TW508331B - Method of reinforcing an existing metal structure, method of reinforcing pipes and method of addition of spur lines to pipelines - Google Patents

Description

508331 A7 B7 五、發明説明（i ) 本發明關於加強及/或恢復及/或復原一既有金屬結構，特 別是較大既有結構之既有金屬嵌板之方法。此方法特別關於 加強及/或恢復之金屬嵌板，其厚度已因使用時被腐蝕及/或 磨耗而減少，因而必須更換或強化。 用於Ro-Ro(或R0-Pax)渡輪甲板之金屬嵌板，每年經歷 之腐蝕及磨耗率範圍為〇·1至〇·3毫米，其典型損耗率為每年 0 · 1 5宅米。根據諸如L1 〇 y d ’ s R e g i s t e r之分類協會的規則 及規定，面板當其原來厚度減薄3 〇 %時必須加以更換，因為 此時之機械特性已大為減低。面板更換需求及根據典型船隻 部位及結構元件之原來面板厚度不同而表示之對應減少之面 板厚度，規定於Lloyd’s Register之技術文件中，其署名 為’’根據Lloyd’s Register規則及規定用於隻船分類之隻船 厚度量測及精金鐘定-1 9 9 7年一月第二修訂版，，。彈性部位 係數及慣性力矩之減少，造成高於一關鑑值之應力及變形。 當減少之厚度到達分類協會規範之數值時，船隻其他部位之 面板亦必須更換。 現有方法需將甲板拆下及更換以延長船隻壽命。此種先前 技藝方法，需要大量之工作，其可涉及：更換主要加強件； 拆下官件及境線；自甲板底側移去防火材料等；搭建鹰架以 及大量之溶接。一般而言，此甚耗貲、耗時，同時當這些熔 接難以在原地進行時，甚至可能產生_時之疲勞引起之瑕 滅。 本發明目標為提供一種方法，其在結構上加強或恢復強化 之金屬面板而不需拆下加強構件以及其他之繁瑣事情。 裝 訂 508331

A7 B7 五、發明説明（ 本發明提供加強一既有金屬結構之方法，其包含如下步驟 以隔開方式連附一加強金屬層至該金屬嵌板，因而在該金 屬嵌板及該加強金屬層間，形成至少一空穴； 注入包含未硬化塑膠材料之中間層至該至少一空穴内；以 、 及 硬化該塑膠材料，使其以足夠力量傳遞剪切力於該嵌板及 該加強金屬層間，以黏附該金屬嵌板之内表面以及該加強金 屬層。 下面所述方法，其優點為容許一已達使用壽限末期之既有 結構的金屬面板’在不需拆下且幾乎無需準備狀況下加強。 此對復原過程中之結構而言，只需較少之停機時間。最終加 強後<結構，只較取代舊嵌板之全新金屬嵌板略重。此方法 可不需乾塢進行船身復原。力口強作用提供原有之防潮及隔 音。塑膠材料可為自初硬化式’僅f讓其硬化即可，或是諸 如熱硬化及加強使其硬化。 本發明當然亦可應用至不論新舊之任何既有結構，俾視需 要將其改良、保固及強化。， 而 使用本發明導致之結構，類似美國第5;77 8,8 I〗號專利、 英國第GB-A-2 3 3 7 022號專利申請、以及英國 = 263 3 3.7號專利申請所述。這些文件所發表之材料及技 勢’可實際應用於本發明’同時根據本發明建造之 以享用其内所述之好處及優點。 本發明現將僅藉由範例及參考附圖說明，其中· 圖1為-既有結構金屬嵌板之剖視圖，其已採用根據本發 508331 A7 B7

