用于保护结构材料和/或承载元件的铠装元件的制作方法

1.本发明涉及线缆技术领域，特别是涉及拉索，但本发明也同样适用于与建筑学(包括建筑物和房屋)有关的其他技术领域。建筑物，诸如桅杆、塔楼、桥梁、人行天桥和运动场顶，其基本部件和功能部件(柱、梁或杆等)要被保护，以免受到外部威胁和突发威胁，例如火灾爆发、磨机或喷灯的定向切割、突发爆炸或定向爆破等。


背景技术：

2.最近，越来越多的火灾爆发和恐怖袭击表明，火灾和爆破荷载对建筑物和房屋的影响是一个无论是在初始设计过程中，还是在建造过程中或在建造完成之后都需要考虑的严肃问题。
3.虽然这类攻击是人为灾害并且通常是例外情况，但来自火灾或爆破(爆破载荷)的潜在损失实际上需要像其他风险，诸如地震和风载荷，一样仔细地计算。
4.出于这些原因，即便无法阻止这些威胁，也必须将资产损坏、生命损失和社会恐慌因素最小化。
5.专利文献gb 686804a涉及一种用于电缆的保护铠装(armour)。其公开的是电缆包括由金属编织物形成的外部保护性铠装。部件元件全部并且单独地涂覆有坚韧、柔性并且非传导性的的材料，其中所述材料是能够抗腐蚀、抗磨损并且不易燃的塑料。
6.另一份专利文献us 2909336涉及一种铠装线缆，如铠装水下线缆，其中该铠装由围绕线缆芯螺旋缠绕的多根线材形成。该铠装线缆包括由铜、铝或它们的合金形成的一束金属细丝，被包裹或包覆在织物、橡胶、浸渍纸、沥青浸渍黄麻和护套的层中，从而在所述线缆上形成保护性防护。
7.虽然这些线缆设置有铠装保护，但对于出于本技术的目的的保护而言，它们并不理想，在本技术中，需要保护的元件应该免受火灾爆发和/或爆破的危险。尽管将结构设计成完全防火和防爆并不是一个现实和经济的选择，但出于预防的目的，对这种铠装元件的需求仍然很大。


技术实现要素：

8.本发明的发明人利用当前的工程和建筑学知识为上文讨论的问题找到了有效的补救措施，使得新的以及现有的建筑物和房屋可以配备根据本发明所述的保护性组件和元件，进而减轻外部威胁(包括火灾爆发和突发爆破)的影响。
9.在第一方面，本发明涉及一种用于保护具有纵向轴线的结构材料和/或承载元件的铠装组件，其中铠装组件围绕所要保护的结构材料和/或承载元件纵向地设置，其中铠装组件包括至少两个不同的层，一个层为能量吸收基质，优选地所述能量吸收基质被限制在另一个层内或由另一个层支撑，另一个层由金属、合金或纤维增强的聚合物制成，其厚度小于能量吸收基质，其中铠装组件设置有两个或更多个纵向通道，其中所述通道大体上平行于结构材料和/或承载元件的纵向轴线。
10.在第二方面，本发明涉及一种预装有或加装有本发明的铠装组件的拉索。
11.在第三方面，本发明涉及一种建筑物或房屋的结构材料，其中所述结构材料的部件，诸如柱、杆或梁，预装有或加装有本发明的铠装组件。
12.在本发明的一个实施方案中，铠装组件包括两个或更多个通道，其中所述通道中的至少一个具有允许单个线材或线束元件穿过的几何形状。这样做的优点在于向铠装组件100(例如纵向地、径向地等)施加压缩力。
13.在本发明的另一个实施方案中，所述能量吸收基质包括固体填充物，诸如混凝土、灰渣混凝土、聚合物混凝土或木混凝土，所述固体填充物的抗压强度至少为约20mpa和/或至多为约300mpa，优选地至多为约120mpa。混凝土具有易于大规模生产的优点。灰渣混凝土是使用粉煤灰代替传统水泥的一种混凝土替代物。通过使用粉煤灰(燃烧煤炭的副产品)，混凝土中97％的传统成分可以用回收材料替代，因此它更环保。聚合物混凝土是由聚合物纤维加强的混凝土基质，其表现为有更高的延展性和耐火性，允许更高的能量吸收和更好的保护性能。木混凝土是由锯末和混凝土混合而成的一种建筑材料。由于其比混凝土轻，因此其减少了运输排放，并且锯末既重复利用了废料，又替代了传统混凝土中的一些高耗能成分。由于其轻质性，木混凝土可以作为铠装组件的一种选择例如用于拉索。
