複合構件中位移體積的系統和方法

2023-05-02 09:31:06

專利名稱：複合構件中位移體積的系統和方法
技術領域：
本發明涉及位於精密均一性幾何網格內的複合材料三維建築構件中的系列位移體積的設計和實施，其通過整合在三維鋼結構中的間隔系統進行確定和固定，在曲率和角度方面以任意方向靈活形成。由於現有技術缺乏靈活性，考慮到市場對靈活性和精確裝配以及適用範圍的需求提高，本發明以簡單經濟的方式解決了這些問題。適用性的範圍擴大將通過材料的顯著減少而產生環境效益。此外，適用性範圍增大的一部分涉及非工業化國家基礎設施和建築的改進。
背景技術：
在20世紀90年代，發明了雙軸空心板[EP0552201]。該發明在混凝土板內混入空心體來節省材料和重量。描述了混入空心體以及設計空心體的不同方法。該專利描述了建築用雙軸混凝土構件中空隙的理想結構尺寸和布局 (placement) 0其也描述了使用早已成為必需的頂部和底部鋼筋(reinforcement)來鎖定這些空隙的簡單經濟的方式，頂部和底部鋼筋常常存在於建築用混凝土板中。該發明涵蓋存在頂部和底部鋼筋的情形，如混凝土板。該發明的退步在於存在頂部和底部鋼筋，以及三維結構如沿輪廓線(contour lines)的彎曲牆壁或地基板(slab on ground)缺乏靈活性。專利[EP0552201]還描述了由部分球體/橢球體形成完整空隙的方式，但卻沒有給出有關由部分球體裝配的空隙的強度的問題的解決方法。若干申請，[JP2003171994]、[JP2004092166]、[JP2004176309]、[JP2004244938]、 [JP2005146721], [JP20051633401], [JP2005188265], [JP2005282010], [JP2005105596], [JP2005315065]、 [JP2006089994]、 [JP2006009363]、 [JP2006138166]、 [JP2007032055]、 [JP2007113337]，追隨(addresses)專利[EP0552201]，試圖實現額外的連接特徵，以建立用於固定頂部和底部鋼筋之間單個空隙卻不與一個或兩個鋼筋網格直接接觸的創造性方法，這些申請顯然旨在圍繞專利[EP0552201]且不違背該專利的權利要求，找到一種僅僅使用已經存在的鋼筋網格涉及最佳方案的方法。所有這些申請都是高度不可行的，並且導致材料消耗、製造和實施的成本昂貴。[W002092935]描述了專利[EP0552201]主要涵蓋的方法並且充分描述了專利 [EP0552201]之後的最終系統。描述的其他方法的可行性明顯更差且更加昂貴。[W02005080704]描述了在特別製作的網格內固定一行球(a row of balls)的方法，其中網格被彎曲以固定單個球。該方法的缺點有以下幾點a)過多使用非功能性鋼；b)需要特別製作網格以及彎曲網格；c)缺乏對各行球(rows of balls)之間距離的控制。(所有現存的理論和測試都要求在三個方向上控制空隙)；
d)在彎曲網格內放置單個球耗費時間；e)在鋼筋網格之間放置每行球耗費時間；f)缺乏對鋼筋網格精確布置的控制；g)具有模塊性(modularity)的特別預製的鋼筋網格，其模塊性對應於空隙的模塊性，從而允許空隙滲入網格；h)最終結構與[EP0552201] —致。[JP2006152657]描述了一種輕質的嵌入材料、輕質的嵌入材料結構以及能夠通過一次模塑類型(one moulding type)經濟地製造的輕質嵌入材料的形成裝置。該設計的主要退步在於，由於穩定化聯鎖器而缺乏堆疊能力。因此，這種昂貴的設計，由於昂貴的運輸成本(空運)甚至更加昂貴。[JP2004176309]這一申請幾乎是[EP0552201]的直接拷貝，因此也已經被涵蓋。

發明內容
