梁组件以及借此建立的结构的制作方法
【专利说明】梁组件以及借此建立的结构
[0001]本发明涉及一种梁组件，该梁组件具有设置在两个支座之间的基本笔直的梁，该梁沿纵向延伸并由至少三个在纵向上前后布置的且通过两个顶板接头相互连接的部段组成，即一个中央部段和两个外部段，其中这些支座被阻止沿纵向移位。本发明还涉及利用这种梁组件建立的结构，尤其是钢结构。
[0002]钢梁通常无法以一体方式按照既定的应用目的所需要的长度来制造并被运送至应用地点。而是将多个长度较短的预制部段在工地现场进行相互连接。这通常借助所谓的顶板接头或端板接头来实现，在这里，在端侧一体形成或装接在真正梁型材上的顶板利用螺栓相互连接。这样的顶板一般垂直于梁的纵向来取向。
[0003]在核技术设备以及其它应用领域中的钢结构且尤其是承受高载荷的主梁通常是针对由温度影响导致的高压迫作用来设计的。
[0004]另一方面，它们须如此设计和放置，S卩，能尽量均匀一致地卸除所有外负荷如有效负荷和例如由地震所引发的振动。这通常是与尽量无压迫的支承以补偿热膨胀的期望背道而驰的。一般来说，刚性减弱也牵扯到承载能力减弱。因此，热压迫力过去主要通过在采用活动支承或浮动支座情况下实现接头的轴向可移位性(无压迫支承)来加以考虑。这一类型的连接在承受外动态负荷时缺少足够高的轴向刚性以将负荷均匀分散于系统内。由此，该结构从经济角度看不能令人满意。
[0005]本发明基于以下任务，S卩，提出一种替代的梁组件，该梁组件在同时获得卸载功能且在结构内均匀分散外力的情况下允许热压迫力的可控消除。
[0006]根据本发明，该任务通过独立权利要求1的特征来完成。
[0007]据此，提供一种前言所述类型的梁组件，其中:
[0008].中央部段在其两端分别具有一个中央部段顶板，所述两个外部段中的每一个外部段在其指向中央部段的一端具有外部段顶板，
[0009].各外部段顶板如此和与之对置的中央部段顶板互补地取向，即它们共同构成一个顶板接头，
[0010].每个顶板接头的两个顶板通过连接螺栓相互连接，所述连接螺栓被引导穿过所述顶板内的缺口，
[0011].位于每个顶板接头的至少其中一个所述顶板中的缺口以长孔的形式构成，
[0012].两个顶板接头如此相互反向地相对于该纵向的法平面倾斜，并且所述长孔如此布置和取向，即当所述部段热膨胀或收缩时允许该中央部段相对于所述两个外部段侧向移位。
[0013]就是说，利用简单经济的适应钢结构的构造来解决所着眼的问题。只需要金属板、轧制型材和在长孔连接中的螺栓，无需特殊构件。通过上述构件的简单组合，获得在温度影响下压迫减弱的支承，同时获得针对外负荷的承载能力。所述部段在热负荷下的轴向膨胀通过该结构的垂直于纵向的侧向移位来补偿。此时，高压迫力克服顶板之间的由螺栓连接的部分预紧所造成的静摩擦。梁的中央部段因外静态负荷和/或外动态负荷而侧向移位从结构上考虑是无法实现的。在温度影响结束之后，这些部段又拉紧，由此自动产生侧向回位力，其使中央部段又回移到初始位置。
[0014]设计惯例是，梁的这些部段在正常环境温度下排列成一线/对齐，中央部段在显著升温时侧向移出。但也可以基于这样的系统设计，其以相应方式响应于降温和进而部段收缩，并且在一定程度上移位状态就是基本状态。当连接螺栓或者说连接销在基本状态下例如位于长孔的中央且中央部段与此相应地例如移出排列时，根据温度变化方式而有在两个方向上的运动自由度。
[0015]各中央部段顶板的倾斜轴线和相应地在顶板接头中与之对置的外部段顶板的倾斜轴线有利地垂直于该纵向来取向。而且，这两个中央部段顶板的倾斜轴线优选相互平行取向，所述两个中央部段顶板优选相对于该纵向的法平面具有大小相同的倾斜角度。该倾斜角度优选在30°至60°之间的范围内，优选是45°。由此一来，最佳地支持该中央部段因部段热膨胀而自动进行所述侧向移位，同时以尽量最佳的方式始终获得承载能力。但与所述规定方向和规定角度的较小偏差是可能的，例如因为该倾斜轴线略微扭转或扭曲，或者因为该顶板接头的略微不同的倾斜。
[0016]在中央部段侧向移位时在一定程度上作为导轨用于各顶板接头的连接螺栓或者说连接螺栓的长孔当然如此设置在相应的顶板中并且如此取向，即，存在所述可移动性。适当地与上述几何形状相协调，所述长孔垂直于各中央部段顶板的倾斜轴线取向。
[0017]在一个优选变型中，位于一个顶板接头的中央部段顶板内的所述缺口以长孔的形式构成，在该外部段顶板内的所述缺口以圆孔的形式构成。但反过来也是可行的。该连接螺栓或者说连接销此时适当地被引导/穿插经过两个缺口，即经过顶板接头的两个顶板并且从外侧通过侧向搭接所述缺口的边缘的且贴靠于该顶板的螺栓头和/或通过螺母被固定。但在一个可能的变型中，该连接螺栓也可以在一个顶板接头的两个顶板中的至少一个顶板上一体形成或接合(如焊接)，穿过在另一顶板中的长孔并且从外侧通过螺母被固定。有利地，这些长孔在整个周面上都是闭合的，就是说四面被顶板包围，例如不朝向外边界敞开。通过这种方式，限定了中央部段的侧向移位距离，并且该中央部段无法侧向脱落出该梁。此时，该中央部段的最大侧向移位距离在结构上可实现的范围内。由此保证了梁的稳定性和承载能力不会下降至小于临界值。
