NO324400B1

NO324400B1 - A structural element

Info

Publication number: NO324400B1
Application number: NO20026070A
Authority: NO
Inventors: Arne Engebretsen
Original assignee: Arne Engebretsen
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2007-10-01
Also published as: EP1581705A1; WO2004055290A1; ATE339564T1; EP1581705B1; NO20026070L; NO20026070D0; AU2003295289A1; DE60308417D1

Abstract

In a structural element in the form of a glued wooden beam (6) with prestresses reinforcement at least one reinforcing element (7) is provided in one or more longitudinal grooves (8) which extends parallel with the side edges of the beam (6) and preferably across the whole length of the beam. The at least one reinforcing element is formed by a reinforcing moulding compound which is provided in the grooves (8) with the glued wooden beam (6) prestressed in the cross direction towards the top surface, whereafter the reinforcing moulding compound is hardened and prestressed in compression when the glued wooden beam is relieved. Correspondingly also the bottom surface of the beam can be provided with at least one reinforcing element (7') of this kind, provided in a similar manner to the at least one reinforcing element (7) of the top surface, but prestressed in tension. The glued wooden beam (6) hence becomes reinforced symmetrically on two sides. The reinforcing moulding compound can be a hardenable composite material, a hardenable polymer or ceramic material and may in each case comprise a reinforcing additive, preferably in the form of fibres.

Description

Oppfinnelsen angår et konstruksjonselement i form av en limtrebjelke med forspent armering, hvor limtrebj eiken har et hovedsakelig rektangulært tverrsnitt, og hvor en lastbærende toppflate svarer til en første kortside av tverrsnittet og en til toppflaten motstående bunnflate til den annen kortside av tverrsnittet. The invention relates to a construction element in the form of a glulam beam with prestressed reinforcement, where the glulam beam has a mainly rectangular cross-section, and where a load-bearing top surface corresponds to a first short side of the cross-section and a bottom surface opposite the top surface to the other short side of the cross-section.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte til armering av et konstruksjonselement i form av en limtrebjelke med forspent armering, hvor limtrebj eiken har et hovedsakelig rektangulært tverrsnitt, hvor en lastbærende toppflate tilsvarer en første kortside av tverrsnittet og en til toppflaten motstående bunnflate den annen kortside av tverrsnittet. The invention also relates to a method for reinforcing a construction element in the form of a glulam beam with prestressed reinforcement, where the glulam beam has a mainly rectangular cross-section, where a load-bearing top surface corresponds to a first short side of the cross-section and a bottom surface opposite the top surface to the other short side of the cross-section.

Laminerte limtrebj eiker har funnet en økende anvendelse i moderne konstruksjonsteknikk, fremfor alt som lastbærende elementer med til dels store spennvidder; blant annet er de med hell blitt anvendt som bærebjelker for takkonstruksjoner i store rom, eksempelvis hallbygninger. Generelt er slike laminerte limtrebjelker utført ved sammenfesting, f.eks. ved liming, av et antall underelementer eller lameller i form av forholdsvis tynne treplanker og hovedsakelig med samme form og dimensjon. Bjelken bygges dermed til en ønsket steghøyde og vil vanligvis av konstruksjonsmessige hensyn utføres med rektangulært tverrsnitt, idet rektangelets store sidekanter da utgjør bjelkens steghøyde. Dette bidrar til å gi bjelken den ønskede bøyestivhet, dvs. at bjelken kan bære forholdsvis stor last uten nedbøyning. Benyttet som bærebjelker i takkonstruksjoner med stort spenn kan selve takelementene utgjøre en forholdsvis mindre andel av belastningen, mens bjelkens egenvekt vil øke med spennet. Bjelkens stivhet kan nå økes ved å øke steghøyden, mens bjelketykkelsen, dvs. dimensjonen av bredden av tverrsnittets kortsider kan holdes uendret. Selv om dette vil tillate forholdsvis store spennvidder, has den ulempe at en stor steghøyde uansett er problematisk, spesielt når det skal tas arkitektoniske hensyn og den medfører et forholdsvis stort materialforbruk. Det vil derfor være ønskelig å kunne øke bøyestivheten til en laminert limtrebjelke uten at det skal være ledsaget av en tilsvarende økning i steghøyden. Laminated glulam spokes have found an increasing use in modern construction technology, above all as load-bearing elements with sometimes large spans; among other things, they have been successfully used as support beams for roof structures in large rooms, for example hall buildings. In general, such laminated glulam beams are made by joining together, e.g. by gluing, of a number of sub-elements or slats in the form of relatively thin wooden planks and mainly of the same shape and dimension. The beam is thus built to a desired step height and, for construction reasons, will usually be made with a rectangular cross-section, as the large side edges of the rectangle then make up the step height of the beam. This helps to give the beam the desired bending stiffness, i.e. that the beam can carry a relatively large load without bending. Used as support beams in roof constructions with a large span, the roof elements themselves can make up a relatively smaller proportion of the load, while the beam's own weight will increase with the span. The beam's stiffness can now be increased by increasing the step height, while the beam thickness, i.e. the dimension of the width of the short sides of the cross-section, can be kept unchanged. Although this will allow relatively large spans, it has the disadvantage that a large step height is problematic anyway, especially when architectural considerations are to be taken into account and it entails a relatively large consumption of material. It would therefore be desirable to be able to increase the bending stiffness of a laminated glulam beam without it being accompanied by a corresponding increase in the step height.

Som alternativ til bærekonstruksjoner med laminerte limtrebjelker er det vanlig å benytte stålbjelker eller lettmetallbjelker. De sistnevnte har en meget lavere bæreevne enn de førstnevnte og begge vil ha en egenvekt som relativt til laminerte limtrebjelker ikke er vesentlig bedre. Fordelen er naturligvis at steghøyden til stålbjelker eller lettmetallbjelker kan gjøres vesentlig mindre. Et alternativ er armerte og forspente betongbj eiker, men også her vil høy egenvekt medføre en vesentlig ulempe, og armeringselementer eller spennelementer kan under spesielle forhold utsettes for korrosjon. As an alternative to support structures with laminated glulam beams, it is common to use steel beams or light metal beams. The latter have a much lower load-bearing capacity than the former and both will have a specific weight which, relative to laminated glulam beams, is not significantly better. The advantage is of course that the step height of steel beams or light metal beams can be made significantly smaller. An alternative is reinforced and prestressed concrete blocks, but here too a high specific weight will cause a significant disadvantage, and reinforcement elements or tension elements can under special conditions be exposed to corrosion.

Alt i alt kan derfor laminerte limtrebjelker under mange forhold og for en rekke anvendelser fremtre som særdeles gunstige konstruksjonselementer. Ikke bare kan de dimensjoneres til å tåle bøyebelastninger som er sammenlignbare med tilsvarende stål- og metallkonstruksjoner, men de har samtidig relativ sett en mye lavere egenvekt. Dertil har limtrebjelker generelt en god brannmotstand. Mens f.eks. stålbjelker vil mykne ved rødglød, dvs. temperaturer fra ca. 550°C og oppover, og miste bæreevnen, noe som kan føre til knekking og kollaps så å si momentant, vil limtrebj eikers bæreevne stort sett avta med graden av gjennombrenning som ved bruk av passende impregnering og behandling av trematerialene vil foregå meget langsomt, slik at det ikke vil inntre en kollaps av bjelken før gjennombrenningen er kommet så langt at belastningen overstiger bæreevnen, forutsatt at gjennombrenningen foregår noenlunde homogent og fordelt over spennet. All in all, therefore, under many conditions and for a number of applications, laminated glulam beams can appear as particularly favorable construction elements. Not only can they be designed to withstand bending loads that are comparable to similar steel and metal structures, but they also have a much lower specific weight in relative terms. In addition, glulam beams generally have good fire resistance. While e.g. steel beams will soften when red-hot, i.e. temperatures from approx. 550°C and above, and lose their load-bearing capacity, which can lead to buckling and collapse, so to speak, instantaneously. that a collapse of the beam will not occur before the burn-through has reached such a point that the load exceeds the bearing capacity, provided that the burn-through takes place fairly homogeneously and distributed over the span.

For å redusere steghøyden til laminerte trebjelker og dermed materialforbruket, uten at bøyestivhet eller bøyefasthet reduseres, har det vært foreslått å armere bjelken. Når man tar i betraktning at en belastet limtrebjelke utsettes for kompresjonskrefter på den bærende overside, og at disse kompresjonskrefter forplanter seg gjennom bjelkesteget og avtar til null nær sentrum av bjelken, mens bjelken deretter og til undersiden utsettes for voksende strekkspenninger, vil det være innlysende at en forholdsvis stor del av steghøyden i relativt mindre grad bidrar til trykkavlastningen. Det er med andre ord i en laminert limtrebjelke lamellene som befinner seg nærmest henholdsvis bjelkens toppflate og bunnflate som opptar de største påkjenninger i form av respektive kompresjons- og strekkrefter. In order to reduce the step height of laminated wooden beams and thus the material consumption, without reducing bending stiffness or bending strength, it has been proposed to reinforce the beam. When one takes into account that a loaded glulam beam is subjected to compression forces on the load-bearing upper side, and that these compression forces propagate through the beam step and decrease to zero near the center of the beam, while the beam is then and to the underside subjected to increasing tensile stresses, it will be obvious that a relatively large part of the step height contributes to the pressure relief to a relatively lesser extent. In other words, in a laminated glulam beam, it is the slats that are closest to the beam's top surface and bottom surface, respectively, that absorb the greatest stresses in the form of respective compression and tensile forces.