與現有技術相比，本發明建立了增強的靈活性，從而使得能夠將該系統引入到用於所有建築構件和土木建築如牆壁、地基板(slab on ground)、浮基、海岸防護和道路中的複合材料領域的顯著更廣範圍的應用中，並在曲率和角度方面以任意方向靈活形成，由此滿足市場對於靈活性和精確裝配以及增大適用性和可能性範圍的提高的要求。與現有技術相比，本發明解決了有關建築構件內位移體積的涉及強度、運輸和裝配所存在的多種問題，從而獲得與材料減少、運輸減少和精確裝配相關的成本有效的優質
女口
廣 PFt ο本發明描述了一種位移系統，其由位於精密均一性幾何網格內的一系列位移體積構成，其通過幾何鎖定系統以特別設計的三維鋼結構形式整合在複合構件中的間隔系統確定，確保快速和準確的實施，並且設計用於確保本發明複合構件的整體性以及提高其剪切強度。本發明還描述了用於實際實施所述位移系統的方法。
具體實施例方式本發明包括一種位移系統，其解決了有關複合構件內位移體積的涉及靈活性所存在的若干問題，從而使得能夠將該系統引入顯著更廣範圍的應用中。本發明進一步解決了關於強度、運輸和裝配所存在的若干問題，從而獲得在材料減少、運輸減少和精確裝配方面成本有效的優質產品。目前所有的測試和研究都是基於位移體積的精確均一性幾何布置以及建築用鋼相對於位移體積和建築構件整體幾何學的位置。為了能夠將這些測試和研究用於實際實施中的驗證，顯然位移系統必須使位移體積的精確布置成為可能。如果體積位於精確均勻性幾何網格內，則獲得有效的位移系統，其中，體積直徑與體積中心間距離的比例(測量為同一平面中的最短距離)為0. 5至1。本發明通過將位移體積整合到三維鋼結構內的間隔系統的實施，使得能夠實現所述體積和鋼的精確幾何布置。位移體積的精確位置可以由整合在體積中的間隔系統控制，或者由控制體積的外部間隔系統控制。與完整的位移體積相比(其中運輸是非常昂貴的並且佔總成本的相當大一部分)，運輸部分、可堆疊主體(bodies)(其在到達點進行裝配)的成本達到75%以下。同時，描述的設計/方法確保快速精確的裝配，這進一步最大限度地減少了成本。使用系列位移體積的特殊設計/方法解決了有關部分主體裝配的位移體積的強度相關問題。部分主體的兩個殼之間的接觸線是非常薄弱的點(week point)，當平行於接觸線施加負載時其易於裂開。實際上，由於來自堆疊、工人、設備和相關事項的重力作用，該力總是垂直的。這由本發明的方法所解決，其中，接觸線被控制/固定在水平位置，因此決不會暴露於與接觸線平行的力。控制位置的另一種積極的副作用是與部分主體構成的單一位移體積相比材料減少，同時系統減少了將位移體積固定到其優選位置所需的鋼量。該位移體積可由優選經回收的/廢棄的產品，如塑料或纖維材料製成，且可以具有任何特定形式，從部分殼到任何形式的完整和最終的位移體積。獲得關於材料減少、運輸和裝配的成本有效的優質位移系統。整合在特別設計的三維鋼結構內的位移體積給出關於處理、形成和強度的增強的靈活性。鋼結構內的材料在併入到硬化材料構件內時對於給予強度，以及確保建築構件內的整體性是完全有效的，因此，不使用過多的材料。通過標準材料和標準方法製造鋼結構，並且可通過標準方法計算彎曲強度。特定間隔系統在形成所需的建築構件中提供了增強的靈活性。其可以垂直、水平地實施或可以傾斜地實施，以允許沿地形輪廓線的彎曲牆壁和屋頂以及地基板。建築構件內位移體積和晶格結構(lattice structure)的整合可以伴隨位移-晶格一個或更多個面上的補充鋼筋網格而實施。位移系統可以整合到複合建築構件中，其中，一個或更多個面設置(furnish)有非硬化或硬化材料薄板(Plate)。完全和最終建築構件通過添加一個或多個其他的非硬化和/或硬化材料層而獲得。非硬化材料薄板可通過焊接或標準錨定方法直接連接到三維鋼結構。該三維鋼結構可利用粘合而部分或完全整合到硬化材料薄板中。非硬化材料的布置和/或硬化材料的鑄造可以在工廠或建築工地完成。相對於三維鋼結構中的杆，位移體積可具有大於Omm的小間隙，從而如果所述三維鋼結構將被整合到任何硬化材料的建築構件中，允許主體用作施加於任何硬化材料的正常振動上的振動器，以便完成硬化材料更快更好的振動。由於位移系統的幾何結構(geometry)和重量連同硬化材料和特別設計的三維鋼結構之間的粘附，允許第一層硬化材料鑄造到覆蓋多達10%位移體積高度的距離，而位移體積的浮動能力沒有超過鋼結構的粘附作用和摩擦阻力，因此硬化材料的布置必須巧妙地依次完成。一個非常重要的方面是，特定的三維鋼結構可以設計並巧妙地布置在第一層硬化材料中來提供第一層和第二層硬化材料之間粘合所必要的阻力，從而確保複合構件內的整體性。此外，無論建築構件是否用作垂直或水平結構，特定的三維鋼結構可以設計用來提供對剪切力的足夠阻力。
