專利名稱：輕重量承載結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及輕重量承載結構。本發(fā)明還涉及一種輕重量承載結構的澆注方法。
背景技術：
以前，微結構已經應用于大的橋梁，但它們已經被證明是昂貴的并且因此不可能 作為用于如建筑物和大廳中看到的中等尺寸和小結構的真正的最小結構。隨著時間的過去，已經試驗了產生高強度且低重量的建筑物結構的不同方案。一個熟知的方法是通過施加桿、線或型鋼來吸收加強的混凝土結構中的張力和剪 力而加強混凝土。另一方法是將熱軋鋼型材和混凝土結合成復合結構或用張力層中的鋼加強件或 用作為張力層的鋼板制作“夾層板”。這些方法應對將加強棒條或型材應用于加強的混凝土的元件中的張力區(qū)域。然而，型材是直的或平面的，并且這些方法都不允許壓縮區(qū)域的最優(yōu)化設計。也可以使用高強度混凝土。但高強度混凝土的壓縮的橫截面必須是大的并且因此 重的，以便穩(wěn)定。高強度混凝土的柱當壓力施加到柱的端部時將具有撓曲或彎曲到側部的傾向，除 非柱的橫截面相當大。當這種柱通過在端部上施加壓力而被壓縮時，將發(fā)生柱沿著橫穿柱的縱向方向的 運動。如果這種柱的橫向運動增大，它將影響柱的穩(wěn)定性。使用高強度混凝土的另一缺點是在達到374°C的溫度下傾向于散裂。另外的微結構適用于具有壓縮拱的橋梁，該壓縮拱由順從力矩曲線的昂貴的模制 造，并且該拱或其上方的支柱下的張力棒條施加載荷到其上。預應力混凝土結構適用于例如工業(yè)和商業(yè)用的預制大廳中的大跨距的TT梁。這 些梁不是最佳的。在測量承載結構的自由跨距的長度和結構的尺寸方面，超輕結構可顯著 改善性能。預應力混凝土結構是實用的，其中預應力纜索的路徑順從載荷的變化。這里，張力 區(qū)域是最優(yōu)化的，但壓縮區(qū)域不是。壓縮區(qū)域由于預應力的施加而減小，這意味著整個橫截 面被壓縮并且因此不破裂，并且因此有助于剛性和穩(wěn)定性。但是，壓縮區(qū)域仍然是自穩(wěn)定 的。在本發(fā)明中，穩(wěn)定性由包圍壓縮區(qū)域的輕質材料提供，并且此外，壓縮區(qū)域因此由輕質 材料保護。

發(fā)明內容
這些缺點被根據本發(fā)明的具有最優(yōu)壓縮區(qū)域的輕重量承載結構消除。本發(fā)明使得澆注具有壓縮區(qū)域的最佳形狀的輕承載結構成為可能。這通過將承載結構重新考慮為包括在軟材料中的堅固的框架而獲得，其中放置在一個或多個壓縮區(qū)域中的框架包括合適壓縮強度的材料，諸如高強度混凝土，并且這還通 過堅固混凝土的芯沿著要澆注的結構中的一個或多個壓縮區(qū)域設置由本發(fā)明實現(xiàn)，該芯由 比其強度低的混凝土包圍。在輕重量承載結構的實施例中，在壓縮區(qū)域中具有堅固的混凝土的芯的一個或多 個澆注壓縮區(qū)域與張力區(qū)域中的加強件結合。此外，張力區(qū)域中的加強件可以由合適材料構成的諸如繩、線、板、網、纖維、織物、 桿或棒條的合適部件提供，該合適材料諸如是鋼、碳纖維、玻璃、聚丙烯纖維或者塑料、金屬 或有機纖維產品。在另外實施例中，壓縮區(qū)域連接在該結構內，以形成更加堅固且/或更加輕的結 構。因此可以結合一個或多個壓縮區(qū)域和一個或多個張力區(qū)域，以形成結構構件的網 格或承載部分。還可以將壓縮區(qū)域與包括張力區(qū)域的其他結構構件中的壓縮區(qū)域連接。在另一實施例中，一個或多個壓縮區(qū)域的橫截面朝向與其他壓縮或張力區(qū)域力交 換的點增大。由此實現(xiàn)芯的有利實施例，該芯形成壓縮區(qū)域的和壓縮區(qū)域之間的有利過渡(減 小接觸應力)、壓縮和張力區(qū)域之間的有利過渡(改善錨固)或結構構件或連接部分中的這 種區(qū)域之間的有利過渡。