En laminert limtrebjelke 1 i henhold til kjent teknikk er vist i oppriss på fig. la og i tverrsnitt på fig. lb. Bjelken 1 er dannet av en rekke sammenfestede, f.eks. ved liming, tynne, identiske lameller 1', hvorav topp- og bunnlamellene er spesielt angitt. Lamellene bygger bjelken opp med den ønskede høyde-/breddeforhold. Vanligvis vil høyde-/breddeforholdet være stort med tanke på å øke bjelkens stivhet. A laminated glulam beam 1 according to known technique is shown in elevation in fig. la and in cross section in fig. lb. The beam 1 is formed by a number of joined together, e.g. by gluing, thin, identical lamellae 1', of which the top and bottom lamellae are specially indicated. The slats build up the beam with the desired height/width ratio. Usually the height/width ratio will be large with a view to increasing the beam's stiffness.

Fra EP patent nr. 0 187 158 er det kjent en laminert limtrebjelke hvis overside har påmontert et armeringselement i form av en lamell av samme form og utstrekning som bjelken selv. Fig. 2a viser bjelken 1 forspent og påmontert et uforspent armeringselement 2. På fig. 2b er bjelken 1 vist avspent og med armeringselementet 2 forspent. Kraftretningen er i viste tilfelle antydet med piler. Dette armeringselement 2 er fortrinnsvis utført av et materiale som gir bjelken 1 den ønskede økte bøyestivhet, eksempelvis stål. Flere slike armeringslameller 2' kan være benyttet som vist i oppriss på fig. 2c og tverrsnitt på fig. 2d. Før armeringselementene 2 innfestes, forspennes bjelken 1 som vist på fig. lb fra undersiden. Bjelken 1 vil nå være forpent i kompresjon ved undersiden og i strekk på oversiden, idet disse spenningene naturligvis avtar mot bjelkemidten. Armeringselementet 2 festes nå på bjelkens overside, med passende midler. Disse kan f.eks. være spesielle monteringselementer 3 anordnet som vist på fig. 2c, eller i tilfelle armeringselementet 2 er gitt en u-profil, som på fig. 2d hvor monteringselementene 3 fastbolter armeringselementet 2 på tvers av bjelken 1. Alternativt kan også armeringselementet 2 være festet på annen måte, f.eks. ved liming. Dessuten kan armeringselementet 2 være utført med en eller flere flenser 2a som vist på fig. 2g, idet disse flensene 2a kommer til inngrep i passende utførte spor i den laminerte limtrebjelke 1 og armeringselementet 2 fortrinnsvis da festes ved liming. Endelig kan armeringselementet 2 være utført i form av en eller flere parallelle stenger som er faststøpt til bjelkeoverflaten som vist på fig. 2h, i dette tilfelle i en utsparing 5. From EP patent no. 0 187 158, a laminated glulam beam is known, the upper side of which has a reinforcement element mounted on it in the form of a lamella of the same shape and extent as the beam itself. Fig. 2a shows the beam 1 prestressed and an unstressed reinforcement element 2 mounted on it. In fig. 2b, the beam 1 is shown relaxed and with the reinforcing element 2 prestressed. In the case shown, the direction of force is indicated by arrows. This reinforcing element 2 is preferably made of a material which gives the beam 1 the desired increased bending stiffness, for example steel. Several such reinforcing slats 2' can be used as shown in the elevation in fig. 2c and cross section in fig. 2d. Before the reinforcing elements 2 are attached, the beam 1 is prestressed as shown in fig. lb from the underside. The beam 1 will now be prestressed in compression on the underside and in tension on the upper side, as these stresses naturally decrease towards the middle of the beam. The reinforcing element 2 is now attached to the upper side of the beam, using suitable means. These can e.g. be special mounting elements 3 arranged as shown in fig. 2c, or if the reinforcement element 2 is given a u-profile, as in fig. 2d where the mounting elements 3 bolt the reinforcing element 2 across the beam 1. Alternatively, the reinforcing element 2 can also be attached in another way, e.g. when gluing. Furthermore, the reinforcement element 2 can be made with one or more flanges 2a as shown in fig. 2g, as these flanges 2a engage in suitably designed grooves in the laminated glulam beam 1 and the reinforcement element 2 is then preferably attached by gluing. Finally, the reinforcement element 2 can be made in the form of one or more parallel bars which are fixed to the beam surface as shown in fig. 2h, in this case in a recess 5.

Når bjelken 1 avspennes, overføres strekkforspenningen til armeringselementene 2 som kompresjonsspenninger og hensikten er dermed oppnådd, nemlig å danne en bjelke som gir den ønskede bøyestivhet med bruk av passende forspent armering. Alternativt kan også bjelken være utført med et armeringselement eller flere armeringselementer på undersiden. Et slikt armeringselement monteres før eller etter bjelkeforspenningen og vil da som anført i det ovennevnte patentskrift, i det sistnevnte tilfelle ikke forspenne bjelken 1 med mindre montering og innfesting av dette armeringselement som antydet i patentskriftet skjer ved særskilte tiltak. When the beam 1 is relaxed, the tensile prestress is transferred to the reinforcement elements 2 as compression stresses and the purpose is thus achieved, namely to form a beam which provides the desired bending stiffness with the use of suitable prestressed reinforcement. Alternatively, the beam can also be made with a reinforcement element or several reinforcement elements on the underside. Such a reinforcing element is mounted before or after the beam prestressing and, as stated in the above-mentioned patent document, in the latter case will not prestress the beam 1 unless the installation and fixing of this reinforcing element, as indicated in the patent document, takes place by means of special measures.

Selv om en armering utført i henhold til EP patent 0187 158 bidrar til å gi det ønskede resultat med hensyn til øket bøyestivhet, innebærer den foreslåtte løsning allikevel en rekke ulemper. Armeringselementer f.eks. i form av stål bidrar på en uheldig måte til å øke bjelkens egenvekt og vil dessuten ved brann være tilbøyelig til å mykne ved rødglød, slik at armeringseffekten går tapt og det ene og alene vil være trebjelken som må motstå eller oppta belastningen. En ytterligere ulempe er at armeringselementet eller -elementene må innfestes ved særlige monteringselementer, f.eks. bolter 3 som vist på fig. 2e og fig. 2f. Monteringselementer i form av bolter kan bidra til å svekke materialet og monteringshull eller monteringsgjennomføringer kan dessuten virke som spenningskonsentratorer, noe som er særlig uheldig om bjelken utsettes for forskjellige eller varierende belastninger. Ved innfesting ved liming eller støping må det henholdsvis benyttes lim som gir god heft mellom er armeringeelement av metall og tre, noe som kan være problematisk, eller en egnet støpemasse, f.eks. i form av kunstharpiks som kan by på lignende problemer. Både lim og kunstharpiks kan dessuten smelte eller mykne ved forhøyede temperaturer, slik at armeringselementet løsner fra bjelken. Although a reinforcement carried out in accordance with EP patent 0187 158 helps to give the desired result with regard to increased bending stiffness, the proposed solution nevertheless entails a number of disadvantages. Reinforcement elements, e.g. in the form of steel contributes in an unfortunate way to increasing the beam's own weight and will also tend to soften when red-hot in the event of a fire, so that the reinforcement effect is lost and the wooden beam alone will have to withstand or absorb the load. A further disadvantage is that the reinforcing element or elements must be fixed by special mounting elements, e.g. bolts 3 as shown in fig. 2e and fig. 2 f. Mounting elements in the form of bolts can contribute to weakening the material and mounting holes or mounting bushings can also act as stress concentrators, which is particularly unfortunate if the beam is exposed to different or varying loads. When attaching by gluing or casting, glue must be used which provides good adhesion between the reinforcing element made of metal and wood, which can be problematic, or a suitable molding compound, e.g. in the form of synthetic resin which can present similar problems. Both glue and synthetic resin can also melt or soften at elevated temperatures, so that the reinforcing element detaches from the beam.

Det må nevnes at det også har vært gjort forsøk i teknikken å bevirke en armering av en allerede forspent trebjelke ved innfesting av ytterligere trelameller på f.eks. bjelkens konvekse toppflate. Disse vil da være uforspent og naturligvis forspennes i kompresjon etter at bjelken er frigjort fra spennanordningen og normaliseres. Disse ekstra armeringselementer i form av en eller flere forspente trelameller er imidlertid problematiske, da de fortrinnsvis festes på samme måte som de øvrige lameller i bjelken, og festemidlene som f.eks. kan være lim, behøver slett ikke å være kompatible med de strekkspenninger som overføres til lamellene i form av kompresjonsspenninger. Da disse spenninger også vil variere over den andel av bjelkens steghøyde som disse armeringslameller opptar, kan det være en fare for delaminering i normaliseringsprosessen, og ytterligere er det også et problem at trevirket deformeres under kompresjonen, noe som vil bidra til å svekke armeringen ytterligere. It must be mentioned that attempts have also been made in the technique to effect a reinforcement of an already prestressed wooden beam by attaching additional wooden lamellas to e.g. the convex top surface of the beam. These will then be unstressed and naturally prestressed in compression after the beam has been released from the tensioning device and normalized. However, these additional reinforcement elements in the form of one or more pre-stressed wooden slats are problematic, as they are preferably attached in the same way as the other slats in the beam, and the fasteners such as e.g. may be glue, do not have to be compatible with the tensile stresses that are transferred to the slats in the form of compression stresses. As these stresses will also vary over the proportion of the beam's step height that these reinforcement lamellas occupy, there may be a risk of delamination in the normalization process, and furthermore there is also a problem that the wood deforms during compression, which will contribute to further weakening the reinforcement.