系統中的靈活性允許將一定範圍的不同材料併入複合構件中，從而獲得有利的特性。除了位移體積引起的材料減少之外，該體積包括用於絕緣的空氣。可以通過在複合構件中間的位移體積之間添加一層具有絕緣效果的材料來增強該效果。可以根據製造喜好，通過將所述材料傾倒、噴射或壓入位移體積之間，或通過將位移系統壓入絕緣層而添加這樣一層高絕緣的材料、或軟密度材料或硬化材料。位移系統的靈活性對於地基板和接地保護(earth protection)是理想的。該系統允許將適合用作對溼度和溫度絕緣的薄膜的材料併入層中。地基板一般由具有三個主要特性的層構成。最低層應用作密封層以防止毛細作用，往上一層是硬化或非硬化的絕緣層， 隨後是用作建築基層(basement layer)的上硬面(upper hard surface)。位移系統可與形成部分絕緣層的位移體積整合。絕緣層可以通過但不限於直接噴射到位移系統的硬化泡沫或從兩側巧妙壓到位移系統的較軟絕緣材料板來形成。位移系統可以採用不同程度的預製實施。最簡單的是由不含所描述的材料層的位移系統構成，而最先進的則是由整合有絕緣層和實施時朝上用作可能建築的基層的硬外層的位移系統構成。半預製部分隨後被就地 (on site)壓入密封層中。三維鋼結構確保層之間的整體性。位移系統可以整合到硬化材料中，其為特別有用且具有低成本的固化/穩定化系統，用於所有類型的地基板中，包括但不限於道路和海岸防護。對於道路而言，可以添加一層浙青，因為具有整合的三維鋼結構的硬化材料提供了足夠硬且穩定的基礎。這種類型的道路在易發生嚴重的雨水/洪水的地區尤其有用，如果地基(base)載有疏鬆砂巖/碎石/ 石頭則雨水/洪水可侵蝕道路。對於海岸防護，系統的靈活性允許沿著組成海岸防護的地形輪廓線的穩定覆蓋。 沿著輪廓線，涉及在傾斜表面上鑄造硬化材料。本發明使之複雜性降低，因為位移體積使得能夠將硬化材料設置到顯著更高的程度且沒有位移體積，而不是由重力拖向較低的垂直水平。適用性的範圍擴大將通過顯著的材料減少而導致環境效益，特別是關於非工業化國家內基礎設施和建築改進的應用，在這些國家中，對於諸如集料和水泥的資源的獲取受到限制且是昂貴的，並且常常涉及非環境友好的、非常長距離的重型運輸。本發明不同方面的一個可替換實施例是併入由鋼結構固定的外層熱致晶體。在加熱的情況下熱致晶體轉化成液相併且可以用於溫度調節和設計原因。由於在位移系統上(特別是位移體積)由硬化材料引起的向上漂移(up drift)， 硬化材料中位移系統的實際實施必須巧妙地進行以避免伴隨位移系統浮動的問題。位移系統位置的控制可以多種方法完成，但是一種方法比其他方法更實用。首先，將位移系統放置在給定表面上，具有或不具有間隔體(spacers)，或者部分壓入相對較軟的材料中，且在位移系統和材料層之間具有或者不具有固定裝置(fixing means)。第二，將流動形式的硬化材料輕輕地、巧妙地分布到所述位移系統之上，由此將該流動材料小心定位到給定表面範圍的特定高度，覆蓋位移系統的預定部分，因而，位移系統和硬化材料之間的垂直力和摩擦阻力的結合防止位移系統由於位移系統上由硬化材料的向上漂移所致的浮動。
第三，如果必要的話，該硬化材料層可通過常用裝置(normal means)振動。由於位移體積連同小間隙被布置到三維鋼結構中，位移體積將對硬化材料的任何振動起反應， 因為位移體積與所述硬化材料直接接觸，因此其用作施加的振動器。第四，在該層硬化材料上，可以布置另外的非硬化或硬化材料層。設計三維鋼結構固定到所有現存的剛性層中，使得能夠實現包括層和三維鋼結構的最終建築構件中的完全一致性。