五、發明説明 明之方法而在金屬嵌板上加強； 圖2為一既有結構金屬嵌板在採用本發明方法之加強巧牙 中之平面圖； 圖3顯示一本發明可能應用之典型船隻之橫剖面圖； 圖4為一既有結構金屬嵌板之剖面圖，其已採用根據本發 明之方法加強，其同時圍繞一悶鍋； Λ 圖5為一既有結構金屬肷板之剖面圖，其已採用根據本發 明之方法在金屬嵌板内加強； 圖6為'既有結構金屬肷板之剖面圖，其已採用根據本發 明之方法在金屬嵌板内加強，俾提供一複合結構薄層； 圖7a，b及c為一既有結構金屬嵌板之剖視圖，其已採用根 據本發明之方法加強，且加強金屬層在其内圍繞金屬嵌板之 支撑構件（加強件）； 在圖式中，相同部位以相同數字表示。 圖1為一 Ro-Ro渡輪甲板之剖視圖，其已藉由根據本發明 之方法加強。構成原來甲板之金屬嵌板丨〇，由樑柱丨2及球 根平板件17支撐。各種管件及纜線14以及防火材料15 ,均 連附金屬嵌板1 0底側1 6。 至屬敗板10原來库度為A ’其諸如在r0_r〇渡輪甲板中， 基本上介於10毫米及20毫米範圍内。基本上，腐蝕及磨 耗。每年減少大約0.1 5毫米之金屬嵌板厚度。在這些條件 下’金屬嵌板1 0在大約2 0年使用後，必需更換或加強。 本發明之加強方法，包含連附一加強金屬層2 〇至既有結構 •^金屬嵌板10。金屬層2〇經配置而與金屬嵌板1〇呈互隔關 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21QX297公D — —---- 508331

