專利名稱：鋼梁連接裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將負荷由一個構件傳遞給另一構件的建筑構件連接裝置，該連接裝置包括一個連接本體，其包含被連接構件放置在其中的多個連接槽和插入在連接本體與被連接構件之間的空間中的楔塊。本發(fā)明的連接裝置能夠利用外力下的楔固作用，將結構構件連接在一起。在本發(fā)明中為了防止構件從連接本體處滑出，楔塊與被連接構件接觸的表面經過加工，比楔塊與連接本體接觸的表面具有更高的磨擦系數(shù)。
然而，螺栓連接需要在被連接構件以及搭接板上鉆出許多孔，這引起在孔的周圍出現(xiàn)諸如凹槽或應力集中等問題。
此外，由于所鉆的孔要大于螺栓直徑以滿足安裝時的尺寸公差，當連接處在承受如圖2所示的反復逆轉的負荷時，連接就可能出現(xiàn)滑動，導致不希望的后果。為防止滑動發(fā)生，摩擦式連接被加以利用。在摩擦式連接中，通過充分擰緊螺母產生強大的夾持力，使連接能借助被連接構件與搭接板之間的摩擦力來抵抗負荷。然而，這種預緊力不易獲得，并且螺栓安裝增加了工程費用。
為提高螺栓連接性能，韓國公開專利No.1999-76051(申請?zhí)朜o.10-1998-10689)披露了一種連接技術，其中在被連接構件10與搭接板12之間設有摩擦環(huán)16，以增加摩擦力(見圖3)。同樣，韓國公開專利No.1998-72021(申請?zhí)朜o.10-1998-28349)披露了另外一種連接技術，其中被連接構件10及搭接板12的表面加工出細齒以增加摩擦力(見圖4)。
上述方法可以增加摩擦力，但不能解決螺栓連接的問題。而且，摩擦環(huán)在被連接構件及搭接板之間產生縫隙，可能削弱連接處的完整性。在表面機械加工出細齒則增加了制造成本。
本發(fā)明的連接裝置通過利用楔固作用減少和取消使用螺栓，從而能夠解決螺栓連接中存在的問題。
本發(fā)明的連接裝置具有以下特征。
連接裝置包含一個設有連接槽的連接本體和楔塊，被連接構件放置在連接槽中，楔塊插入在連接本體和被連接構件之間的空間中。
另外，楔塊與構件相接觸的表面被加工成比與連接本體相接觸的表面具有更高的摩擦系數(shù)。
楔塊的截面形狀可以在三角形、四邊形及五邊形之間選擇，以符合連接本體及構件之間的空間的形狀。
所述楔塊的一個特征是其斜面與底面之間的夾角θ設置為從1°到( )之間。(其中μ是指楔塊與連接本體之間的摩擦系數(shù)，μ′是指楔塊與構件之間的摩擦系數(shù)。)楔塊底面的一個特征是經過了提高摩擦系數(shù)的處理。特別是，該底面可通過機械加工形成各種形狀的細齒。
相反，楔塊傾斜面的一個特征是經過了減少摩擦系數(shù)的處理。準確地說，該斜面可以進行機械拋光和/或涂覆潤滑油。
當該連接本體是分體式的，其一個特征是兩個部分通過螺栓，或通過具有突起部的凸件(下文稱為凸件)及具有凹槽部的凹件(下文稱為凹件)而接合。在后一種情況下，凸件滑入一個凹槽導向部分中(該凸件和凹件可以設有錐度以利裝配)。
如圖6所示，一種彈性夾板被用于以穩(wěn)固接觸方式連接楔塊與構件。彈簧、螺釘及類似結構也可用于同樣目的。
下面參考附圖，詳細描述本發(fā)明的連接裝置。然而，這些圖僅為舉例說明之用，在本發(fā)明的范圍內還可以做出變通或改進。
圖5所示為本發(fā)明的連接裝置的工作原理。
在圖5中，θ是指楔塊底面304與斜面302之間的夾角；μ是指該楔塊斜面302與連接本體20之間的摩擦系數(shù)；μ′是指楔塊底面304與被連接構件之間的摩擦系數(shù)；P′是指作用于被連接構件10上的外加負荷；P是指在楔固作用下P′產生的垂直力(P′增大時P按比例增大)。
沿楔塊斜面的力平衡要求2(P′2cosθ)-2Psinθ=2μ(P′2sinθ+Pcosθ)---(1)]]>其中 是力P′在傾斜方向上的分力；Psinθ是力P在傾斜方向上的分力； 是沿斜面的摩擦力。
求解方程式(1)，得出P′P′=2Psinθ+μcosθcosθ-μsinθ---(2)]]>為防止被連接構件滑出連接本體，要求作用于楔塊底面304和被連接構件10之間的接觸部位的摩擦阻力大于外加負荷。這個要求可以寫成P′＜2Pμ′。
利用方程式(2)，該要求變?yōu)閟inθ+μcosθcosθ-μsinθ<μ′---(3)]]>
求解方程式(3)，得出θθ<atanμ′-μ1+μ·μ′---(4)]]>因此，可以通過將μ及μ′的值代入方程式(4)算出角θ，然后根據(jù)結構的安全系數(shù)，采用一個比算出的θ值較低的值來確定楔塊10的形狀。
