，25，27）的上面来将所述金属支持构件（11，13）连到所述平板（41）及将之预加应力，使得所述模子的挠曲会引起所述支持构件产生一大致平行挠曲，而模子与支持构件则被支持着使模子及支持构件的挠曲可以发生，混凝土平板（41）由将模子（23，25，27）填充混土而制成，以挠曲模子及支持构件，使得支持构件因挠曲而被预加应力，其特征在于支持构件（11，13）在或邻接于相对于倒转的支持构件的直立挠曲的中性轴（A-A）处有凸缘（15，17），该凸缘则远离相对于直立组合结构的直立挠曲中性轴（B-B），从而增加直立的组合结构的抗弯能力。
7、如权利要求6所述的组合结构，其特征在于所述支持构件包括第一及第二梁（11，13）叠起来并在所述凸缘（15，17）处连接。
8、如权利要求7所述的组合结构，其特征在于所述第一及第二梁（11，13）分别有第一及第二凸缘（15，17），它们一起形成所述凸缘。
9、如权利要求8所述的组合结构，其特征在于所述第一及二凸缘（15，17）焊接起来形成所述凸缘。
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