係，因而在金屬嵌板10及加強金屬層2〇間形成一空穴4〇 ^ 接著’未硬化塑膠材料之中間心孔層，被注人或料至空穴 4 0内S塑材硬化時(其可能為不需作用即硬化之自動硬化 塑材，或是諸如必需加熱硬化之塑材），其黏附金屬嵌板10 之内表面18，以及加強金屬層20之内表面22，其具足夠強 度而在金屬嵌板10及加強層20間傳送剪力負荷，俾構成一 複合結構構件，其可支撐遠大於自身重量之負荷。一般而 3 ’所有炫接在注入塑材之前完成。 裝 訂 線 在圖1所示實施例中，間隔件30配置於金屬嵌板1〇及加強 金屬層2 0之間。間隔件3 〇可為任何剖面或形狀，但當其以 鄰靠之表面端34連附金屬嵌板1〇之内表面18時，其基本上 以同一量值凸出金屬嵌板10上方。此一距離可隨空穴不同而 變’或其可因應用不同而在空穴内改變。接著，加強金屬層 2〇連附間隔件30另一端32，因而形成空穴4〇。如此，本方 法亦可執行於變形甚或彎曲嵌板上。加強作用將為已加強側 提供平滑表面。此特別理想於R〇-R〇渡輪，因其可為載具提 供平滑之騎坐表面。 間隔件3 0最好用金屬製作，如此，採用沿著自然板接縫對 頭炫接而可將該間隔件30(採用連續填角熔接3 5)熔接至原來 .之金屬嵌板1 0及加強金屬層2 0，為了方便，間隔件3 〇可用 以在金屬嵌板1 〇及加強金屬層2 0間，將空穴4 0細分為多數 個較小空穴，其尺寸可容許塑材澆鑄其内。 圖3顯示一本發明可應用其上之船隻1 〇 〇結構。本船隻為 雙船身結構，具有内及外側殼1 0 1、1 0 2以及内及外底殼 -7- 衣紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ' --- 508331 A7 B7 五、發明説明（ 103、104。圖中亦顯示一橫向艙壁1〇5 ,同時顯示甲板 106。數字107代表船底、1〇8為舷邊，而1〇9為腹板框架。 本發明可應用至船隻之任何這些部位，當然可用於其他部位 以及其他船隻，包含單船身之大船。 申請者目前已知之製備既有金屬嵌板且確保間隔件3 〇與既 有金屬嵌板10間良好黏固之最佳方式，為珠擊或噴粒於金屬 欲板1 0之内表面1 8。可是，亦可採用其他方法以提供需要 之表面粗度以及適合塑材黏固之油漆及防銹表面。理想上， 表面1 8上必需無污、無塵、無油且無水。 中間層心孔4 0最好在加強作用待使用之最大期望溫度環境 下，宜具有至少為2 5 0MPa之彈性係數E ,更佳者為 275MPa。在船隻建造應用中，此溫度可為10(rc。 撕裂、抗壓及抗拉強度以及拉長率，必須求其最大值，俾 讓加強板在諸如撞擊之異常受負情況下，可以·吸收能量。特 別是塑材之抗壓及抗拉強度，宜為最佳之至少2 MP a，更佳 者為2 0 Μ P a。抗壓及抗拉強度當然可考量較這些起碼值更 大。 塑材在最低操入溫度下之延性，宜大於金屬嵌板或金屬層 之延性。塑材在最低操作溫度下之較佳延性值為5 〇 %。塑材 之熱膨脹或熱收縮係數，亦宜足以接近金屬嵌板丨〇及金屬層 2 〇之熱脹縮係數，使得通過期望操作範圍且在溶接過程中之 溫度變化，不致造成層斷現象。兩種材料之熱膨脹或熱收縮 係數的可相異程度，將部分地隨塑膠之彈性而變，但咸信塑 材之熱膨脹或熱收縮係數，可為金屬層之大約1 〇倍。熱膨脹 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（21〇x 297公釐） 裝 訂 線 5U8331 五 、發明説明（ 係數可以藉由添加填料至塑材内而加以控制。 在整個操作範圍内，塑材盥 門、和 土何舁金屬欲板及金屬層内表面18、 -曰黏固強度，宜至少為05MPa，更佳者為6Mpa。此 =精㈣材與金屬之固有黏性而得，但亦可提供額外之黏 八當金«板U為部分船身（如圖3概示）時之額外需求，包 5通過界面之抗拉黏固強度，必須足以承擔來自金屬連接之 預期負面流體靜壓力及斷層力。塑材必須同時對海水及淡水 主水性穩定’同時當構件待用於油槽時，必須具有對油潰之 化學阻抗。 為了万便，塑材可為彈性體，而加強金屬層2 q可以為鋼、 不銹鋼、銘合金、或是與標準建造方法有關之任何其他典型 金屬：因此，彈性體基本上可為一聚合物（諸如聚酷或聚謎） 搭配兴氰酸酯、二異氰酸酯、鏈狀延伸件以及填料。填料視 需要提供，俾減少中間層之熱係數、減低其成本，同時另外 控制弹性體（物理特性。亦可包含另外添加物，用以改變機 械特性或其他特徵（諸如黏附性、抗水及抗油性）。 /王射口之大小及其位置，將隨著用以注射塑材元件及空穴 足位之適用製備而定。一般而言，每空穴設有一注射口。注 射口可且於加強層2 〇上或是金屬嵌板丨〇上，但必須適當定 位以減少或消除噴濺。注射口最好為快接式通口，儘可能配 置單向閥，使其可於澆鑄後磨光。其亦可以柱塞密封，其可 在澆轉後磨平。 空氣管置於每一多數個之空穴内，俾容許空穴内之所有空 -9 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4：%格(21〇x 297公爱） 508331 A7 B7 五、發明説明（ 氣逸出’同時確保沒有空置空間存留。空氣管可經車牙而於 充填後容許柱塞插入，或是包含閥件或其他可於充填後閉合 之機械裝置。空氣管及任何柱塞或閥件，可於塑材硬化後磨 平。 插入注射口或空氣管之柱塞，宜用具有帶電特性且與金屬 層2 0共容之材料製作。如果金屬層2 〇為鋼材，則柱塞可為 黃銅。用於通氣孔或注射口之金屬柱塞，可視需要細分為溫 度控制之釋壓閥。 /主射過私必須監看以確保空穴之均勻充填而無任何回流壓 力，此壓力可能造成腫脹及不均句之板面厚度，同時確保空 間精度（心孔厚度）保持在特定限度内。 加強工作之製作之後以及其壽命過程中，可能必需驗證彈 性體已正確地黏附金屬層。此可使用音波 '超音波或是χ光 技術、或是藉由任何其他適合之量校技術。 如此’既有結構之金屬嵌板1 〇，可以不需拆下且不需將諸 如支樑1 2、管件或纜線丨4以及防火材料與底側1 8分開需而 加強。 具有扁平平行端面之任何已知形狀的金屬或彈性體支撐構 件5 0，亦可在加強金屬層2 〇連附間隔件3 〇之前，置於或連 附至金屬嵌板1 0内表面1 8之間隔件3 〇之間。這些支撑構件 5 0支撐加強金屬層2 〇，同時確保空間精確（彈性體厚度與加 強金屬層平坦度）。 圖2平面顯示可用於本發明之典型間隔件3 〇及支撐構件 5 〇。最方便而言，間隔件3 〇呈長方形剖面，俾使其可以輕 -10-