14.在另一实施方案中，能量吸收基质设置有至少一些或大部分的通道，以容纳一个或多个线材或线束元件，其中所述线材或线束元件被布置成使得沿纵向轴线径向地施加压缩力。这使铠装组件通过来自能量吸收基质和线材/线束元件的协同效应而得到强化。
15.在一个优选实施方案中，纵向通道设置有用于接收所容纳的线材或线束元件的管元件，其中所述线材或线束元件例如以单螺旋、双螺旋或多螺旋的方式沿纵向轴线轴向地或螺旋地延伸，例如同时在左旋方向和优选方向上铺设。
16.在另一个优选实施方案中，由金属、合金或纤维增强的聚合物制成的层包括多个补片式元件，例如通过使用线束或线材将补片式元件相互组装、连接并且紧固，从而允许通过这种保护来对关键构件进行随后加装，优选地所述补片式元件被布置成使得朝向结构材料和/或承载元件的中心轴线施加压缩力。
17.在又另一个实施方案中，铠装组件包括外层和内层，其中所述层由金属、合金或纤维增强的聚合物制成。耐高温的金属或合金也可以用于这种层。替代地，由于其轻质特性，也可以选择纤维增强的聚合物。在另一实施方案中，所述内层可以由纤维增强的聚合物制成，而所述外层可以由金属或合金制成。
18.根据一个具体实施方案，管元件包括内层或可被视为与内层相同。在这个实施方案中，所述内层呈管形式，使得其就能够接收所要保护的结构材料和/或承载元件。
19.根据另一个特定的实施方案，内层被设置为纵向地包围至少一些承载元件，诸如抗拉元件的线束捆，其中纵向地包围所要保护的承载元件的每个内层优选地具有与外层相同的厚度。这个实施方案具有的优点是，在所要保护的元件的整体结构完整性保持不变的同时，一些承载元件(如果没有内壁或层包围)可以充当牺牲部件。
20.在一个特别优选的实施方案中，能量吸收基质被夹在外层和内层之间。这种配置为所要保护的结构材料和/或承载元件提供了最佳保护。
21.在又一个优选实施方案中，铠装组件设置有具有大约相同直径的多个纵向通道，用于容纳线材或线束元件和/或承载元件。
22.在另一实施方案中，铠装组件上设置的通道被随机地布置或距离彼此大约相等的距离布置。这种布置允许在火灾和爆破威胁下的最佳保护。例如，每个纵向通道之间的距离优选地在0cm至50cm之间，优选地在0.2cm至25.0cm之间，或者优选地在0.2cm至2.0cm之间。
23.在一个具体实施方案中，外层由屈服强度至多约2000mpa和/或至少约200mpa的材料制成，并且内层由屈服强度至多约2000mpa和/或至少约200mpa的材料制成。
附图说明
24.图1a是根据本发明的第一实施方案的铠装组件的透视图。
25.图1b是根据本发明的第一实施方案的铠装组件的纵向半剖透视图。
26.图1c是根据本发明的第一实施方案的平面视图。
27.图2a是根据本发明的第二实施方案的铠装组件的横截面视图。
28.图2b是根据本发明的第二实施方案的透视图，其展示了铠装组件如何被使用从而来保护拉索的承载元件的加装原理。
29.图2c是根据本发明的第二实施方案的透视图，其展示了铠装组件如何被使用从而来保护结构材料的加装原理。
30.图3a是根据本发明的第三实施方案的铠装组件的透视图。
31.图3b是根据本发明的第三实施方案的铠装组件的纵向半剖透视图。
32.图3c是根据本发明的第三实施方案的铠装组件的平面图。
33.图4是根据本发明的第三实施方案的透视图，其展示了铠装组件如何被使用从而来保护承载元件的预装原理。
具体实施方式
34.现在将参照附图对本发明的几个优选实施方案进行详细地描述。在以下描述中，为了简洁，省略了对纳入本文的已知功能和配置的详细描述。为此，需要指出的是，在本领域技术人员的能力范围内可以将选自不同实施方案的不同特征组合在一起。