在另外實施例中，一個或多個壓縮區(qū)域的橫截面朝向至少一個端部增大。在另外實施例中，壓縮區(qū)域(例如端部)的增大的橫截面被連接在接頭或區(qū)段中。承載結構可通過形成一種通道、溝槽、管道等或使用導管、軟管等作為模而制造。通道、溝槽、管道、導管、軟管等可放置在用于承載結構的模中。通道、溝槽、管道、導管、軟管等放置在希望集中壓縮的地方，例如放置在壓縮拱 中。此后，該模用輕質材料澆注，該輕質材料例如可以是輕集料混凝土。然后，用更堅 固的混凝土、例如自密實高強度混凝土澆注出壓縮區(qū)域。堅固混凝土是比輕質材料堅固的任何混凝土并且它可以通過數(shù)種不同方法獲得， 并且本發(fā)明不限于獲得堅固混凝土的單個方法。作為示例，可以應用高強度的混凝土，并 且它可以通過將細粒度顆粒添加到混凝土而獲得。此外，可以施加添加劑到堅固混凝土和 /或輕質材料，其中超塑化添加劑或材料可用來獲得高強度性質和/或改善的可加工性，諸 如自密實性質。通過澆注出壓縮區(qū)域，可以給予壓縮區(qū)域順從力軌跡的實際形狀的最佳形狀和布 局，并且可以針對撓曲和彎曲穩(wěn)定壓縮區(qū)域，使得它們不需要大于必要橫截面，從而在不增 大的情況下耐受載荷，以便保證撓性剛度。這還通過具有最優(yōu)壓縮區(qū)域的輕重量承載結構的澆注方法由本發(fā)明來實現(xiàn)，其中 形成在承載結構中的一個或多個通道、溝槽、管道、導管和/或軟管用作用來在輕重量承載 結構中模制一個或多個堅固混凝土的芯的模。在具有最優(yōu)壓縮區(qū)域的輕重量承載結構的另一澆注方法中，其中設置模用來沿著 要澆注的結構中的一個或多個壓縮區(qū)域模制堅固混凝土的模，該芯此后由比堅固混凝土的
4芯強度低的混凝土包圍。在本發(fā)明的另一實施例中，由堅固的混凝土形成的壓縮區(qū)域可以在模中被澆注出 并且以后運輸?shù)揭a生較大的承載結構的施工場地。在該場地，堅固的混凝土構件放置在 模中，并且此后借助輕質材料生產且澆注出承載結構，由此堅固的混凝土構件完全地或部 分地被輕質材料包圍。本發(fā)明可以給予結構支持應用或建筑物結構的外部形狀，使得可以施加載荷，并 且給出結構可被包括在屋頂和墻中的可能性。本發(fā)明使得保護壓縮區(qū)域免受機械撞擊成為可能。本發(fā)明使得保護壓縮區(qū)域免受火成為可能。對于高強度混凝土來說，火特別是問 題，因為由于高強度混凝土制成的散裂結構，已經看到爆炸性散裂和許多嚴重的損害的危 險。今天，散裂是高強度混凝土的應用的主要障礙。本發(fā)明可以改為使用普通多孔混凝土， 但高強度混凝土將是有利的，并且通過保證混凝土不被加熱到超過發(fā)生散裂問題的水臨界 溫度374°C，調查研究解決了散裂問題。這通過將高強度混凝土嵌在輕重量承載結構的輕混 凝土中而實現(xiàn)，其中輕質材料為承載結構提供熱絕緣效果。在本發(fā)明的實施例中，例如在壓縮拱中，通道、軟管、管道、導管或溝槽放置在用于 承載結構的模中以集中壓縮。該模用例如輕集料混凝土的輕質材料澆注出。然后，用合適 壓縮強度的材料、例如自密實高強度混凝土澆注出壓縮區(qū)域。由此可以最小化用于壓縮區(qū)域的堅固的且通常重的材料的量，因為輕質材料可以 促成_可以給予壓縮區(qū)域最佳形狀和布局；-針對便撓曲和彎曲穩(wěn)定壓縮區(qū)域；-結合壓縮區(qū)域與包括張力區(qū)域(如果有的話)的其他部分；-給予該結構支持應用的外部形狀；-保護壓縮區(qū)域免受機械撞擊；和-保護壓縮區(qū)域免受火。用于壓縮區(qū)域的材料經常比輕質材料重3-5倍且堅固3-10倍。