專利名稱：用于加強結構的方法和夾緊裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種加強和/或復原和/或修復現有金屬結構、具體地的是較大的現有結構的現有金屬面板的方法。更具體地，該方法涉及加強和/或復原這樣的金屬面板，該金屬面板由于腐蝕和/或在服役期間的磨損其厚度已經被減少且因此必須更換或要進行增強。
背景技術：
在美國專利文件US5778813和US6050208中描述了結構夾層板部件，這兩個專利文件結合于此用作參考，這種結構夾層板部件包括帶有一個例如由不起泡的聚氨酯制成的中間彈性體芯而結合在一起的外金屬板板，即鋼板。這些夾層板系統(tǒng)可使用在許多形式的構造中，以替代加固的鋼板、成形的鋼板、鋼筋混凝土或復合的鋼-混凝土結構，且極大地簡化了最終結構、改進了強度以及結構性能(即剛度、減震特性)，同時減輕重量。在專利文件WO01/32414中描述了這些結構夾層板部件的進一步發(fā)展，該專利文件也結合于此用作參考。如其中所描述的，在芯層中可以結合泡沫型材以減少重量并可以增加橫向金屬剪切板，以改進剛度。
按照專利文件WO01/32414的教導，泡沫型材可以中空的或實心的。中空的型材造成重量的較大降低且因此是有利的。在該文件中描述的型材并不限制由輕質泡沫材料制成，且也可以由諸如木制或鋼制盒子的其他材料制成。
德國專利文件GB2366543A公開了一種加強現有結構的稱為覆蓋層的方法，從而將經加強的結構有效地結合到結構夾層板部件中，其中原始結構的板或面板形成結構夾層板部件的一個面板。在這種已經應用于加強滾裝船的甲板的方法中，將平的桿焊接到現有甲板上，而一個新的頂板焊接到平的桿上，從而形成一個內腔。如附圖中的圖1所示出的，然后通過注入塑料或聚合物材料形成芯14，塑料或聚合物材料設置并結合到現有甲板11和新的加強板13上。這種方法相對于傳統(tǒng)的修理技術具有顯著的優(yōu)點，該修理技術通常涉及去掉現有的板并將其更換。特別地，專利文件GB2366543A的方法更為快速，縮短了現有結構不能服役的時間。
在注入和固化過程中，芯材料溫度上升且趨于膨脹。為了防止這種膨脹使新的頂板彎曲，如附圖的圖2所示，將臨時限制梁15放置在新的板的頂部上，且將該限制梁固定到周圍結構的適合的板16上。芯中的過壓可以達到0.5barr或更高，特別是如果芯是厚的情況下，所以限制梁必須堅固且牢固地固定到周圍結構上。這一過程一直是通過將一個T型壓板焊接到周圍結構上并在壓板和限制梁的底部凸緣之間驅動楔狀件來實現的。壓板的安裝和卸除是耗費時間的，且必要的焊接和切割可能損壞周圍結構。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種加強和/或修復現有結構的經改進的方法。
根據本發(fā)明，提供一種用于加強現有金屬結構的方法，該方法包括如下步驟以間隔開的關系在所述金屬結構上提供一個加強金屬層，由此在所述金屬結構和所述加強金屬層的內表面之間形成至少一個內腔；將包括未固化的塑料或聚合物材料的中間層注入到所述至少一個內腔中；使所述塑料或聚合物材料固化，使得所述塑料或聚合物材料粘接到所述金屬結構和所述加強金屬層的所述內表面上；其中，在所述注入和固化步驟期間，所述加強金屬層由至少一個限制件來約束，所述限制件通過至少一個磁性夾緊裝置保持在所述現有金屬結構上。
使用磁性夾緊裝置固定限制件或限制梁使得能夠比使用焊接的壓板和楔狀件更為迅速可靠地設置它們。進而，可更為迅速地拆除限制梁，并且不需要可能會損壞現有結構的切割和焊接。可更快速地實施覆蓋層，縮短了結構不能服役的時間，且因此降低了修理的有效成本。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，磁性夾緊裝置是地球磁鐵，從而其可被快速地鎖定在其位置上，且可通過激發(fā)北-南磁極的凸輪鎖定機構來釋放。
該磁性夾緊裝置可包括一個磁性單元，該磁性單元放置在所述現有結構上且連接到一個橋接件上，以接合限制梁。該磁性單元優(yōu)選接附到橋接件的一個中間部分上，以便橋接件可以在磁性單元的兩側支靠在兩個限制梁上，且因此需要更少的夾緊裝置。有利的是，磁性單元樞轉地安裝在橋接件上，使得橋接件可以轉動，以在磁性單元已接附到現有結構上之后接合限制梁。橋接件可以是一個U形部件，例如I型梁或C型梁，用來接合限制件的一個凸緣，該U形部件以在限制梁之間可變的間隔(典型地400-500毫米(mm))與加強層接觸。