35.图1a示出了根据本发明的第一实施方案的铠装组件100。在这个优选实施方案中，铠装组件100包括至少两个层，其中层10完全环绕能量吸收基质层20。这个层10限定了铠装组件100的轮廓，并且通常由金属、合金或纤维增强材料制成。
36.能量吸收基质层20的厚度大于外层10。所述能量吸收基质20包括固体填充物，例如由混凝土或类似物，诸如灰渣混凝土(由粉煤灰代替水泥)或聚合物混凝土或木混凝土制成。这种类型的材料适合于吸收突发爆破所造成的冲击波能量，而且该基质还能抵抗例如由火引起的高温。还可以预见的是，可以设置两层、三层或更多层的能量吸收基质20。这种多层的能量吸收基质20可以增加对于各种类型的直接撞击以及冲击波的防爆性。
37.图1b示出了铠装组件100的纵向半剖透视图，所述铠装组件具有总体上圆柱形形状。为此，可以预见的是，通过少许修改或无需修改，任何其他的形状(例如正方形、长方形、卵形或不规则的形状)也可以被本发明的铠装组件100所保护。
38.如图1b中清楚地示出的，铠装组件100包括：位于铠装组件100最外层的层10、能量吸收基质20以及多个通道30，即在铠装组件100的中央纵向轴线上有具有较大直径的通道30a和具有较小直径的两个通道30b(在最左侧)。在中央位置处的通道30a适于容纳所要保
护的元件。与在中央位置处的通道30a相比，具有较小直径的两个通道30b被设置成用于容纳线材或线束元件75。这些元件75可以向铠装组件100径向地施加压缩力。这些通道30b例如在能量吸收基质20中螺旋地设置，如铠装组件100的半剖面所示，所述半剖面示出了四个部分切断的通道30b。
39.在这个实施方案中，可以加装铠装组件100来保护已经完全安装或建造的结构材料和/或承载元件免受外部威胁。为了实现这个目的，铠装组件100具有“壳状”结构，其中所要保护的元件可以很容易地被铠装组件100包裹和防护免受所描述的外部威胁。换句话说，铠装组件的中央部分形成了具有大直径的通道30，以用于安置结构材料(例如，柱)和/或承载元件(例如拉索的抗拉构件)。这种配置使所要保护的元件不需要为安装铠装组件100而进行任何建造后的修改(或仅需要少量的结构修改)。当然，也可以预见的是，这种铠装组件100也可以在安装或建造前预装至所要保护的结构材料和/或承载元件上。
40.图1c是第一实施方案的平面图。铠装组件100的这个实施方案包括内径n和外径m。铠装组件100的内径n的范围可以是从50mm至400mm，通常是100mm至350mm，优选地是150mm至250mm，或更优选地约200mm。根据本发明的铠装组件100的外径m的范围可以是从约100mm至800mm，通常是从约200mm至500mm，优选地是从约250mm至400mm，或优选地是从约320mm至350mm。在一个最优选的实施方案中，铠装组件100的内径n和外径m分别为约200mm和350mm。所要保护的(例如安置在管中的)结构材料和/或承载元件的直径范围可以是从约40mm至380mm，通常从约100mm至280mm，优选地从约130mm至230mm，或更优选地从约170mm至200mm。
41.图1c还示出了，除了位于铠装组件100的中央位置处的通道30a外，多个通道30b附加地设置到能量吸收基质20，其中这些通道30b的直径一般远小于位于中央位置的通道30a的直径。这些通道30b通常具有小直径，例如从约5mm至80mm，优选地从约10mm至50mm，优选地从约15mm至30mm的范围内，或在大多数情况下为约25mm。这些通道30b被设置成接收线材或线束元件75，使得可以向铠装组件100径向地施加压缩力或拉伸力。这可以通过在所要保护的元件周围纵向拉紧线材或线束元件75来实现。此外，如从图1c的平面视图中可以看到的那样，本文所公开的这些通道30b分布在铠装组件100的整个周向上。通道30b的分布可以是随机的，也可以彼此等间距地设置。