該原理的應用因 此可以產生比傳統(tǒng)澆注結構輕2-4倍的結構。這實現(xiàn)大的跨距和支柱距離。壓縮和張力區(qū)域的位置關于載荷最優(yōu)微結構直到現(xiàn)在還是難以且通常不可能制 造，因為在實際中不能滿足所述功能要求，特別對于小尺寸和中等尺寸結構。 這種技術能夠制造應用于建筑物的微結構。這種技術能夠制造應用于建筑物的高強度混凝土。該技術也能夠制造高強度混凝土，該高強度混凝土應用于作為混凝土和預應力混 凝土結構所知特殊用途的諸如船、駁船的浮動結構、海上結構和浮基。根據本發(fā)明的具有壓 縮區(qū)域的最佳形狀的輕重量承載結構可方便生產、節(jié)省制造和運行資源且改進結構的性能 的這種結構的設計。在本發(fā)明的其他實施例中，由堅固混凝土的澆注出的區(qū)域代表的壓縮區(qū)域可在連 接其他壓縮或張力區(qū)域或形成接頭或區(qū)段的點處設置有較大的橫截面。結合一個或多個前述實施例，可以添加不同元件到輕混凝土和/或堅固混凝土，以獲得合適的澆注紋理或獲得一種張力加強件。這種元件可以是由合適材料構成的繩、線、板、網、纖維、織物、桿或棒條，該合適材 料諸如是、碳纖維、玻璃、聚丙烯纖維、石毛纖維(stone-wool fibres)、或者塑料、金屬、陶 瓷、瓷器、玻璃、巖石或有機纖維產品。顯然的是，可以使用其他合適材料，并且本發(fā)明不限于使用上述元件。比喻性地說，可以將本發(fā)明比喻為人或動物的身體，其中堅固的混凝土提供好比 是人或動物的骨架的一種骨架，并且輕重量承載結構和張力加強件(如果有的話)是將“骨 架”保持在提供最佳的且優(yōu)美的建筑物結構的適當位置的肌肉和腱。


下面將參考附圖描述本發(fā)明的實施例，其中圖1示出用于具有管道的簡單的梁的模，該管道用來澆注作為壓縮拱的壓縮區(qū) 域；圖2示出具有張力加強件和管道的簡單的輕重量混凝土梁，該管道用來澆注作為 壓縮拱的壓縮區(qū)域；圖3示出具有張力加強件和作為壓縮拱的堅固混凝土的澆注壓縮區(qū)域的簡單的 輕重量混凝土梁，其中該梁加載有均勻分布的載荷和反作用力；圖4示出具有更多澆注壓縮拱箍筋和張力加強件的梁；圖5示出具有集中的中心澆注壓縮拱和箍筋和張力加強件的梁；圖6示出在支柱之間具有梁跨距60m的大廳的布局的示例；圖7示出如圖6以相同比例示出的給出30m的最大跨距寬度的現(xiàn)代元件；圖8示出在溝槽中具有澆注的堅固壓縮拱的根據本發(fā)明的實施例的梁的可能形 狀；并且圖9示出根據本發(fā)明的實施例的懸臂梁的可能外形，溝槽中的澆注壓縮拱由管道 中具有兩個澆注壓縮拱的支柱支撐。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的不同實施例。輕重量承載結構1是建筑業(yè)中的元件，并且通過最優(yōu)化承載結構1中的壓縮區(qū)域 2，可以產生具有大的跨度的輕重量承載結構1。通過根據澆注壓縮區(qū)域2的方法中的一種制造輕重量承載結構1，可以提供根據 本發(fā)明的具有最優(yōu)壓縮區(qū)域2的輕重量承載結構1。本發(fā)明使得澆注具有壓縮區(qū)域2的最佳形狀的輕承載結構1成為可能，其中一類 框架的澆注出的形狀形成為順從該結構中的力軌跡的自然形狀。這通過將承載結構1重新考慮為包括在軟材料中的堅固的框架而獲得，其中放置 在一個或多個壓縮區(qū)域中的框架包括合適壓縮強度的材料，諸如高強度混凝土，并且這還 通過堅固混凝土的芯3沿著要澆注的結構1中的一個或多個壓縮區(qū)域2設置來實現(xiàn)，該芯 2由比芯3強度低的混凝土4包圍。承載結構1可通過形成一類通道、溝槽、管道等5或使用導管、軟管等作為模而制