這樣的情況也是有利的，即磁性單元通過一個加載機構連接到橋接件上，該加載機構用于使磁性單元相對于橋接件前進或縮回。這樣，可以將夾緊裝置放置在其位置上，且隨后使用加載機構將限制梁夾緊在其位置，該加載機構可包括一個接合在所述磁性單元上的一個螺紋孔中的帶螺紋的螺栓。
可以根據用于本發(fā)明要應用的特定結構的需要來選擇加強層的材料、尺寸和總體性質，且通常可以是美國專利文件US5778813和US6050208中所描述的那種。一般采用厚度為0.5-20毫米(mm)的鋼或不銹鋼，而在希望輕質材料的地方可以使用鋁。類似地，塑料或聚合物芯優(yōu)選是密實的，且可以是任何適合的材料，例如在美國專利文件US5778813和US6050208中所描述的諸如聚氨酯的彈性體。
通常，覆蓋層過程將是國際專利申請文件WO02/20341所描述的那種，該專利文件結合于此用作參考。


下面將參考示例性實施例以及所附的示意性附圖描述本發(fā)明，其中圖1是經加強的結構的剖視圖；圖2是正在被加強的過程中和帶有在適當位置的臨時限制梁的結構的部分剖視圖；以及圖3是按照本發(fā)明的保持兩個限制梁的夾緊裝置的側視圖。
在各附圖中，同樣的部件用同樣的附圖標記指示。
具體實施例方式
圖1是一個已經用本發(fā)明的方法加強的滾裝船的甲板的剖視圖。一個形成原始甲板的金屬板11由梁12和球頭帶鋼(bulb flats)(未示出)支承。各類管道和電纜(未示出)以及防火材料接附到金屬板11的下側。
金屬板11具有一個原始厚度。例如一個滾裝船的甲板的厚度典型地會可以在10毫米至20毫米的范圍內。一般腐蝕和磨損使金屬板11的厚度每年大約減少0.15毫米。在這些環(huán)境條件下，金屬板11在使用大約二十年后就需要更換或進行加強。
本發(fā)明的加強的方法包括將加強金屬層13接附到現有結構的金屬板11上。金屬層13布置成與金屬板11呈間隔開的關系，由此在金屬板11和加強金屬層13之間形成一個空腔。然后向該空腔內注入或澆入一種由未固化的塑料或聚合物材料制成的中間芯層14，未固化的塑料或聚合物材料最好是諸如聚氨酯彈性體的壓實熱固性材料。當塑料或聚合物材料已經固化時(該材料可以是不需要對固化產生作用的自固化材料或例如需要對固化進行加熱的塑料材料)，該材料以足夠的強度粘附到金屬板11的內表面上以及加強金屬層13的內表面上，以在金屬板11和金屬層13之間傳遞剪切載荷，從而形成一種能夠支承顯著大于自重的負荷的復合結構部件。通常，在注入塑料材料之前要完成所有的焊接工作。
加強層可以是鋼或鋁材制成的，且其厚度例如在0.5至20毫米(mm)的范圍內?？梢詫⑦吘壈搴附釉谠及?1和加強層13之間，以形成封閉的空腔。芯的厚度可在15至200毫米(mm)的范圍內，在本申請中，50毫米是合適的。在芯13和面板11、13之間的結合強度應當大于3MPa，最好大于6MPa，而該芯材料的彈性模量應當大于200MPa，最好大于250MPa，特別是如果預期在使用中暴露于高溫的情況下。對于低負荷應用，例如地板面板，在這樣情況下，典型的使用和占用的載荷是1.4kPa至7.2kPa的量級，該結合強度可以是較低的，即0.5MPa。由于芯層，經加強的面板具有一個加固的鋼板的強度和支承能力，該加固的鋼板具有基本上較大的板厚度和顯著的額外加固。當然，面板不必是平面的，而可以取任何對于其預期的使用所需要的形式。
為了保證芯空腔的完全填充，未固化的芯材料必須在壓力下注入。因固化過程產生的熱或對固化產生影響所施加的熱將進一步提高芯中的壓力，直到芯材料已完全固化和冷卻。所達到的最高壓力將取決于芯的厚度和芯材料的性質，但可以是大氣壓力之上0.5barr的量級。這樣一個壓力將趨于使現有的面板和加強層變形，且可需要附加限制件來防止彎曲，特別是防止加強層的彎曲?，F有的面板可通過現有的結構如梁12和球頭帶鋼充分地支承。
如圖2所示，附加的限制件可以通過限制梁15來提供，該限制梁設置在加強層13的頂部并固定到周圍結構16上。限制梁的數量、尺寸和位置將取決于被加強的面板的尺寸和形狀以及在使用中預期的芯壓力。常見的適合尺寸的I-截面或C-截面鋼梁是適合的。
為了將限制梁保持在其位置，必須將它們適當地固定到周圍結構16上，這可通過如圖3中所示出的磁性夾緊裝置20來實現。
夾緊裝置20包括一個跨置在兩個限制梁15之間的橋接件21和夾持到現有結構16上的磁性單元22。該磁性單元優(yōu)選包括由凸輪機構激發(fā)的地球(永久)磁鐵(或稱天然磁鐵)，以夾緊到現有結構16上，且在北-南磁極被移開時該磁性單元釋放夾緊。適合的地球磁鐵是容易找到的。如果需要可以使用由可選擇的供電裝置24供電的電磁鐵替代永久磁鐵。