圖1示出了兩個系列(105)的殼(100)，每個的形狀為部分的完全位移體積(108) (通常為部分球體/橢球體)，其被設計用來裝配一個和(另)一個來建立相關系列(110) 的完全位移體積。部分位移體積通過間隔系統(120)移位。部分位移體積的邊緣(130) 被設計為使得兩個部分殼能夠相互緊密裝配而形成穩定的結(joint)。插入部分(male portions)或閂鎖(135)從邊緣突出(extrude)，設計用於連接和固定到相應殼(100)的邊緣(130)內的母件部分或開口(136)中，共同形成完全和最終的位移體積(108)。圖2示出了一個系列(105)的殼(100)，設計用於通過彎曲系列(105)的一半而裝配至鉸鏈(137)中，從而形成完全位移體積(108)的系列(110)。圖3示出了設計用於裝配到兩個部分殼(100)之間的環緣(rim) (140)的併入，所有三個部分聯鎖成完全位移體積——單獨或作為系列。環緣(140)可以是單獨的或者是部分的系列(150)環緣。環緣(140)可以設計為用作強化完成的完全位移體積(108)的強固環緣 (reinforcing rim) 0圖4示出了聯鎖兩個或更多系列(10 的殼，連同連接多個位移體積(108)的系列(150)環緣的併入。圖5示出了作為部分固定的幾何結構連同晶格結構(220)整合的系列(110)，晶格結構(220)通常由鋼製造，但是不限於鋼，由縱鋼(longitudinal steel) (200)和角鋼 (angular) (205)組成。設計晶格結構使位移體積(108)裝配於角鋼Q05)內的開口中，從而將位移體積(108)固定在晶格結構Q20)中。縱鋼(210)可以連接到角鋼(205)來控制位移體積(108)和晶格結構Q20)之間的移動。根據實際使用，系列(110)的位移體積 (108)和晶格結構(220)可以通過兩個或更多個由鋼或其他材料製成的連接器(230)連結用於實際原因。這些連接器(230)可以放置到晶格結構(220)上的任何位置，可以橫向連接兩個或更多晶格結構020)。連接器一般由鋼製造，但是不限於鋼。圖6示出了作為部分固定的幾何結構連同特定晶格結構(MO)整合的系列(110)， 特定晶格結構O40) —般由鋼製造，但是不限於鋼，使系列主體(110)之間的角度可變化。圖7示出了作為部分由兩個或更多晶格結構(220)構成的特定焊接的三維結構 (250)整合的系列(110)，晶格結構(220)通過彎曲連接器(230)連接，使得能夠通過系列主體(110)實現計劃(plan)中的曲率。圖8示出了作為部分固定的三維結構(250)連同晶格結構(220)整合的系列 (110)，晶格結構(220) —般由鋼製造，但是不限於鋼，其中，該結構的一個或多個設置有薄板，該薄板一般由(但不限於)非硬化材料如金屬(通過焊接或標準錨定方法直接固定到結構(250))或硬化材料(300)(通過硬化/粘附固定到三維結構(250))形成。圖9示出了整合到地基板系統內的三維位移系統(250)。垂直方向的最低層(330) 應用作密封層來防止毛細作用，往上一層是硬化或非硬化材料的絕緣層(320) ，隨後是用作建築基層的上硬面(310)。位移系統(250)可與形成部分絕緣層(320)的位移體積(110)整合。附圖標記列表100 殼105 系列殼108 完全位移體積110 系列位移體積120 間隔系統130 邊緣(Brim)135 插入部分/閂鎖136 母體部分/開口137 鉸鏈140 環緣(Rim)150 系列環緣200 縱鋼205 角鋼210 縱鋼220 晶格結構230 連接器240 晶格結構250 三維單元300 薄板310 硬層320 絕緣層330 抑制毛細作用的密封層。
權利要求