508331 A7 B7 五、發明説明（^ ----- 易m。而，構成適當大小之空穴供注射彈性體使用。間隔件3 〇 、扁平表面3 2 ,彳疋供理想之接觸面供加強金屬層2 〇使用， 同時用以執行對頭熔接或嵌板密封3 6。 …加強金屬層20之厚度Β ,最好大於】毫米，但可為諸如6亳 米足任何厚度，用以提供必需之結構特徵及便於製作、操作 =熔接。3毫米厚度可提供額外1〇年之使用以保持甲板本身 結構上之相等或更佳於既有金屬嵌板1 0。塑材厚度C最佳介 於10¾米與25毫米之間，但可隨著應用及結構需要而更 厚 s如針對大載具之油箱頂部而言，平均心孔厚度可為 100毫米。 艾間B等於3毫米及空間c等於15毫米、以及配置14〇米乘 1 9米平面芝間之芫整甲板被覆（典型之r _尺〇渡輪甲板），相 等於大約一部貨車重量。此種甲板將可提供渡輪最少額外10 年之使用。此種加強甲板與丨2 · 5毫米厚之原來甲板的 2.2kN/m2靜負荷相比，具有大約2 5kN/m2之靜負荷。 圖4概示此方法可如何應用至一圍繞悶鍋之台面上。在此 一案例中（以及在既有嵌板丨〇非以諸如在掀蓋處處、以直角 或近乎直角鄰貼一金屬構件之任何情況下），間隔件3 〇可用 以在加強結構之空穴40及外側間形成側壁。接著，可以採用 真角溶接3 5將間隔件3 〇與既有嵌板1 〇以及悶銷連接，同時 用以將加強層2 0與間隔件3 〇連接。 圖5顯示加強層20相對既有嵌板之另種定位。在概示之方 法中，加強層以互隔方式與如同既有支撐構件12(譬如縱桁 及橫樑y以及強化構件17之同一側上的既有強化嵌板連接。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公箸）