Endelig kan det nevnes at norsk patent nr. 162124 som også ligger til grunn for ovennevnte EP patent nr. 187158, en passant nevner bruken av armeringsmaterialer som antas å være støpbare, nemlig betong. Utover dette gir det norske patentskrift ingen anvisning på hvordan slike støpbare armeringselementer realiseres i praksis. Betong lar seg i hvertfall ikke forspenne uten bruk av særskilt armering for dette formål. Finally, it can be mentioned that Norwegian patent no. 162124, which is also the basis for the above-mentioned EP patent no. 187158, en passant mentions the use of reinforcement materials which are assumed to be castable, namely concrete. In addition to this, the Norwegian patent literature does not provide any guidance on how such castable reinforcement elements are realized in practice. In any case, concrete cannot be prestressed without the use of special reinforcement for this purpose.

Et generelt problem ved kjent teknikk er at armeringselementene må anordnes med samme krumning som den forspente bjelke. Dette innebærer at armeringselementene må forformes, f.eks. i særskilte trinn i fremstillingsprosessen, enten de er av stål eller tre, og det må dertil sørges for at disse trinn ikke induserer spenninger i det forformede armeringselement, eventuelt at det må avspennes ved egnede tiltak. A general problem with known technology is that the reinforcing elements must be arranged with the same curvature as the prestressed beam. This means that the reinforcing elements must be preformed, e.g. in separate steps in the manufacturing process, whether they are made of steel or wood, and it must be ensured that these steps do not induce tension in the preformed reinforcement element, or that it must be relaxed by suitable measures.

Det vil derfor være ønskelig å skaffe en limtrebjelke som gir en ønsket høy bøyestivhet og med redusert materialforbruk selv ved store spenn, og det uten at det skal være altfor komplisert og forspenne og armere bjelken. It would therefore be desirable to obtain a glulam beam that provides the desired high bending stiffness and with reduced material consumption even with large spans, and without it being overly complicated to prestress and reinforce the beam.

Det er derfor en første hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en armert limtrebjelke, hvor armeringen kan uforspent påføres den forspente limtrebjelke uten bruk av særlige midler for montering eller innfesting. It is therefore a first purpose of the present invention to provide a reinforced glulam beam, where the reinforcement can be applied unstressed to the prestressed glulam beam without the use of special means for assembly or fastening.

Det er en annen hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en armert limtrebjelke med redusert materialforbruk og egenvekt ved at bjelkens samlede steghøyde kan reduseres i forhold til en uarmert limtrebjelke med samme bøyestivhet. It is another purpose of the present invention to provide a reinforced glulam beam with reduced material consumption and specific weight in that the overall step height of the beam can be reduced in relation to an unreinforced glulam beam with the same bending stiffness.

Det er en tredje hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en armert limtrebjelke hvor armeringen kan integreres i bjelkeprofilen. It is a third purpose of the present invention to provide a reinforced glulam beam where the reinforcement can be integrated into the beam profile.

Det er en fjerde hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en armert limtrebjelke hvor bjelkens egenvekt før og etter armeringen hovedsakelig forlir uendret. It is a fourth purpose of the present invention to provide a reinforced glulam beam where the specific weight of the beam before and after the reinforcement remains essentially unchanged.

De ovennevnte hensikter så vel som ytterligere trekk og fordeler oppnås med en limtrebjelke i henhold til den foreliggende oppfinnelse som er kjennetegnet ved at i det minste bjelkens toppflate er forsynt med ett eller flere armeringselementer forspent i kompresjon og anordnet integrert med bjelken i ett eller flere langsgående spor som strekker seg parallelt med bjelkens sidekanter og fortrinnsvis over hele bjelkens lengde, idet armeringselementene initialt er anbrakt uforspent i sporet eller sporene og dannes av en utstøpt, uforspent armeringsmasse mens limtrebj eiken befinner seg i en tilstand hvor den er forspent i tverretningen mot toppflaten, hvoretter armeringsmassen etter utstøping herdes og deretter forspennes i kompresjon ved at limtrebj eiken avspennes, idet sporet eller sporene hvor en form og dybde som gjort av armeringsmassen hovedsakelig er konsentrert nær den overflate av bjelken hvor sporene er uttatt og slik at den i armeringsmassen opptatte spenningsenergi maksimeres i forhold til armeringsmassens andel av konstruksjonselementets volum som gitt ved sporenes form og dybde, og at armeringsmassen etter utherding og forspenning flukter med bjelkeoverflaten og danner armeringselementet eller armeringselementer med en spesifikk kompresjonsforspenning som overstiger en forventet eller spesifikk kompresj onsbelastning. The above purposes as well as further features and advantages are achieved with a glulam beam according to the present invention which is characterized in that at least the top surface of the beam is provided with one or more reinforcing elements prestressed in compression and arranged integrally with the beam in one or more longitudinal grooves that extend parallel to the side edges of the beam and preferably over the entire length of the beam, the reinforcement elements being initially placed unstressed in the groove or grooves and formed by a cast, unstressed reinforcing mass while the glulam beam is in a state where it is prestressed in the transverse direction towards the top surface, after which the reinforcing compound is hardened after pouring and then prestressed in compression by the glulam beam being relaxed, the groove or grooves where a shape and depth made by the reinforcing compound are mainly concentrated near the surface of the beam where the grooves are taken out and so that the tension energy absorbed in the reinforcing compound is maximized in relation to the reinforcing mass's share of the construction element's volume as given by the shape and depth of the grooves, and that the reinforcing mass, after curing and prestressing, flows with the beam surface and forms the reinforcing element or reinforcing elements with a specific compression prestress that exceeds an expected or specific compression load.

De ovennevnte hensikter samt andre trekk og fordeler oppnås også med en fremgangsmåte som i henhold til den foreliggende oppfinnelse som er kjennetegnet ved å danne et eller flere langsgående spor i det minste i toppflaten, idet sporene strekker seg parallelt med bjelkens sidekanter og fortrinnsvis dannes over hele bjelkens lengde, The above purposes as well as other features and advantages are also achieved with a method according to the present invention which is characterized by forming one or more longitudinal grooves at least in the top surface, the grooves extending parallel to the side edges of the beam and preferably formed over the entire the length of the beam,

å forspenne bjelken i tverretningen fra bunnflaten og mot toppflaten, to prestress the beam in the transverse direction from the bottom surface and towards the top surface,

å fylle sporet eller sporene med en formbar og herdbar armeringsmasse, og å holde bjelken forspent inntil armeringsmassen er herdet, hvorved bjelken avspennes og armeringsmassen forspennes i kompresjon, idet sporet eller sporene hvor en form og dybde som gjør at armeringsmassen hovedsakelig er konsentrert nær den overflate av bjelken hvor sporet eller sporene er uttatt og slik at den i armeringsmassen opptatte spenningsenergi maksimeres i forhold til armeringsmassens andel av bjelkens volum som gitt ved sporenes form og dybde, hvoretter armeringsmassen danner ett eller flere armeringselementer integrert med bjelken og forspent i kompresjon. to fill the groove or grooves with a malleable and hardenable reinforcing compound, and to keep the beam prestressed until the reinforcing compound is hardened, whereby the beam is relaxed and the reinforcing compound is prestressed in compression, the groove or grooves having a shape and depth which means that the reinforcing mass is mainly concentrated near the surface of the beam where the groove or grooves have been removed and so that the tension energy absorbed in the reinforcing mass is maximized in relation to the reinforcing mass's share of the beam's volume as given by the shape and depth of the grooves, after which the reinforcing mass forms one or more reinforcing elements integrated with the beam and prestressed in compression.