42.为此，需要提及的是，铠装组件100的内径n、外径m以及用于接收线材或线束元件75的通道30b的直径这些参数适用于本发明的所有实施方案。
43.图2a示出了本发明的实施方案的另一个变体，其中除了位于铠装组件100最外层表面的外层10之外，铠装组件100还可以设置有内层40，其中能量吸收基质20夹在这两个层(即外层10和内层40)之间或由这两个层限制。在其他方面第二实施方案中的通道30a、30b与第一实施方案中所描述的相似。
44.如图2b所示，根据第一实施方案和第二实施方案的铠装组件100的通道30a可以用于容纳承载元件85(例如，拉索95)，或者如图2c所示，可以用来容纳建筑物或房屋的结构材料115(诸如，柱)。在图2b和图2c中，能量吸收基质20设置有具有较小直径的通道30b，以容纳线材和线束元件75。
45.为此，需要提及的是，承载元件85(例如，抗拉构件)通常被安置在拉索95的管内。此外，可以定制本发明的所有实施方案的铠装组件100，使其内径和外径可以被加装，从而容纳不同的所要保护的元件。例如本发明的铠装组件100可以设置成两个一半部段，随后连
接、紧固和/或密封两个一半部段，以形成当前要求的铠装组件100。可替代地，铠装组件100也可以被设置成三件、四件、五件或更多件，将它们组装、紧固和/或密封在一起以形成如第一实施方案和第二实施方案中所描述的铠装组件100。
46.由两个一半部段、三个部段或更多个部段形成的铠装组件100可以被容易地安装到所要保护的元件上。然而，这种特征削弱了铠装组件100防护不同威胁(诸如火灾、爆破、机械切割、热喷灯切割等)的能力，因为铠装组件100的间隙或连接点由于多个部段而更易受到上述威胁的影响。因此，可以预见并且优选的是，将铠装组件100设置为一体件，例如一个倒圆件(没有连接部段/连接件/连接铰链)，从而最小化铠装组件100的薄弱点(例如部段之间/件之间和铰链之间的间隙)。
47.此外，现有技术中常见的是设置铰链和销状元件来将那两个半管连接在一起。然而，与本技术相比，这种解决方案并不理想，在本技术中，设置了具有较小直径的通道30b来接收线材或线束元件75，其中线材或线束元件75被布置成使得沿铠装组件100的纵向轴线径向地施加压缩力。图3a示出了根据本发明的铠装组件100的第三实施方案的透视图，其中铠装组件100包括至少两个层，一个层为能量吸收基质20(未示出)，另一个层10位于铠装组件100的最外层，其中所述层10由金属、合金或纤维增强的聚合物制成，其厚度小于能量吸收基质20。从这个图中可以看出，铠装组件100设置有多个纵向通道30。
48.图3b是第三实施方案的透视图，其中铠装组件100被纵向切割成一半部段。从图3b中可以看出，通道30大体上平行于线材或线束元件75的纵向轴线和/或所要保护的元件(例如，承载元件)。
49.为此，可以容易地预见的是，能量吸收基质20可以设置有所有或大部分的通道30，以容纳线材或线束元件75，其中线材或线束元件75被布置成使得沿铠装组件100的纵向轴线径向地施加压缩力。当然，在其他实施方案中，可以仅将一些通道设置成安置线材和线束元件75，而其余的通道则可以被设置成安置结构材料115或包括线束护板135的承载元件85。
50.图3c表示了第三实施方案的平面图。铠装组件100设置有多个通道30。通道30a中的一些(在这个实施方案中示出为是在中央位置的28个通道30a)被设置成容纳承载元件85，而其余的通道30b(在这个实施方案中示出为是在中央位置的9个通道30b和在外围的6个通道30b)被设置成容纳线材或线束元件75。这些通道30中的每一个可以进一步被内层40环绕，其中内层40的材料可以与外层10的材料相似。