裝 訂 線

508331 A7 B7 五、發明説明（ 9 此實施例可讓其外板面鄰靠流體（海水、油潰等）之硬船身及 側面結構被加強。此種相同之加強方法，可以應用至其他内 部又硬板上，俾儘可能地延長破用壽命及增加載荷能力與抗 撞能力。 ^ 在圖6所示範例中，加強嵌板採用對頭熔接3 6直接熔至有 硬貝構件1 7之鄰靠底端1 9上。在此種排列中，由於空穴之 較大深度之故，其可具優點地放置發泡件6〇於空穴内以減少 整個加強重量。雖然在圖6中沒有明示，但是介於數字丨〇與 20間之空間或2穴，亦可如英國第9926333·7號專利申請案 所示包含供應件（配管、纜線）。 圖7a顯示加強金屬層2〇相對既有結構之另種定位法。在概 示實施例中，加強金屬層20以互隔方式在相同於既有支撐件 17之同一側上，與既有硬質嵌板連接。加強層2〇圍繞球根 平板件彎曲’使得球根平板件定位於既有金屬嵌板1〇與加強 金屬層2 0之間。在圖7 a概示之實施例中，加強金屬層2 〇與 間隔件3 1溶接’而此間隔件亦與其球根平板件連附金屬嵌板 1 0之球根平板件表面對置之球根平板件表面熔接。間隔件可 為連續件或是間斷件，俾容許未硬化塑材自由地圍繞球根平 板件1 7流動，或是界定内含一個或多個球根平板件之限定空 間的空穴。圖7b概示一實施例，其中間隔件3 1未用以將加 強金屬欣板2 0與球根平板件1 7連接。圖7 b中概示之實施 例’亦顯示沿著球根平板件之凸緣長度方向而在每一球根平 板件上，進行結合加強金屬層2〇之板面密封。圖7c中概示之 實施例，以類似圖7 a及7 b概示之加強金屬層2 0連附球根平 -12· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 508331 A7 B7 五、發明説明（ 板件1 7之方式，顯示金屬層2 〇連附角形強化件、或是在限 定情況下連附橫樑或縱桁1 2。在圖7概示之所有實施例中， 加強金屬層20被彎形，使得金屬層2〇較其他位置更遠離樣 柱12或球根平板件17附近之金屬嵌板1〇。金屬層2〇可彎曲 成任何形狀（諸如曲形、扁平形等），同時可為多數個諸如介 於每一球根平板件17間之嵌板、或是可為一連續薄片。圖7 中概示實施例之利多，為加強金屬層2 〇簡化内表面，使其易 於塗施高品質塗料，減少在強化件一板件熔接處之局部板面 彎曲、消除熔接處之疲勞破裂可能性，同時提供額外加強以 %足或強化可能損壞或是其他狀況之既有強化件。 裝 在所有實施例中，中間層40可經由金屬嵌板1〇或是加強 金屬層20而在視需要之許多地點注射，用以確保空穴被完全 填滿。 圖7中概示之實施例，理想化地適用於具有多數個障礙物 之結構，諸如甲板裝配、配線、花紋裝飾等，該結構位於將 :擾如圖1所示金屬層應用之金屬嵌板1〇外表面。此外，此 線 實施例可應用至因局部過度受荷而遭致強化件受損（皱曲或 降優）之結構。 在另-實施例中，既有強化件可截短其長度且留下附根， 而加強層以與強化附根互隔之方式與既有嵌板連接。在此— ^列中’中間層必需較厚以產生必需之硬度。此實施例在當 列1件已經變形或受損、或是強化件與板件間之既有溶接斷 欢時甚為有效。 在所有實施例中，當在連附加強層之前，強化件上之溶接 Α4規格（210X297公釐） 13- 508331 A7 B7 五、發明説明（u ) 裂痕可加以修補，同時其他維護工作可先行完成。 本發明已以Ro -Ro渡輪之甲板為例說明如上。然而，本發 明亦可使用於其他應用中，特別是那些期望高平面及橫向負 荷如猛擊負荷者、或是希望高防破強度、高疲勞強度或高抗 裂擴散者。這些結構範例為隨道加襯、直交異向橋橋面、盛 貨箱、重載具油箱頂部、船身、外船結構、離岸結構、尤其 是直昇機、體育館屋頂以及圍堵容器。 -14- 木紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 508331 A5 B5 四、中文發明摘要（發明之名稱：上 力口強既有金屬結構之方法 一種加強既有結構金屬嵌板或管件之方法，包含之步驟 計有：以隔開方式連附一加強金屬層至該金屬嵌板或管件， 因而在該金屬嵌板及該加強金屬層間，形成至少一空穴； 注入包含未硬化塑膠材料之中間層至該至少一空穴内；同 時硬化該塑膠材料，使其黏附該金屬嵌板或管件之内表面 以及該加強金屬層。 裝