Ytterligere trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de vedføyde, uselvstendige krav. Further features and advantages of the present invention appear from the appended, non-independent claims.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere i tilknytning til utførelseseksempler og eksempler på foretrukkede utførelse med henvisning til den ledsagende tegning, hvor The invention will now be explained in more detail in connection with exemplary embodiments and examples of preferred embodiments with reference to the accompanying drawing, where

fig. la og lb viser henholdsvis et oppriss og et tverrsnitt av en laminert trebjelke i henhold til kjent teknikk, fig. la and lb respectively show an elevation and a cross-section of a laminated wooden beam according to known technique,

fig. 2a en laminert trebjelke i henhold til kjent teknikk og forsynt med et pålagt armeringselement og forspent i pilretningen, som allerede omtalt, fig. 2a a laminated wooden beam according to known technique and provided with an applied reinforcing element and prestressed in the direction of the arrow, as already mentioned,

fig. 2b den armerte, laminerte trebjelke på fig. 2a etter normalisering med det innfestede armeringselement forspent i kompresjon, som allerede omtalt, fig. 2b the reinforced, laminated wooden beam in fig. 2a after normalization with the attached reinforcing element prestressed in compression, as already discussed,

fig. 2c en annen utførelse av bjelken på fig. 2a, fig. 2c another embodiment of the beam in fig. 2a,

fig. 2d bjelken på fig. 2c i tverrsnitt, fig. 2d the beam in fig. 2c in cross section,

fig. 2e-2h forskjellige måter for å montere et armeringselement på bjelken på fig. 2a, som allerede omtalt, fig. 2e-2h different ways of mounting a reinforcing element on the beam of fig. 2a, as already mentioned,

fig. 3a i oppriss en uforspent, laminert trebjelke i henhold oppfinnelsen, fig. 3a in elevation of an unstressed, laminated wooden beam according to the invention,

fig. 3b og 3c tverrsnitt av bjelken på fig. 2a og forsynt henholdsvis med ett eller flere langsgående spor i toppflaten, fig. 3b and 3c cross sections of the beam in fig. 2a and respectively provided with one or more longitudinal grooves in the top surface,

fig. 3d og 3e ytterligere tverrsnitt av bjelken på fig. 2a og med forskjellige profiler av langsgående spor, fig. 3d and 3e further cross-sections of the beam in fig. 2a and with different profiles of longitudinal tracks,

fig. 4a bjelken på fig. 3a festet i en forspenningsanordning, fig. 4a the beam in fig. 3a fixed in a biasing device,

fig. 4b bjelken på fig. 3a forspent i forspenningsanordningen på fig. 4a, fig. 4b the beam in fig. 3a prestressed in the prestressing device in fig. 4a,

fig. 4c bjelken på fig. 3a avspent og påført et forspent armeringselement, fig. 4c the beam in fig. 3a relaxed and a prestressed reinforcing element applied,

fig. 4d et tverrsnitt gjennom bjelken på fig. 4c. fig. 4d a cross-section through the beam in fig. 4c.

fig. 5a i tverrsnitt og perspektiv en uarmert, laminert trebjelke (i) i henhold til kjent teknikk sammenlignet med en armert, laminert trebjelke (ii) i henhold til den foreliggende oppfinnelse, idet den siste viser en redusert steghøyde og dermed lavere egenvekt for samme lengde, fig. 5a in cross-section and perspective an unreinforced, laminated wooden beam (i) according to known technology compared to a reinforced, laminated wooden beam (ii) according to the present invention, the latter showing a reduced step height and thus a lower specific weight for the same length,

fig. 5b i oppriss henholdsvis en uarmert, laminert trebjelke (i) i henhold til kjent teknikk sammenlignet med en armert, laminert trebjelke (ii) i henhold til den foreliggende oppfinnelse, med samme steghøyde, men med en vesentlig øket lengde i forhold til den uarmerte bjelke, fig. 5b in elevation respectively an unreinforced, laminated wooden beam (i) according to known technology compared to a reinforced, laminated wooden beam (ii) according to the present invention, with the same step height, but with a significantly increased length compared to the unreinforced beam ,

fig. 6a i oppriss et eksempel på bjelken i henhold til den foreliggende oppfinnelse etter forspenning og påføring av armeringen, men med en bibeholdt restspenning, fig. 6a in elevation, an example of the beam according to the present invention after prestressing and application of the reinforcement, but with a retained residual stress,

fig. 6b den samme bjelke som på fig. 6a, men nå under belastning tilsvarende restspenningene, fig. 6b the same beam as in fig. 6a, but now under load corresponding to the residual stresses,

fig. 7a en annen utførelse av en armert og laminert bjelke i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fig. 7a another embodiment of a reinforced and laminated beam according to the present invention,

fig. 7b et snitt gjennom bjelken på fig. 6a, fig. 7b a section through the beam in fig. 6a,

fig. 7c bjelken på fig. 7a forspent i pilretningen, fig. 7c the beam in fig. 7a prestressed in the direction of the arrow,

fig. 7d bjelken festet i en spennanordning og forspent, fig. 7d the beam fixed in a clamping device and prestressed,

fig. 7e samme bjelke som på fig. 7c, men nå rotert 180° om lengdeaksen i forspenningsanordningen, slik at den konkave side vender opp, og fig. 8a i oppriss en tosidig armert bjelke i henhold til den foreliggende oppfinnelse under belastning og hvor pilene antyder belastnings- og spenningsvektorenes retninger, fig. 7e same beam as in fig. 7c, but now rotated 180° about the longitudinal axis of the biasing device, so that the concave side faces up, and fig. 8a in plan view of a two-sided reinforced beam according to the present invention under load and where the arrows indicate the directions of the load and stress vectors,

fig. 8b et tverrsnitt gjennom bjelken på fig. 8a. fig. 8b a cross-section through the beam in fig. 8a.

Figurene la og lb, samt figurene 2a-2h er allerede omtalt i innledningen under drøftelsen av kjent teknikk. Figures 1a and 1b, as well as figures 2a-2h, have already been discussed in the introduction during the discussion of prior art.

Den foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives nærmere. Fig. 3a viser en laminert uforspent trebjelke. De enkelte lameller som bygger bjelken 6 opp til et element med stort høyde/breddeforhold er her ikke vist, men de vil i utgangspunktet svare til dem i bjelken 1 i henhold til kjent teknikk som vist på fig. la. The present invention will now be described in more detail. Fig. 3a shows a laminated unstressed wooden beam. The individual slats which build the beam 6 up to an element with a large height/width ratio are not shown here, but they will basically correspond to those in the beam 1 according to known technology as shown in fig. let.

På fig. 3a er det med en stiplet linje antydet et langsgående spor 8 dannet i overflaten av bjelken 6 på fig. 3a. Fig. 3b viser et snitt gjennom denne og med det langsgående spor 8 utført med en trekantprofil. Fig. 3c viser et tilsvarende snitt, men her er bjelkens toppflate forsynt med to langsgående spor 8 med samme profil som flg. 3b. Disse sporene strekker seg et lite stykke inn i bjelken, f.eks. til de 20% av bjelkens steghøyde. In fig. 3a a dotted line indicates a longitudinal groove 8 formed in the surface of the beam 6 in fig. 3a. Fig. 3b shows a section through this and with the longitudinal groove 8 made with a triangular profile. Fig. 3c shows a corresponding section, but here the top surface of the beam is provided with two longitudinal grooves 8 with the same profile as Fig. 3b. These grooves extend a short distance into the beam, e.g. to the 20% of the step height of the beam.

Det skal forstås at sporet eller sporene 8 hvor armeringsmassen anordnes, kan ha forskjellig form, og f.eks. være utført som vist på fig. 3b eller 3c og følgelig heller ikke behøver å ha trekantform selv om dette er foretrukket og da spesielt en likesidet trekant eller en likebenet trekant med kortsiden i bjelkens toppflate. Sporet eller sporene 8 kan også som vist på flg. 3d være dannet som et sirkelsegment hvor sirkelsegmentets korde ligger i toppflaten og den da høyst er lik sirkeldiameteren, dvs. at sporet får tverrsnittsform som en halvsirkel. Videre kan sporets tverrsnitt også være utført som vist på flg. 3e, nemlig som et polygonsegment med diagonal i toppflaten og da slik at diagonalen gjerne er polygonets størst mulige diagonal. It should be understood that the groove or grooves 8 where the reinforcing compound is arranged can have different shapes, and e.g. be carried out as shown in fig. 3b or 3c and consequently also does not need to be triangular, although this is preferred and in particular an equilateral triangle or an isosceles triangle with the short side in the top surface of the beam. The groove or grooves 8 can also, as shown in fig. 3d, be formed as a circular segment where the chord of the circular segment lies in the top surface and it is then at most equal to the diameter of the circle, i.e. that the groove has a cross-sectional shape like a semicircle. Furthermore, the cross-section of the track can also be made as shown in fig. 3e, namely as a polygon segment with a diagonal in the top surface and then so that the diagonal is preferably the largest possible diagonal of the polygon.