6造。通道、溝槽、管道、導管、軟管等5可放置在用于承載結構的模中。通道、溝槽、管道、導管、軟管等5放置在希望集中壓縮的地方，例如放置在壓縮拱 5中。此后，該模用輕質材料澆注出，該輕質材料例如可以是輕集料混凝土。然后，用更 堅固的混凝土，例如自密實高強度混凝土，澆注出壓縮區(qū)域2。因此，可以給予壓縮區(qū)域2順從力軌跡的實際形狀的最佳形狀和布局，并且可以 針對撓曲和彎曲穩(wěn)定壓縮區(qū)域2，使得它們不需要大于必要橫截面，從而在不增大的情況下 耐受載荷，以便保證撓性剛度。這還通過具有最優(yōu)壓縮區(qū)域2的輕重量承載結構1的澆注方法由本發(fā)明來實現(xiàn)， 其中形成在承載結構1中的一個或多個通道、溝槽、管道、導管和/或軟管5用作用來在輕 重量承載結構1中模制一個或多個堅固混凝土的芯3的模。在具有最優(yōu)壓縮區(qū)域2的輕重量承載結構1的另一澆注方法中，其中設置模用來 沿著要澆注的結構1中的一個或多個壓縮區(qū)域2模制堅固混凝土的模3，該芯3此后由比堅 固混凝土的芯3強度低的混凝土 4包圍。在本發(fā)明的另一實施例中，由堅固的混凝土芯3形成的壓縮區(qū)域2可以在模中被 澆注出，并且以后運輸?shù)揭a生較大的承載結構1的施工場地。在該場地，堅固的混凝土構 件3放置在模中，并且此后用輕質材料4產生且澆注出承載結構1，由此堅固的混凝土構件 3完全地或部分地由輕質材料4包圍。在本發(fā)明的另一實施例中，壓縮區(qū)域2中的堅固的混凝土與張力區(qū)域6中的加強 件結合。在本發(fā)明的另外實施例中，張力區(qū)域6中的加強件可由例如合適材料構成的繩、 線、板、網、纖維、織物、桿或棒條提供，該合適材料例如是鋼、碳纖維、玻璃、聚丙烯纖維或者 塑料、金屬或有機纖維產品。在本發(fā)明的另外實施例中，可以結合壓縮區(qū)域2與其他部分中的壓縮區(qū)域2并且 也可能包括張力區(qū)域6 (如果有的話)，以結合一個或多個壓縮區(qū)域2與一個或多個張力區(qū) 域6而形成結構構件的網格或承載部分。在本發(fā)明的另外實施例中，可以通過接頭結合壓縮或張力區(qū)域2、6與其他結構構 件中的壓縮或張力區(qū)域2、6。在本發(fā)明的另一實施例中，一個或多個壓縮區(qū)域2的橫截面朝向端部或力在壓縮 區(qū)域2之間或壓縮和張力區(qū)域2、6之間交換的部位增大。由此實現(xiàn)形成壓縮區(qū)域2的芯3 的有利實施例和壓縮區(qū)域2之間的有利過渡(減小接觸應力)、壓縮和張力區(qū)域2、6之間的 有利過渡(改善錨固)或結構構件或連接部分中的這種區(qū)域之間的有利過渡。在本發(fā)明的另一實施例中，壓縮區(qū)域2的端部在接頭或區(qū)段中被連接。本發(fā)明可以給予結構1支持應用或建筑物結構的外部形狀，使得載荷可以施加， 并且給出結構1可被包括在屋頂和墻中的可能性。在本發(fā)明的實施例中，例如在壓縮拱2中，通道、軟管、管道、導管或溝槽5放置在 用于承載結構1的模中，以集中壓縮。該模用例如輕集料混凝土的輕質材料4澆注出。然 后，用合適壓縮強度的材料、例如自密實高強度混凝土澆注出壓縮區(qū)域2。
由于用于壓縮區(qū)域2的材料經常比輕質材料4重3-5倍且堅固3-10倍。該原理 的應用因此可以產生比傳統(tǒng)澆注結構輕2-4倍的結構1。這實現(xiàn)大的跨距和支柱7的距離。圖6示出具有大的跨距并且因此與圖7中示出的結構相比在支柱7之間具有長的 距離的結構的示例，該現(xiàn)有技術結構在此示出根據本發(fā)明的一個或多個實施例的輕重量承 載結構1獲得的跨距的一半長度的跨距。在本發(fā)明的其他實施例中，由堅固混凝土 3的澆注出的區(qū)域代表的壓縮區(qū)域2可 在連接其他壓縮或張力區(qū)域2、6或形成接頭或區(qū)段的點處設置有較大的橫截面。結合一個或多個前述實施例，可以添加不同元件到混凝土以獲得合適的澆注紋理 或獲得一種張力加強件。這種元件可以是合適材料構成的繩、線、板、網、纖維、織物、桿或棒條，該合適材料 諸如是鋼、碳纖維、玻璃、聚丙烯纖維或者塑料、金屬或有機纖維產品。顯然的是，可以使用其他合適材料，并且本發(fā)明不限于使用上述元件。