1.一種位移系統，包括但不限於球體/橢球體殼，被設計成在複合構件中形成系列位移體積(110)，其特徵在於a.多個殼(100)，被布置於精確均一性幾何網格中，其中，體積直徑與體積中心間距離的比例，在同一平面中作為最短距離測量，為0. 5至1，並且b.所述多個殼(100)由間隔系統(120)確定和安排c.所述間隔系統(120)被整合在包括晶格結構(220)的三維鋼結構中，其中，部分所述鋼結構被設計和定位成增強現有複合構件的剪切強度，並且d.使得能夠在曲率和角度方面以任意方向靈活形成e.其中，所述位移系統O50)的程度和形式使得所述位移系統能夠被固定到硬化或非硬化材料的剛性層(300)中。
2.根據權利要求1至2所述的位移系統，其特徵在於a.不同類型的間隔系統(120)，或者直接併入到所述殼(100)中，或者作為外部系統控制所述位移體積(108)。
3.根據權利要求1至3所述的位移系統，其特徵在於a.兩個部分殼之間併入環緣(140)，所有三個部分聯鎖並通過標準裝置固定。
4.根據權利要求1至3所述的位移系統，其特徵在於a.併入一系列環緣(150)，聯鎖兩個或更多系列的殼(105)。
5.根據權利要求1所述的位移系統，其特徵在於a.部分殼，其中，邊緣(130)或部分邊緣具有一個厚度，其在同一平面內作為邊緣測量，大於所述殼的厚度，並且具有連接裝置，其為但不限於，所述邊緣內相應的插入部分和母體部分(13 、或閂鎖，垂直於所述平面突出，以便所述部分殼將邊緣連接至邊緣，通過所述連接裝置固定，設計用於形成系列。
6.根據權利要求1至5所述的位移系統，其特徵在於a.特別設計的晶格結構020)，使得能夠在系列位移體積(110)之間實現0至90度的角度變化。
7.根據權利要求1至6所述的位移系統，其特徵在於a.作為部分固定的幾何結構(250)整合，其中，所述結構的一個或多個側面設置有材料或材料組合形成的耐久薄板(300)以提高絕緣和/或耐火性和/或噪聲降低，和/或用作朝向水、蒸汽或氣體的薄膜，所述耐久薄板(300)取決於材料類型通過粘合或標準錨定裝置進行固定。
8.根據權利要求1至7所述的位移系統，其特徵在於a.作為部分固定的幾何結構整合，其中，所述結構的一個或多個側面設置有用作臨時模板的薄板(300)。
9.根據權利要求1所述的位移系統，其特徵在於a.任何形式的完全和最終的位移體積(108)。
10.根據權利要求1至9所述的位移系統，其特徵在於a.對於所述三維鋼結構中的杆，位移體積(108)整合有大於Omm的小間隙，由此如果所述三維鋼結構將被整合到任何硬化材料的建築構件內，則允許所述主體用作施加於所述硬化材料的正常振動之上的振動器。
11.根據權利要求1至10所述的位移系統，其特徵在於 a.位移體積(108)具有鉤，用作杆的固定器。
12.根據權利要求1至10所述的位移系統，其特徵在於 a.可膨脹材料的位移體積(108)。
13.根據權利要求1至12所述的位移系統，其特徵在於 a.三維結構(250)，部分或完全由非鋼材料形成。
14.用於生產根據權利要求1所述的產品的方法，其特徵在於a.將所述位移系統(250)布置在非硬化或硬化材料(330)的給定層上，或直接布置在所述層的表面上，或部分壓入所述給定層中，在位移系統和給定層之間具有或不具有間隔體，並且在位移系統和材料層之間具有或不具有固定裝置b.然後，將流動形式的硬化材料輕輕地、巧妙地分布在所述位移系統之上，由此將流動材料小心地定位在給定表面範圍的預定高度，覆蓋所述位移系統的預定部分，因而所述位移系統和所述硬化材料之間的垂直力和粘附力以及摩擦阻力的結合防止了所述位移系統由於所述位移系統上由所述硬化材料的向上漂移所致的浮動c.在該硬化材料層之上，可布置非硬化或硬化材料(310)的額外層。
全文摘要
本發明解決了有關複合構件中位移體積所存在的若干問題，從而獲得涉及材料減少、CO2減少、運輸和精確裝配的成本有效的優質產品，以及實現了增強的靈活性，以滿足市場對新設計方案的提高的需求。本發明由方法和系統構成，該系統包括由系列位移體積構成，位移體積位於精確均一性幾何網格內，由整合在三維鋼結構內的間隔系統確定和固定，確保了建築構件內的整體性。
文檔編號E04C5/00GK102333925SQ200980157584
公開日2012年1月25日 申請日期2009年12月28日 優先權日2008年12月31日
發明者金·布魯寧 申請人:巴布黛克國際有限公司