På fig. 4a er nå bjelken 6 på fig. 3a med langsgående spor 8 vist festet i en forspenningsanordning. Denne kan eksempelvis være utført med en skinne 9 som fører tre bevegelige sleider 10i-103. Den første sleid 10i er forsynt med en hydraulisk stempelanordning 11 eller donkraft og plassert mellom ytterligere to bevegelige sleider IO2, 103plassert på hver side av denne. Disse to sleidene 102, IO3bærer hver en spennanordning 12, som kan benyttes til fastgjøring av bjelkeendene til sleidene IO2, 103, slik det er vist på fig. 4a. Den første sleid 1 Oi anbringes under midten av bjelken 6 som strekker seg parallelt med og vertikalt over skinnen 9. Stempelet 11 på sleiden 1 Oi føres nå til anlegg mot bjelkens underside ved bjelkens midtpunkt og pådras deretter ytterligere slik at bjelken 6 forspennes som vist på fig. 4b, og med en pilhøyde h, som antydet. I det eller de langsgående spor 8 som vist i snitt på fig. 3b-3e påføres nå armeringselementet i form av et tyktflytende eller formbart materiale som anbringes ved utstøping i sporet eller sporene 8 inntil det eller de er fylt, og armeringsmassens overflate tilnærmet flukter med bjelkens overside. Armeringsmassen vil nå størkne og hefte til sideflatene av sporet eller sporene 8 i den forspente bjelke, idet armeringsmassen fortrinnsvis er utført av et herdbart materiale og fremfor alt er et herdbart komposittmateriale, hvorom mer nedenfor. Etter at armeringsmassen er herdet og størknet med sikkert feste til bjelken 6 i sporet 8, avspennes bjelken 6 ved å senke stempelet 11 og bjelken 6 frigjøres fra spennanordningen 12. Oversiden av bjelken 6 som er forspent i strekk vil nå tilnærmet normaliseres slik at strekkspenningene avtar til null, mens undersiden av bjelken som er forspent i kompresjon likeledes normaliseres til tilnærmet nullspenning. Strekkspenningene vil under normaliseringsforløpet tas opp av den herdede armeringsmasse 7 i sporet eller sporene 8 og overføres til denne som kompresjons- eller trykkspenninger. Antas det at armeringsmassen 7 i noen grad er elastisk, vil den derfor i det øyeblikk bjelken 6 som vist på fig. 4c essensielt befinner seg i uforspent tilstand, være maksimalt komprimert og således forspent i kompresjon. Armeringen kan dermed ses på som en invers analogi til bruken av spennarmeringer i betong. I det sistnevnte tilfelle forspennes armeringen i strekk, betong støpes rundt, armeringen binder seg til denne og til sammen danner de konstruksjonselementet som skal armeres. Når armeringens forspenning oppheves, overføres strekkspenningene i armeringen til betongen og forspenner denne i kompresjon og gir dermed med et betongelement med økt kompresjonsfasthet i forhold til et uforspent og uarmert betongelement. I det foreliggende tilfelle og i henhold til den foreliggende oppfinnelse er det det egentlige konstruksjonselement, nemlig den laminerte trebjelke 6 som forspennes, og det uforspente armeringsmaterialet 7 i form av en armeringsmasse anbringes, f.eks. ved støping i tyktflytende eller formbar tilstand i det eller de dertil anordnede spor 8 og utherdes, hvoretter forspenningen av trebjelken oppheves og strekkspenningene på den konvekse side av denne overføres som kompresjonsspenninger til armeringsmassen 7 i sporet 8. In fig. 4a is now the beam 6 in fig. 3a with longitudinal groove 8 shown fixed in a biasing device. This can, for example, be made with a rail 9 which guides three movable slides 10i-103. The first slide 10i is provided with a hydraulic piston device 11 or jack and placed between two further movable slides 102, 103 placed on either side thereof. These two slides 102, 103 each carry a clamping device 12, which can be used to fasten the beam ends to the slides 102, 103, as shown in fig. 4a. The first slide 1 Oi is placed under the center of the beam 6 which extends parallel to and vertically above the rail 9. The piston 11 on the slide 1 Oi is now brought into contact with the underside of the beam at the midpoint of the beam and is then applied further so that the beam 6 is prestressed as shown in fig. 4b, and with an arrow height h, as indicated. In the longitudinal groove(s) 8 as shown in section in fig. 3b-3e is now applied to the reinforcing element in the form of a viscous or malleable material which is placed by casting in the groove or grooves 8 until it or they are filled, and the surface of the reinforcing mass is approximately flush with the upper side of the beam. The reinforcing compound will now solidify and adhere to the side surfaces of the groove or grooves 8 in the prestressed beam, the reinforcing compound being preferably made of a hardenable material and above all a hardenable composite material, of which more below. After the reinforcing compound has hardened and solidified with a secure attachment to the beam 6 in the groove 8, the beam 6 is relaxed by lowering the piston 11 and the beam 6 is released from the tensioning device 12. The upper side of the beam 6 which is prestressed in tension will now approximately normalize so that the tensile stresses decrease to zero, while the underside of the beam which is prestressed in compression is likewise normalized to approximately zero stress. During the normalization process, the tensile stresses will be taken up by the hardened reinforcing compound 7 in the groove or grooves 8 and transferred to this as compression or compressive stresses. Assuming that the reinforcing mass 7 is to some extent elastic, it will therefore at the moment the beam 6 as shown in fig. 4c is essentially in an unstressed state, be maximally compressed and thus prestressed in compression. The reinforcement can thus be seen as an inverse analogy to the use of tension reinforcement in concrete. In the latter case, the reinforcement is prestressed in tension, concrete is poured around it, the reinforcement binds to it and together they form the structural element to be reinforced. When the prestressing of the reinforcement is lifted, the tensile stresses in the reinforcement are transferred to the concrete and prestress it in compression, thus providing a concrete element with increased compression strength compared to an unstressed and unreinforced concrete element. In the present case and according to the present invention, it is the actual construction element, namely the laminated wooden beam 6 that is prestressed, and the unstressed reinforcing material 7 in the form of a reinforcing compound is placed, e.g. by casting in a viscous or malleable state in the groove(s) 8 arranged for this purpose and cured, after which the prestress of the wooden beam is canceled and the tensile stresses on the convex side of this are transferred as compression stresses to the reinforcing mass 7 in the groove 8.

Ved et konstruksjonselement av denne art kan bøyefastheten økes vesentlig, gitt at når sideflaten som inneholder armeringselementet utsettes for With a construction element of this kind, the bending strength can be increased significantly, given that when the side surface containing the reinforcing element is exposed to

kompresjonsbelastning, dvs. trykkrefter. Dette gjør at for samme spennvidde av bjelken 6 kan dens høyde-/breddeforhold reduseres, slik det er vist på fig. 5a, sammenlignet med en uarmert bjelke. Tilsvarende kan dersom det samme høyde-/breddeforhold opprettholdes, den i henhold til oppfinnelsen laminerte og armerte trebjelke 6 som vist på fig. 5b, utføres med atskillig større spenn, eksempelvis inntil 50% lengre enn den tilsvarende, uarmerte bjelke. For samme spennvidde oppnås følgelig i henhold til den foreliggende oppfinnelse redusert materialforbruk og tilsvarende redusert egenvekt for en gitt spennvidde, mens alternativt det samme materialforbruk og den samme egenvekt gir en vesentlig økning i spennvidden. compression load, i.e. compressive forces. This means that for the same span of the beam 6, its height/width ratio can be reduced, as shown in fig. 5a, compared to an unreinforced beam. Correspondingly, if the same height/width ratio is maintained, the laminated and reinforced wooden beam 6 according to the invention as shown in fig. 5b, is carried out with considerably larger spans, for example up to 50% longer than the corresponding, unreinforced beam. Accordingly, for the same span, according to the present invention, reduced material consumption and a correspondingly reduced specific weight are achieved for a given span, while alternatively the same material consumption and the same specific weight give a significant increase in the span.

Hva angår armeringsmassen, er den foretrukket et herdbart komposittmateriale og i den forbindelse fortrinnsvis er minst én komponent i komposittmaterialet et bindemiddel og én eller flere øvrige komponenter kan være armeringstilsetningen. Typisk kan armeringsmassen være en herdbar polymer eller bestå av en blanding av en eller flere herdbare polymerer med de ønskede egenskaper, mens en armeringstilsetning i polymeren fortrinnsvis da kan foreligge i form av fibere, f.eks. slik at armeringsmassen utgjør et fiberarmert komposittmateriale med polymer som det herdbare bindemiddel og f.eks. glassfibere som armeringstilsetning. Alternativt kunne armeringsmassen også være et keramisk materiale og dette keramiske materiale kunne eksempelvis sprøytes eller støpes ut i sporet eller sporene 8 under tilsetning av en armeringstilsetning som fortrinnsvis består av fibere. Et eksempel på slike fibere kan være karbonfibere, keramiske fibere, f.eks. dannet av oksyder, nitrider og borider av uorganiske materialer, men eventuelt også organiske fibere. As regards the reinforcing mass, it is preferably a hardenable composite material and in that connection preferably at least one component of the composite material is a binder and one or more other components can be the reinforcing additive. Typically, the reinforcing compound can be a curable polymer or consist of a mixture of one or more curable polymers with the desired properties, while a reinforcing additive in the polymer can then preferably be in the form of fibres, e.g. so that the reinforcing mass constitutes a fiber-reinforced composite material with polymer as the hardenable binder and e.g. glass fibers as reinforcement. Alternatively, the reinforcing mass could also be a ceramic material and this ceramic material could, for example, be sprayed or cast into the groove or grooves 8 with the addition of a reinforcing additive which preferably consists of fibres. An example of such fibers can be carbon fibers, ceramic fibers, e.g. formed from oxides, nitrides and borides of inorganic materials, but possibly also organic fibres.