[0018]如上所述，一个顶板接头的两个顶板在梁安装时适当地通过可拆的摩擦连接件被相互紧固或夹紧。对此，优选采用尤其呈螺栓或螺栓和/或带帽螺钉或类似物形式的连接螺栓来形成适当构件与基本呈圆柱形的杆的螺栓连接，它们按照常见的方式借助对应的螺母且或许与垫片相结合地或者借助夹紧销或类似物被固定并同时承受拉力。这两个顶板有利地如通过相应拧紧螺栓或螺母如此相互夹紧，即在温度作用下仍保持中央部段的侧向可移性(部分预紧)。
[0019]在适当的实施方式中，梁是钢梁，其若干部段例如以轧制型材形式构成，乳制型材具有在端侧处一体形成的或加装的且尤其是焊接的顶板。或者，所述梁或至少其若干组成部件也可以由其它材料、尤其是由现代的复合材料(复合材)或类似物制造。若干梁部段本身能以常见的方式被分段，就是说由最初分开的部分部段组成，例如利用垂直于纵向取向的顶板接头。原则上也可行的是制造例如由五个部段组成的梁，此时，沿纵向看的第二和第四部段被设计用于按照所述方式侧向移位。因为在此情况下由第一至第三部段构成的组合体或者由第三至第五部段构成的组合体或者可被视为唯一的部段，故权利要求的语句涵盖这样的配置形式。
[0020]所述顶板优选具有平坦的接触面，它们允许与其各自连接配对体的抗倾斜抗扭曲的支承和连接，并且它们在梁的中央部段的侧向移位时构成滑动面。在替代实施方式中，所述接触面也可以具有台阶，该台阶对准沿着移动方向的方向，从而实现了用于侧向移位的导轨。所述顶板尤其在坚固梁的情况下或在闭合箱型材情况下可具有侧向超出梁型材的凸缘，以简化连接件安装并在安装和维护时便于接近它。或者，在闭合型材和/或坚固型材情况下也可以在材料中开设相应的进出开口。
[0021]所述的梁组件适当地是钢结构或建筑的组成部分，尤其是钢制平台或框架的组成部分，例如在核技术设备或者其它的工业设备中。
[0022]根据本发明的设想适用在钢结构的新型建筑中并且也适用于强化现有钢结构。该结构的几何形状此时实际上未受影响，并且可允许在工厂基本预制该梁接头。
[0023]本发明所获得的优点尤其在于通过分段来构成梁，其中该梁的若干部段通过带有长孔螺栓连接和稳固的接头形状的被部分预紧的顶板接头来相互连接，可以在承受热负荷、静态和动态载荷的结构中实现通过侧向移位可控消除由热压迫作用引起的应力，同时保持针对外载荷的弯曲承载能力，确切说利用符合钢结构的简单构造原理，而无需特殊构件。
[0024]借此得到:
[0025].在工作位置或安装位置上的抗弯承载连接，
[0026].用于消除钢结构中的压迫应力的附加的结构可能性，
[0027].因为整体结构中的材料节省而与迄今方案相比更经济的设计，
[0028].热应力下的膨胀一致性且同时在唯一结构中获得针对外载荷的承载能力。
[0029]以下将结合附图来详述本发明的实施例。在此，以分别简化的示意图示出了:
[0030]图1示出了在环境温度下按照第一配置形式的本发明梁的纵剖视图，
[0031]图2示出了根据图1的梁的沿着用A-A所示的剖切线的截面，
[0032]图3示出了根据图1的梁的沿着用B-B所示的剖切线的截面，
[0033]图4示出了在升高温度下按照第二配置形式的根据图1的梁的纵截面，
[0034]图5示出了根据图4的梁的沿着用C-C所示的剖切线的截面。
[0035]在所有附图中，相同的零部件带有相同的附图标记。
[0036]如图1的纵剖视图，在环境温度(Λ T = O)下示出的梁2以长条形直钢梁的形式构成，该梁在本示例中竖直取向地被夹紧在上支座4和下支座6之间。梁2在纵向8上的总长度用L标示。这两个支座4、6被阻止沿纵向8移位，例如通过包围结构或锚固。尤其是，它可以是固定支座。在其它的结构中，所述梁2也能平置或斜设。
[0037]梁2由三个最初分开的、在工厂被预制且在设立现场被组装和相互连接的部段10、12和14构成，即一个中央部段10、一个上外部段12和一个下外部段14。三个部段10、12、14均具有例如由对称双T形型材构成的梁件16。梁2的截面形状在整个延伸长度范围内是基本恒定的。当然，也可采用其它的截面形状。或者，这三个部段10、12、14也可以具有不同的截面形状和/或沿纵向改变的截面形状。
[0038]为了实现接合/连接，中央部段10在两端分别配设有一个扁平的中央部段顶板18，其被焊接到梁件16上。两个外部段12、14按照相应的布局分别在其指向中央部段10的一端具有一个外部段顶板20，从而在最终安装状态下形成两个顶板接头22。在两个顶板接头22的每一个接头中，参与其中的连