51.此外，本文公开的是，图3c中所描述的内层40可以与图2a中所描述的内层40相似，其中可以为通道30a、30b设置内层40，以用于容纳结构材料115和/或承载元件85。内层40的厚度可以在约0.5mm至10mm，通常是约1mm至5mm，优选地是约2mm至3mm的范围内或最优选地是约2.5mm。为此，需要提及的是，当内层40大体上呈圆形形式时，其直径通常在10mm至50mm的范围内，优选地在20mm至30mm之间。
52.如图4所示，此第三实施方案的铠装组件100可用于保护承载元件85。本文描述的承载元件85例如可以是抗拉元件。该承载元件可以具有约150mm2的表面面积，并且可以在被容纳至通道30中以前，进一步被线束护套135(诸如hdpe)保护。当然，可以预见的是，在容纳承载元件85之前，可以为通道30设置呈管形式的内层40。虽然仅有四个承载元件(来自图4前排)被显示为被线束护套135所保护，但可以预见的，所有承载元件(或仅一些承载元件)
可以由线束护套135所保护。
53.为此，所公开的是，本发明的铠装组件100在所有实施方案中还可以包括设置在能量吸收基质20中的中间连接部件60。例如，在图2a中例示了这种中间连接部件60。中间金属部件60可以被布置成与铠装组件100的内层40和外层10机械地连接(或仅与外层10连接)，从而增加铠装组件100的机械强度。
54.在此重申，在所有实施方案中，通道30，特别是设置在能量吸收基质20中用于容纳线材和线束元件75的具有较小直径的通道30b，可以轴向地或螺旋地围绕铠装组件100设置，使得其中容纳的线材或线束元件75也可以沿铠装组件100轴向地或螺旋地延伸，比如使线材或线束元件75被拉紧从而向铠装组件100径向地施加压缩力或拉伸力。
55.根据本发明的铠装组件100的实施方案的所有变体均能够保护结构材料和/或承载元件免受各种威胁，诸如火灾、tnt切割装药(例如金刚石装药、引爆绳等)、例如距所要保护的元件0.5米远的tnt爆破载荷和/或机械切割威胁或热切割威胁。
56.具体来说，本发明的铠装组件已经过测试，表明其能够承受根据ul 1709标准测试(例如，火灾温度：1100℃；持续时间：60分钟)的火灾威胁(例如，快速上升火灾测试)，或能够承受根据例如后张力研究所(post-tensioning institute)(pti dc45.1-18)对于拉索设计建议的测试规范中所描述的火灾威胁。本文所要求保护的铠装组件还能够承受至少15kg和/或至多100kg的tnt切割装药；在距铠装组件至少0.5米处承受至少15kg和/或至多100kg的tnt爆破载荷。此外，已经对铠装组件进行了机械切割或热切割测试，并证明其能够承受相当于大约15kg或甚至100kg tnt的金刚石装药、线性累积切割装药以及引爆索组件(petn)。根据本发明的铠装组件还能够承受例如100kg的tnt。
57.测试表明，本发明的铠装组件能有效地保护结构材料和/或承载元件。为了将铠装组件认定为能完全有效地保护结构材料和/或承载部件免受本文所述的威胁，给出以下数值：
[0058]-在整个火灾暴露的期间，所要保护的元件附近的温度不应超过300℃。
[0059][0060]-对于切割装药测试、爆破测试以及机械切割和热切割测试，在被暴露在威胁下之后，所要保护的元件(例如，承载元件)的极限承载力应超过其所保证的极限抗拉强度的至少50％。
[0061]
对于给定的数值，“约”或“大约”指包括指定值10％以内的数值。
[0062]
不定冠词“一”或“一个”并不排除多个，因此应被广义地对待。
[0063]“一个或多个”或“至少一个”指包括整数，包括1、2、3、4、5和更多直至本领域的技术人员可以应用和理解的数量。