Det kan være hensiktsmessig at toppflaten av bjelken hvor f.eks. i konstruksjonssammenheng belastning utøves, påføres et beskyttende sjikt. Det beskyttende sjikt kan bestå av et egnet, spesielt hardt eller slitefast materiale som enten sprøytes på eller påføres med bestrykning. Dersom det i konstruktive anvendelser av bjelken i henhold til oppfinnelsen vil forekomme at bjelkens toppflate er blottlagt, kan dessuten sjiktet hensiktsmessig være dannet av et brannhemmende materiale eller det kan bestå både av slitefaste og brannhemmende materialer. Det siste kan være av betydning dersom det benyttes et organisk armeringsmasse, f.eks. basert på polymerer og dermed bidra til at bjelken i henhold til oppfinnelsen beholder sin bøyefasthet i tilfelle av brann. I den forbindelse skal det bemerkes at der hvor det er fare for at konstruksjonen kan utsettes for ekstremt høye temperaturer, vil det under enhver omstendighet være en fordel om armeringsmassen kan være dannet av et i seg selv ikke brennbart materiale med meget høyt smeltepunkt, noe som f.eks. ved tilfelle får en lang rekke uorganisk baserte keramiske materialer og med bruk av keramiske fibere som armeringstilsetning. - Generelt vil også et overflatebelegg som dekker en ellers blottlagt flate hvor armeringselementet 7 er anordnet, i visse sammenhenger, f.eks. brukt i bygninger, ha et estetisk aspekt - armeringen blir dekket. It may be appropriate that the top surface of the beam where e.g. in the construction context load is applied, a protective layer is applied. The protective layer can consist of a suitable, particularly hard or wear-resistant material which is either sprayed on or applied by coating. If in constructive applications of the beam according to the invention it will occur that the top surface of the beam is exposed, the layer can also be suitably formed from a fire-retardant material or it can consist of both wear-resistant and fire-retardant materials. The latter can be important if an organic reinforcing compound is used, e.g. based on polymers and thus contribute to the beam according to the invention retaining its bending strength in the event of a fire. In this connection, it should be noted that where there is a danger that the structure may be exposed to extremely high temperatures, it would in any case be an advantage if the reinforcing compound could be formed from a non-combustible material with a very high melting point, which e.g. in the case of a wide range of inorganically based ceramic materials and with the use of ceramic fibers as a reinforcement additive. - In general, a surface coating that covers an otherwise exposed surface where the reinforcing element 7 is arranged will also, in certain contexts, e.g. used in buildings, have an aesthetic aspect - the reinforcement is covered.

Vanligvis vil den armerte bjelke etter normaliseringen og med armeringen forspent i kompresjon være plan i lengderetningen, men det er ingenting i veien for å avstemme armeringsmassens egenskaper etter utherding, slik at de ved forspenningen av den uarmerte bjelke påført spenninger ikke blir null, men etterlates som restspenninger i bjelken. Dette er vist på fig. 6a hvor bjelken etter normaliseringsforløpet fortsatt har en liten pilhøyde Ah som er meget mindre enn pilhøyden h under forspenningen. Armeringsmaterialets kompresjonsegenskaper er slik at en ytterligere normalisering ikke vil skje. Samtidig er disse restspenningene i bjelken og dermed også pilhøyden Ah avstemt til en estimert eller beregnet konstruksjonsbelastning, slik at bjelken etter innfesting som lastbærende konstruksjonselement nå vil innta en i lengderetningen plan konfigurasjon, som vist på fig. 6b. Essensielt vil dermed restspenningen i bjelken være utjevnet, samtidig som kompresjonsspenningen i armeringen opprettholder bøyefastheten og trykkbelastningene som vist ved pilene mot bjelkeoversiden balanseres. Kreftene som virker i bjelkens opplagringspunkt (idet bjelken i det foreliggende tilfelle er antatt opplagret med fritt spenn mellom bjelkeendene) er vist ved piler mot bjelken underside. Usually, the reinforced beam after the normalization and with the reinforcement prestressed in compression will be plane in the longitudinal direction, but there is nothing to prevent the properties of the reinforcing compound after curing, so that the stresses applied during the prestressing of the unreinforced beam do not become zero, but are left as residual stresses in the beam. This is shown in fig. 6a where the beam after the normalization process still has a small beam height Ah which is much smaller than the beam height h during prestressing. The compression properties of the reinforcing material are such that further normalization will not occur. At the same time, these residual stresses in the beam and thus also the pile height Ah are matched to an estimated or calculated structural load, so that the beam, after being attached as a load-bearing structural element, will now assume a longitudinally flat configuration, as shown in fig. 6b. Essentially, the residual stress in the beam will thus be equalised, at the same time that the compression stress in the reinforcement maintains the bending strength and the compressive loads as shown by the arrows towards the upper side of the beam are balanced. The forces acting at the beam's storage point (as the beam in the present case is assumed to be stored with free span between the beam ends) are shown by arrows towards the beam's underside.

I en annen fordelaktig utførelsesform av den armerte og laminerte trebjelke i henhold til oppfinnelsen som vist på fig. 7a, kan bjelken 6 være forsynt med ett eller flere langsgående spor 8, 8' både på over- og undersiden, slik det kan sees av tverrsnittet på fig. 7b. Sporene 8, 8' kan ha en form som vist på en av figurene 3b-3e og dertil ha forskjellige form henholdsvis på bjelkens over-og underside eller innbyrdes. Uansett skal det forstås at som i den første utførelsesform kan sporenes antall og form varieres etter ønske. På fig. 7c er bjelken vist forspent og med armering 7 i sporene. Som før innspennes bjelken 6 i en forspenningsanordning som i utgangspunktet kan være tilsvarende den som er vist på fig. 4a. Bjelken 6 forspennes deretter på samme måte som tidligere ved f.eks. å benytte en donkraft eller et hydraulisk stempel 11 mot bjelkens underside, som vist på fig. 7d og sporet eller sporene 8 på bjelkens konkave toppflate fylles nå med armeringsmasse som størkner og herdes. Tilsvarende kan det også fylles armeringsmasse i spor 8' i bjelkens bunnflate. For å oppnå dette, kreves det imidlertid en spesiell utførelse av forspenningsanordningen og denne er ikke i detalj behandlet her, men vil være basert på at mens bjelken er forspent mellom bevegelige spennanordninger 12 på sleidene 102, IO3, låses disse til sleidene 102, 103og det hydrauliske stempel 11 fjernes, mens forspenningen opprettholdes, og armeringsmassen påføres i sporet eller sporene 8 på undersiden. Dette kunne i prinsippet skje fra undersiden, men mest fordelaktig vil det være om bjelken roteres 180° slik at den konkave bunnflate vender oppad, noe som vil lette påføringen av armeringsmassen. Dette er vist på fig. 7e. Dette innebærer at spennanordningene 12 må være fastspent i en jigg 13 som både kan forskyves på og låses til sleidene IO2, IO3. Samtidig må spennanordningene 12 være festet dreibart om bjelkens lengdeakse i jiggen 13. Etter at forspenningen er opphevd og bjelken 6 frigjort fra forspenningsanordningen, noe som kan skje etter at armeringsmassen i samtlige spor både på over og underside av bjelken er størknet og herdet, vil forspenningskreftene, dvs. både strekk- og kompresjonsspenningene som ble påført bjelken 6 i forspenningen, normaliseres og respektive overføres til armeringsmassen i sporet eller sporene 8 i toppflaten som kompresjonsspenning og til armeringsmassen i sporet eller sporene i bunnflaten som strekkspenning. Bjelken 6 som vist på fig. 8a i oppriss og fig. 8b i tverrsnitt blir dermed symmetrisk armert i forspenning og armeringens strekk- og kompresjonspenninger balanserer hverandre i statisk og ubelastet tilstand. Ved bruk som konstruksjonselement, f.eks. som drager i en takkonstruksjon eller for å opplagre en last, belastes bjelkens under forspenningen konvekse toppflate som vist på fig. 8a ved pilene perpendikulært på toppflaten. Belastningen motvirkes av kompresjonsspenningene som angitt ved horisontale piler over bjelken i den forspente armeringsmasse i sporet eller sporene i bjelkens toppflate. Tilsvarende vil belastningen indusere strekkspenninger i det motsatte parti av bjelken, dvs. indusere strekkspenninger i økende grad fra og med horisontalplanet gjennom bjelkens lengdeakse, idet disse strekkspenninger da vil ha maksimum ved bjelkeoverflaten på undersiden. Her er imidlertid armeringsmassen påført i sporet eller sporene 8 på bjelkens bunnflate forspent i strekk og det fås gjennom denne symmetrisk anordnede, dobbeltforspente armering en ytterligere bedring av bjelkens bøyestivhet, noe som kan antas å gi en ytterligere reduksjon av steghøyden sammenlignet med bjelken med ensidig armering forspent i kompresjon, eventuelt en tilsvarende økning i den mulige spennvidde. In another advantageous embodiment of the reinforced and laminated wooden beam according to the invention as shown in fig. 7a, the beam 6 can be provided with one or more longitudinal grooves 8, 8' both on the upper and lower sides, as can be seen from the cross section in fig. 7b. The grooves 8, 8' can have a shape as shown in one of the figures 3b-3e and in addition have different shapes respectively on the upper and lower side of the beam or in relation to each other. In any case, it should be understood that, as in the first embodiment, the number and shape of the tracks can be varied as desired. In fig. 7c, the beam is shown prestressed and with reinforcement 7 in the grooves. As before, the beam 6 is clamped in a pre-tensioning device which can initially be similar to the one shown in fig. 4a. The beam 6 is then prestressed in the same way as previously by e.g. to use a jack or a hydraulic piston 11 against the underside of the beam, as shown in fig. 7d and the groove or grooves 8 on the beam's concave top surface are now filled with reinforcing compound which solidifies and hardens. Correspondingly, reinforcing compound can also be filled in grooves 8' in the bottom surface of the beam. In order to achieve this, however, a special design of the prestressing device is required and this is not dealt with in detail here, but will be based on the fact that while the beam is prestressed between movable tensioning devices 12 on the slides 102, 103, these are locked to the slides 102, 103 and the hydraulic piston 11 is removed, while the preload is maintained, and the reinforcing compound is applied in the groove or grooves 8 on the underside. In principle, this could be done from the underside, but it would be most advantageous if the beam was rotated 180° so that the concave bottom surface faces upwards, which would facilitate the application of the reinforcing compound. This is shown in fig. 7e. This means that the clamping devices 12 must be clamped in a jig 13 which can both be moved on and locked to the slides IO2, IO3. At the same time, the tensioning devices 12 must be fixed rotatably about the beam's longitudinal axis in the jig 13. After the prestressing has been lifted and the beam 6 released from the prestressing device, which can happen after the reinforcing compound in all grooves both on the top and bottom of the beam has solidified and hardened, the prestressing forces , i.e. both the tensile and compressive stresses that were applied to the beam 6 in the prestressing, are normalized and respectively transferred to the reinforcing mass in the groove or grooves 8 in the top surface as compression stress and to the reinforcing mass in the groove or grooves in the bottom surface as tensile stress. The beam 6 as shown in fig. 8a in elevation and fig. 8b in cross-section is thus symmetrically reinforced in prestress and the reinforcement's tensile and compression stresses balance each other in a static and unloaded state. When used as a construction element, e.g. as beams in a roof structure or to store a load, the convex top surface of the beam is loaded under the preload as shown in fig. 8a by the arrows perpendicular to the top surface. The load is counteracted by the compression stresses as indicated by horizontal arrows above the beam in the prestressed reinforcing compound in the groove or grooves in the top surface of the beam. Correspondingly, the load will induce tensile stresses in the opposite part of the beam, i.e. induce tensile stresses increasingly from and along the horizontal plane through the longitudinal axis of the beam, as these tensile stresses will then have a maximum at the beam surface on the underside. Here, however, the reinforcing compound applied in the groove or grooves 8 on the bottom surface of the beam is prestressed in tension and through this symmetrically arranged, double-prestressed reinforcement a further improvement of the beam's bending stiffness is obtained, which can be assumed to give a further reduction of the step height compared to the beam with one-sided reinforcement prestressed in compression, possibly a corresponding increase in the possible span.