在該實施例中，磁性單元22通過一個加載機構23可轉動地連接到橋接件21上，借助于該加載機構可以調整橋接件和磁性單元的分開距離。為了使用該夾緊裝置，釋放加載機構，使得橋接件松弛地接附到磁性單元上，隨之該磁性單元通過激發(fā)磁鐵而接附到現有結構16上。然后轉動該橋接件21，使其與限制件15的底部凸緣接合，且使用該加載機構將橋接件拉向磁性單元22，使得磁性單元22接附到結構16上，因此使得橋接件21的腿部21a向下支靠在限制梁的凸緣上。該加載機構可以包括帶有螺紋的軸，該軸可轉動地接附到磁性單元和橋接件的橫梁中的一個上，但相對其軸向固定，且接合到磁性單元和橋接件的橫梁中的另一個上的一個對應的螺紋孔中?？梢允褂靡粋€杠桿或凸輪機構，用來給磁鐵預加載，以保證I-梁相對于結構16的表面是平的。
在現有結構是鋁或其他非磁性材料制成的的情況下，可以臨時安置一個鐵或鋼的連接板，用于磁性夾緊裝置接合，或者將鐵或鋼物質放置在鋁板的另一側。
將會理解，上面的描述并非試圖對本發(fā)明進行限制，且其他改型和變化將落入由所附的權利要求限定的本發(fā)明的范圍之內。
權利要求
1.一種用于加強現有金屬結構的方法，所述方法包括如下步驟以間隔開的關系在所述金屬結構上提供加強金屬層，由此在所述金屬結構和所述加強金屬層的內表面之間形成至少一個內腔；將包括未固化的塑料或聚合物材料的中間層注入到所述至少一個內腔中；使所述塑料或聚合物材料固化，使得所述塑料或聚合物材料粘接到所述金屬結構和所述加強金屬層的所述內表面上；以及其中，在所述注入和固化步驟期間，所述加強金屬層由至少一個限制件來約束，所述限制件通過至少一個磁性夾緊裝置保持在所述現有金屬結構上。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁性夾緊裝置包括地球磁鐵。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述磁性夾緊裝置包括磁性單元，所述磁性單元放置在所述現有結構上且連接到橋接件上，以接合所述限制件。
4.按照權利要求3所述的方法，其特征在于，所述磁性單元接附到所述橋接件的中間部分上，以便所述橋接件可以在所述磁性單元的每一側支靠在兩個限制件上。
5.按照權利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述磁性單元樞轉地安裝在所述橋接件上，使得所述橋接件可以轉動，以在所述磁性單元已接附到所述現有結構上之后接合所述限制件。
6.按照權利要求3、4或5所述的方法，其特征在于，所述橋接件是U形部件，用來接合與所述加強層接觸的所述限制件的凸緣。
7.按照權利要求3-6中任一項所述的方法，其特征在于，所述磁性單元通過加載機構連接到所述橋接件上，用于使所述磁性單元相對于所述橋接件前進或縮回，且所述方法包括將所述磁性單元放置成與所述現有結構接觸，且隨后使用所述加載機構將所述限制件夾緊在其位置。
8.一種在加強現有結構的方法中用來固定限制件的夾緊裝置，所述夾緊裝置包括磁性單元，所述磁性單元放置在所述現有結構上且連接到橋接件上，以接合限制件，所述磁性單元接附到所述橋接件的中間部分上，以便所述橋接件可以在所述磁性單元的每一側支靠在兩個限制件上。
9.按照權利要求8所述的夾緊裝置，其特征在于，所述磁性單元樞轉地安裝在所述橋接件上，以便所述橋接件可以轉動，以在所述磁性單元已接附到所述現有結構上之后接合所述限制件。
10.按照權利要求8或9所述的夾緊裝置，其特征在于，所述橋接件是U形部件，用來接合與所述加強層接觸的所述限制件的凸緣。
11.按照權利要求8-10中任一項所述的夾緊裝置，其特征在于，所述磁性單元通過加載機構連接到所述橋接件上，用于使所述磁性單元相對于所述橋接件前進或縮回，從而可將所述磁性單元放置成與所述現有結構接觸，且隨后使用所述加載機構將所述限制件夾緊在其位置。
12.一種構造且布置成基本上按照前面參考附圖描述的內容進行工作的夾緊裝置。
13.一種按照前面參考附圖描述的內容加強現有金屬結構的方法。
全文摘要
一種實施SPS覆蓋層過程中加強現有金屬結構的方法和夾緊裝置，其中限制梁由磁性夾緊裝置保持。
文檔編號B63B9/00GK1950205SQ200580015019
公開日2007年4月18日 申請日期2005年5月4日 優(yōu)先權日2004年5月11日
發(fā)明者T·H·R·肯尼迪, K·J·案谷斯 申請人:智能工程(巴哈馬)有限公司