8
權利要求
一種輕重量承載結構，其特征在于，沿著要澆注的結構(1)中的一個或多個壓縮區(qū)域(2)設置堅固混凝土的芯(3)，所述芯(3)由比堅固混凝土的芯(3)強度低的混凝土(4)包圍。
2.根據權利要求1所述的輕重量承載結構，其特征在于，在壓縮區(qū)域(2)中具有堅固混 凝土的芯的一個或多個澆注壓縮區(qū)域(2)與張力區(qū)域(6)中的加強件結合。
3.根據權利要求2所述的輕重量承載結構，其特征在于，張力區(qū)域(6)中的所述加強件 由合適材料構成的諸如繩、線、板、網、纖維、織物、桿或棒條的合適部件提供，所述合適材料 諸如是鋼、碳纖維、玻璃、聚丙烯纖維或者塑料、金屬或有機纖維產品。
4.根據權利要求1至3中一項所述的輕重量承載結構，其特征在于，壓縮區(qū)域(2)連接 在所述結構(1)內。
5.根據權利要求4所述的輕重量承載結構，其特征在于，壓縮區(qū)域(2)與包括張力區(qū)域 (6)的其他結構構件中的壓縮區(qū)域(2)連接。
6.根據權利要求1至5中一項所述的輕重量承載結構，其特征在于，一個或多個壓縮區(qū) 域(2)具有朝向與其他壓縮或張力區(qū)域(2、6)交換力的點增大的橫截面。
7.根據權利要求6所述的輕重量承載結構，其特征在于，一個或多個壓縮區(qū)域(2)具有 朝向至少一個端部增大的橫截面。
8.根據權利要求6或7中一項所述的輕重量承載結構，其特征在于，所述壓縮區(qū)域(2) 的增大的橫截面、例如所述端部連接在接頭或區(qū)段中。
9.一種輕重量承載結構的澆注方法，其特征在于，沿著要澆注的結構中的一個或多個 壓縮區(qū)域(2)設置用于模制堅固混凝土的芯(3)的模，所述芯(3)此后由比堅固混凝土的 芯⑶強度低的混凝土⑷包圍。
10.根據權利要求9所述的輕重量承載結構的澆注方法，其特征在于，形成在所述承載 結構中的一個或多個通道、溝槽、管道、導管和/或軟管(5)用作用來在所述輕重量承載結 構(1)中模制堅固混凝土的一個或多個芯(3)的模。
11.一種輕重量承載結構的澆注方法，其特征在于，將堅固混凝土的芯(3)放置在模中 并且用輕質材料(4)澆注，由此一個或多個堅固混凝土構件(3)完全地或部分地由比堅固 混凝土的芯(3)強度低的混凝土(4)包圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有最優(yōu)壓縮區(qū)域(2)的輕重量承載結構(1)，其中沿著要澆注的結構(1)中的一個或多個壓縮區(qū)域(2)設置堅固混凝土的芯(3)，該芯(3)由比堅固混凝土的芯(3)強度低的混凝土(4)包圍。本發(fā)明還涉及一種具有最優(yōu)壓縮區(qū)域(2)的輕重量承載結構(1)的澆注方法，其中形成在承載結構(1)中的一個或多個通道、溝槽、管道、導管和/或軟管(5)用作用來在輕重量承載結構(1)中模制堅固混凝土的一個或多個芯(3)的模。
文檔編號E04C2/04GK101874138SQ200880117811
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權日2007年11月26日
發(fā)明者克瑞斯蒂安·赫茲 申請人:丹麥科技大學