Det skal kort nevnes at det i kjent teknikk er kjent å anordne uforspente armeringselementer på bjelkens konkave bunnflate, men denne innmontering av armeringselementer vil måtte skje før bjelken forspennes og vil derfor ikke ha samme effekt som en bjelke som er symmetrisk armert med forspent armering henholdsvis både i bjelkens topp- og bunnflater, slik at armeringsspenningene i det statiske tilfelle balanseres symmetrisk omkring det til topp- og bunnflaten parallelle plan gjennom bjelkens sentrale lengdeakse og henholdsvis da i kompresjon og strekk. It should be briefly mentioned that in the prior art it is known to arrange unstressed reinforcement elements on the beam's concave bottom surface, but this installation of reinforcement elements will have to take place before the beam is prestressed and will therefore not have the same effect as a beam that is symmetrically reinforced with prestressed reinforcement or both in the top and bottom surfaces of the beam, so that the reinforcement stresses in the static case are balanced symmetrically around the plane parallel to the top and bottom surfaces through the central longitudinal axis of the beam and respectively then in compression and tension.

I tillegg til å gi den ønskede forbedring av laminerte trebjelkers bøyefasthet, vil en armert og laminert trebjelke med forspent armering utført i henhold til den foreliggende oppfinnelse også by på en lang rekke fordeler. Sammenlignet med bruk av armeringselementer av f.eks. stål eller metaller vil bruken av en armeringsmasse i henhold til den foreliggende oppfinnelse gi en langt mindre egenvekt med bibeholdelse av de ønskede styrkeegenskaper samtidig som høyde/breddeforholdet kan reduseres, eventuelt spennvidden økes, med inntil 50%. I tillegg vil den også være langt lettere å anbringe, da det benyttes en armeringsmasse som har ønskede høye heftegenskaper til treverket, slik at det ikke vil være bruk for spesielle festemidler for armeringsmassen. In addition to providing the desired improvement in the bending strength of laminated wooden beams, a reinforced and laminated wooden beam with prestressed reinforcement made according to the present invention will also offer a wide range of advantages. Compared to the use of reinforcing elements of e.g. steel or metals, the use of a reinforcing compound according to the present invention will give a much smaller specific weight while maintaining the desired strength properties while the height/width ratio can be reduced, possibly the span can be increased, by up to 50%. In addition, it will also be much easier to install, as a reinforcing compound is used that has the desired high adhesion properties to the wood, so that there will be no need for special fasteners for the reinforcing compound.

Selv om armeringsmassen i sporene vil være blottlagt når bjelken i henhold til den foreliggende oppfinnelse benyttes som en konstruksjonselement, kan det estetiske ivaretas ved passende overflatebehandling som i tillegg til beskyttende og brannhemmende belegg kan utgjøres av maling eller beleggmaterialer uten noen annen funksjon enn den rent estetiske. Although the reinforcing compound in the grooves will be exposed when the beam according to the present invention is used as a construction element, the aesthetics can be taken care of by suitable surface treatment which, in addition to protective and fire-retardant coatings, can consist of paint or coating materials without any other function than the purely aesthetic .

Bruk av en støpbar eller formbar armeringsmasse gjør at det heller ikke er nødvendig med noen forforming av armeringselementer og en eventuell avspenning av disse før monteringen i bjelken, noe som for den kjente teknikkens vedkommende utgjør både problematiske og fordyrende faktorer. The use of a castable or malleable reinforcing compound means that there is also no need for any pre-shaping of reinforcing elements and any relaxation of these before assembly in the beam, which for the known technique constitutes both problematic and expensive factors.

Claims

1. Konstruksjonselement i form av en limtrebjelke (6) med forspent armering (7), hvor limtrebj eiken har et hovedsakelig rektangulært tverrsnitt, og hvor en lastbærende toppflate tilsvarer en første kortside av tverrsnittet og en til toppflaten motstående bunnflate den annen kortside av tverrsnittet, hvor i det minste bjelkens toppflate er forsynt med ett eller flere armeringselementer (7) forspent i kompresjon og anordnet integrert med bjelken i ett eller flere langsgående spor (8) som strekker seg parallelt med bjelkens sidekanter og fortrinnsvis over hele bjelkens lengde, idet det minst ene armeringselement (7) initialt er anbrakt uforspent i sporet eller sporene (8) og er dannet av en utstøpt, uforspent armeringsmasse mens limtrebjelken befinner seg i en tilstand hvor den er forspent i tverretningen mot toppflaten, hvoretter armeringsmassen etter utstøping herdes og deretter forspennes i kompresjon ved at limtrebjelken avspennes, idet sporet eller sporene har en form og dybde som gjør at armeringsmassen hovedsakelig er konsentrert nær den overflate av bjelken hvor sporet eller sporene er uttatt og slik at den i armeringsmassen opptatte spenningsenergi maksimeres i forhold til armeringsmassens andel av bjelkens volum som gitt ved sporenes form og dybde, og at armeringsmassen etter utherding og forspenning flukter med bjelkeoverflaten og danner armeringselementet (7) eller armeringselementer (7) med en spesifikk kompresjonsforspenning som overstiger en forventet eller spesifikk kompresjonsbelastning.1. Construction element in the form of a glulam beam (6) with prestressed reinforcement (7), where the glulam beam has a mainly rectangular cross-section, and where a load-bearing top surface corresponds to a first short side of the cross-section and a bottom surface opposite the top surface to the other short side of the cross-section, where at least the top surface of the beam is provided with one or more reinforcing elements (7) prestressed in compression and arranged integrally with the beam in one or more longitudinal grooves (8) which extend parallel to the side edges of the beam and preferably over the entire length of the beam, with at least one reinforcing element (7) is initially placed unstressed in the groove or grooves (8) and is formed from a cast, unstressed reinforcing mass while the glulam beam is in a state where it is prestressed in the transverse direction towards the top surface, after which the reinforcing mass hardens after casting and is then prestressed in compression by the glulam beam being relaxed, as the groove or grooves have a shape and depth such as g ensure that the reinforcing compound is mainly concentrated near the surface of the beam where the groove or grooves have been removed and so that the stress energy absorbed in the reinforcing compound is maximized in relation to the reinforcing compound's share of the beam's volume as given by the shape and depth of the grooves, and that the reinforcing compound escapes after hardening and prestressing with the beam surface and forms the reinforcing element (7) or reinforcing elements (7) with a specific compression prestress that exceeds an expected or specific compression load.

2. Konstruksjonselement i henhold til krav 1, karakterisert vedat sporets eller sporenes (8) tverrsnitt danner en trekant, idet trekanten fortrinnsvis utgjør en likesidet trekanten med hypotenusen i toppflaten.2. Construction element according to claim 1, characterized in that the cross-section of the track or tracks (8) forms a triangle, the triangle preferably forming an equilateral triangle with the hypotenuse in the top surface.