英文發明摘要（發明之名稱：METHOD OF REINFORCING AN EXISTING 訂

METAL STRUCTURE A method of reinforcing a metal panel or pipe of an existing structure comprising the steps of attaching a reinforcing metal layer to said metal panel or pipe in spaced apart relation to thereby form at least one cavity between inner surfaces of said metal panel and said reinforcing metal layer, Injecting an intermediate layer comprised of an uncured plastics material into said at least one cavity, and curing said plastics material so that it adheres to said inner surfaces of said metal panel or pipe and said reinforcing metal layer. ____-2- 本紙張尺度通用中國國家標準(CNS) A4規格（210 x 297公釐） 3 3 08 5 月 年 3 案(9 請和 申正 利更 圍 ^ ί 4 159專 21請 01申 09文 第中

8 8 8 A B c D 六、申請專利範圍 1· 一種加強現有金屬結構之一嵌板之方法，包含如下步驟： 以互隔方式在該金屬結構之嵌板上提供加強金屬層， 因而在該金屬結構内表面及該加強金屬層間，形成至少 一空穴； 注射由一未硬化塑材組成之中間層至該至少一空穴 内；以及 硬化該塑材，使其以足夠力量傳遞剪切力於該嵌板及 Θ加強金屬層間，以黏附該嵌板内表面及該加強金 層。 、’ 2·根據申請專利範圍第1項之方法，其中該提供加強金屬 層之步驟，包含如下步驟： 在一端黏附間隔件至該嵌板内表面；以及 在另‘黏附該加強金屬層内表面至該間隔件。 3. 根據巾請專利範圍第2項之方法，其中該間隔件為金屬 製，而該黏附步驟包含熔接。 4. 根據_請專利範圍第2或3項之方法，其中該間隔件為 板形間隔件、由塑膠製成之間隔件、悶鍋軸環或襯棒。 5. 根據申請專利範圍第丨至3項任一項之方法，支撐構件 排置於該至少一空穴内’用以接觸該嵌板内表面與該加 強金屬層内表面。 6. ，據申請專利範圍第丨至3項任一項之方法，其中在該 提供之步驟之前，該金屬結構之嵌板内表面已被珠擊或 噴粒處理且洗淨。 7. 根據申請專利範圍第丨至3項任—項之方法，其中該加 ___ - 1 - 本紙張尺度適用準(⑽…規 Χ297公—--------

A B c D 508331 /、申請專利範圍 強金屬層厚度，小於20毫米。 8·根據申請專利範圍第項任一項之方法，其中該中 間層厚度，至少為1 0毫米。 9·根據申請專利範圍第項任一項之，方法，其中該塑 材為彈性體。 瓜根據申請專利範圍第i至3項任一項之方法，其中該既 有金屬結構之該嵌板為一隧道加襯、橋面、盛貨箱、船 身、船甲板、驗壁、外船結構、圍堵容器、建築結構、 離岸結構之嵌板、或是該既有結構之較小金屬部分。 11·根據申請專利範圍第！項之方法，其中該既有金屬結 構’為較大既有結構之金屬嵌板。 12.根據申請專利範圍第丨丨項之方法，其中該金屬嵌板由 樣、梅或球根平板件支撐，該加強金屬層經排置而使得 該樑、桁或球根平板件定位於該金屬嵌板與該加強金屬 層之間。 13·根據申請專利範圍第i 2項之方法，其中該加強金屬層 被彎形’使得該加強金屬層在靠近該樑件或球根平板件 處’較其他位置更遠離該金屬嵌板。 14·根據申請專利範圍第丨2項之方法，其中該加強金屬層 在一該樑件或球根平板件連附該金屬嵌板之表面的對置 表面上，連附該樑件或球根平板件。 1 5.根據申請專利範圍第丨4項之方法，其中該加強金屬層 經由一間隔件，連附該樑件或球根平板件。 -2- 本紙張尺度適财@ @家標準(CNS) A4規格(綱χ 297公董)

8 8 8 8 A B c D 508331 六、申請專利範圍 16. —種容器，配置採用根據申請專利範圍第1至3或1 1至 1 5項任一項之方法加強的既有嵌板。 17. —種加強金屬結構，藉由根據申請專利範圍第1至3或 1 1至1 5項任一項之加強方法製作。 裝 -3 -本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X 297公釐） 508331 中文圖式更正本(93年1月）

圖2

Claims (1)

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