3. Konstruksjonselement i henhold til krav 1, karakterisert vedat sporet eller sporenes (8) tverrsnitt danner et sirkelsegment med korden i toppflaten, idet korden høyst er lik sirkeldiameteren.3. Construction element according to claim 1, characterized in that the cross-section of the groove or grooves (8) forms a circle segment with the chord in the top surface, the chord being at most equal to the diameter of the circle.

4. Konstruksjonselement i henhold til krav 1, karakterisert vedat sporet eller sporenes (8) tverrsnitt danner et polygonsegment med en diagonal i toppflaten, idet diagonalen høyst er lik den største diagonal i polygonet.4. Construction element according to claim 1, characterized in that the cross-section of the groove or grooves (8) forms a polygon segment with a diagonal in the top surface, the diagonal being at most equal to the largest diagonal in the polygon.

5. Konstruksjonselement i henhold til krav 1, karakterisert vedat armeringsmassen (7) er et herdbart komposittmateriale.5. Construction element according to claim 1, characterized in that the reinforcing mass (7) is a hardenable composite material.

6. Konstruksjonselement i henhold til krav 5, karakterisert vedminst én komponent av komposittmaterialet utgjør et bindemiddel og en eller flere øvrige komponenter en armeringstilsetning.6. Construction element according to claim 5, characterized by at least one component of the composite material constituting a binder and one or more other components a reinforcement additive.

7. Konstruksjonselement i henhold til krav 1, karakterisert vedat armeringsmassen (7) er en herdbar polymer.7. Construction element according to claim 1, characterized in that the reinforcing compound (7) is a curable polymer.

8. Konstruksjonselement i henhold til krav 7, karakterisert vedat den herdbare polymer omfatter en armeringstilsetning, fortrinnsvis i form av fibre.8. Construction element according to claim 7, characterized in that the curable polymer comprises a reinforcement additive, preferably in the form of fibres.

9. Konstruksjonselement i henhold til krav 1, karakterisert vedat armeringsmassen (7) er et keramisk materiale.9. Construction element according to claim 1, characterized in that the reinforcing compound (7) is a ceramic material.

10. Konstruksjonselement i henhold til krav 9, karakterisert vedat det keramiske materiale omfatter en armeringstilsetning, fortrinnsvis i form av fibre og da spesielt keramiske fibre.10. Construction element according to claim 9, characterized in that the ceramic material comprises a reinforcing additive, preferably in the form of fibers and then especially ceramic fibers.

11. Konstruksjonselement i henhold til krav 1, karakterisert vedat toppflaten i det minste over det blottlagte parti av armeringsmassen (7) er påført et beskyttende sjikt.11. Construction element according to claim 1, characterized in that the top surface at least above the exposed part of the reinforcing compound (7) has a protective layer applied.

12. Konstruksjonselement i henhold til krav 11, karakterisert vedat sjiktet er dannet av et brannhemmende materiale.12. Construction element according to claim 11, characterized in that the layer is formed from a fire-retardant material.

13. Konstruksjonselement i henhold til krav 1, karakterisert vedat også bunnflaten er forsynt med ett eller flere langsgående spor (8') som strekker seg parallelt med bunnflatens sidekanter og fortrinnsvis over hele bjelkens lengde og at sporet eller sporene (8') er fylt av en armeringsmasse (7) som etter herding og avspenning av bjelken (6) danner ett eller flere strekkforspente armeringselementer (7').13. Construction element according to claim 1, characterized in that the bottom surface is also provided with one or more longitudinal grooves (8') which extend parallel to the side edges of the bottom surface and preferably over the entire length of the beam and that the groove or grooves (8') are filled with a reinforcing compound (7) which after hardening and relaxation of the beam (6) forms one or more tension-prestressed reinforcing elements (7').

14. Konstruksjonselement i henhold til krav 13, karakterisert vedat bunnflaten i det minste over det blottlagte parti av armeringsmasse (7') påført et beskyttende sjikt, fortrinnsvis av brannhemmende art.14. Construction element according to claim 13, characterized in that the bottom surface at least above the exposed part of reinforcing compound (7') has a protective layer applied, preferably of a fire-retardant type.

15. Fremgangsmåte til armering av konstruksjonselement i form av en limtrebjelke (6), hvor limtrebjelken har et hovedsakelig rektangulært tverrsnitt, hvor en lastbærende toppflate tilsvarer en første kortside av tverrsnittet og en til toppflaten motstående bunnflate den annen kortside av tverrsnittet, og hvor fremgangsmåten er karakterisert ved å danne et eller flere langsgående spor i det minste i toppflaten, idet sporene strekker seg parallelt med bjelkens sidekanter og fortrinnsvis dannes over hele bjelkens lengde, å forspenne bjelken i tverretningen fra bunnflaten og mot toppflaten, å fylle sporet eller sporene med en formbar og herdbar armeringsmasse, og å holde bjelken forspent inntil armeringsmassen er herdet, hvorved bjelken avspennes og armeringsmassen forspennes i kompresjon, idet sporet eller sporene hvor en form og dybde som gjør at armeringsmassen hovedsakelig er konsentrert nær den overflate av bjelken hvor sporet eller sporene er uttatt og slik at den i armeringsmassen opptatte spenningsenergi maksimeres i forhold til armeringsmassens andel av bjelkens volum som gitt ved sporenes form og dybde, hvoretter armeringsmassen danner ett eller flere armeringselementer integrert med bjelken og forspent i kompresjon.15. Method for reinforcing a construction element in the form of a glulam beam (6), where the glulam beam has a mainly rectangular cross-section, where a load-bearing top surface corresponds to a first short side of the cross-section and a bottom surface opposite to the top surface the other short side of the cross-section, and where the method is characterized by to form one or more longitudinal grooves at least in the top surface, the grooves extending parallel to the side edges of the beam and preferably forming over the entire length of the beam, to prestress the beam in the transverse direction from the bottom surface and towards the top surface, to fill the groove or grooves with a malleable and hardenable reinforcing compound, and to keep the beam prestressed until the reinforcing compound is hardened, whereby the beam is relaxed and the reinforcing compound is prestressed in compression, the groove or grooves having a shape and depth which means that the reinforcing mass is mainly concentrated near the surface of the beam where the groove or grooves have been removed and so that the tension energy absorbed in the reinforcing mass is maximized in relation to the reinforcing mass's share of the beam's volume as given by the shape and depth of the grooves, after which the reinforcing mass forms one or more reinforcing elements integrated with the beam and prestressed in compression.

16. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert vedat sporet eller sporene dannes med trekantprofll.16. Procedure according to claim 15, characterized in that the groove or grooves are formed with a triangular profile.

17. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert vedat sporet eller sporene dannes med sirkelsegmentprofil.17. Procedure according to claim 15, characterized in that the track or tracks are formed with a circular segment profile.

18. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert vedat sporet eller sporene dannes med polygonsegmentprofil.18. Procedure according to claim 15, characterized in that the track or tracks are formed with a polygon segment profile.

19. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, hvor det dannes mer enn et spor,karakterisert vedat sporene dannes med forskjellige profiler.19. Method according to claim 15, where more than one track is formed, characterized in that the tracks are formed with different profiles.

20. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert vedat armeringsmassen velges blant en av de følgende materialer, nemlig herdbare komposittmaterialer, herdbare polymerer og herdbare keramiske materialer20. Procedure according to claim 15, characterized in that the reinforcing compound is selected from one of the following materials, namely curable composite materials, curable polymers and curable ceramic materials

21. Fremgangsmåte i henhold til krav 20, karakterisert vedat den formbare armeringsmasse støpes eller sprøytes i sporet eller sporene.21. Procedure according to claim 20, characterized in that the malleable reinforcing compound is cast or sprayed into the groove or grooves.

22. Fremgangsmåte i henhold til krav 20, karakterisert vedat armeringsmassen tilsettes et armeringsmiddel, fortrinnsvis i form av fibre.22. Procedure according to claim 20, characterized in that a reinforcing agent is added to the reinforcing mass, preferably in the form of fibres.

23. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert vedat bjelken før forspenningen fastspennes, og at forspenningen finner sted ved at bunnflaten settes under trykk i retning mot toppflaten, idet trykket utøves inntil bjelken inntar en bestemt pilhøyde.23. Procedure according to claim 15, characterized in that the beam is clamped before the prestressing, and that the prestressing takes place by putting the bottom surface under pressure in the direction of the top surface, the pressure being exerted until the beam reaches a certain arrow height.

24. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert vedat toppflaten i det minste over det blottlagte parti av armeringsmassen påføres et brannhemmende belegg.24. Procedure according to claim 15, characterized in that a fire-retardant coating is applied to the top surface at least above the exposed part of the reinforcing compound.

25. Fremgangsmåte i henhold til krav 15, karakterisert vedat det også dannes tilsvarende spor i bjelkens bunnflate, og på tilsvarende måte dannes ett eller flere armeringselementer integrert med bjelken i bunnflaten, idet dette eller disse armeringselementer i likhet med det eller de i toppflaten tilsvarende forspennes, men i strekk.25. Procedure according to claim 15, characterized by the fact that a corresponding groove is also formed in the bottom surface of the beam, and in a similar way one or more reinforcement elements integrated with the beam in the bottom surface are formed, this or these reinforcement elements being prestressed similarly to the one or those in the top surface, but in tension.