也就是說，當外力，例如拉力、壓力及剪切力作用于構件10上時，隨著外力的增加，由于楔塊30的斜面302和連接本體20之間的摩擦系數(shù)μ與楔塊30的底面304和構件10間的摩擦系數(shù)μ′的差別，通過楔塊30產生的作用于構件10的垂直力也隨之增加。結果，構件10與楔塊30之間的摩擦力取決于連接本體20所能承受的最大垂直力。
楔塊30的大小及形狀根據(jù)θ值確定。當摩擦系數(shù)μ及μ′間差異增加，可以采用較大的θ角值。隨θ值的增加，連接本體在垂直方向上承受的力減小，有助于減小連接本體的尺寸。這就是楔塊30的斜面302的μ值需要通過機械拋光或涂覆潤滑油的方式來減小的原因。同時，需要對楔塊30的底面304進行機械加工形成各種形狀的細齒，從而增加μ′的值。圖8列舉了細齒的實例。
在本發(fā)明的說明書中，術語“構件10”用于表示被連接構件，如截面為“H”形的結構鋼。然而，它也可以由任何材料制成，如木材、塑料和石材等的。同樣，連接本體20及楔塊30優(yōu)選用鋼材制成，但也可以是由諸如木材、塑料及石材等的任何材料制成。
術語“連接槽22”是指設在連接本體20上的槽，構件10及楔塊30放置在其中進行連接。該術語“連接槽22”在此后的描述及指示中將不帶圖號。
圖6是當外力P沿圖示方向作用時本發(fā)明的連接裝置的安裝示意圖。其上圖為分解狀態(tài)的示意圖，其下圖為組裝狀態(tài)的示意圖。
如圖6所示，兩個構件10被連接在一起以便承受沿圖示方向作用的力P，連接本體20組裝于兩構件10之間。當構件插入連接本體20的連接槽(圖號未標出)后，楔塊30沿與外力方向垂直的方向插入連接本體與構件之間的空隙中。為使楔塊與構件牢固接觸而連接，可以使用如圖6中所示的一個彈性夾板40。彈性夾板在其它圖中雖未示出，但同樣可以應用。
楔塊30在斜面與底面之間具有一合適的角度，該角度由方程式(4)確定。在組裝狀態(tài)下，由于楔塊30的楔固作用，構件10雖受圖示方向的外力P的作用，但不會滑出連接本體20。隨著外力的增加，垂直方向產生更大的夾持力，而且摩擦力也成比例增加。
圖7是當外力P沿圖示方向作用時根據(jù)本發(fā)明的連接裝置的安裝示意圖。其上圖為分解狀態(tài)示意圖，其下圖為組裝狀態(tài)示意圖。
如圖7所示，當兩個構件10連接在一起以便承受沿圖示方向作用的力P時，連接本體20組裝于兩構件10之間。構件放置于連接本體20的連接槽中(圖號未標出)后，楔塊30沿與外力方向相垂直的方向插入連接本體與構件10之間的空隙中。
楔塊30的斜面與底面間有一合適的角度，該角度由方程式(4)確定。在組裝狀態(tài)下，由于楔塊30的楔固作用，構件10雖受圖示方向的外力P的作用，但不會滑出連接本體20。隨著外力的增加，在垂直方向產生更大的夾持力，而且摩擦力也成比例增加。
圖8是本發(fā)明的楔塊底面的外觀。
如圖8所示，楔塊30的底面可用各種技術手段進行機械加工，以提高摩擦系數(shù)。盡管圖中僅示出了突起型細齒306和溝槽型細齒308，各種不同的形狀也能被利用。
圖9描述了本發(fā)明的楔塊的形狀。
如圖9所示，楔塊30可以制成各種形狀。雖然圖中所示為三角形31、五邊形32、四邊形35、雙五邊形36及類似形狀，各種不同的形狀也可以被利用。
當連接裝置設計用來傳遞單一的外力時，可以采用楔塊38。楔塊39在其軸向上具有一個便于安裝的斜面。
雖然在此用五邊形的楔塊對本發(fā)明進行了舉例說明，但本發(fā)明的范圍并不受限于這一形狀。
盡管使連接槽的斜面與楔塊30的斜面相一致是理想的，但也可以根據(jù)情況采用其他各種不同的形狀。


圖10是根據(jù)本發(fā)明的分體式連接本體的安裝示意圖。其上圖為分解狀態(tài)示意圖，其下圖為組裝狀態(tài)示意圖。該連接本體20由通過螺栓14相連接的兩部分組成。這種分體式連接本體(20)可以用于不便使用整體式連接本體的時候。
圖11為與圖10不同的另一種分體式連接本體。該連接本體利用連接片310通過使凸件滑入凹件，而把兩部分連接在一起。所述凸件及凹件可以是有錐度的，從而有助于裝配。
圖12為本發(fā)明的連接本體，它能夠承受兩個方向相互垂直的外力。
如圖12所示，這種連接本體20設有連接槽，在其中楔塊被放置在兩個相互垂直方向，以便防止構件從任一方向滑出連接本體。每個楔塊都能承受方向垂直于楔塊的方向的外力。
圖號說明10構件；20連接本體；30楔塊；306突起；308細齒。
40彈性夾板然而，可以根據(jù)本發(fā)明的公開內容，在本發(fā)明的范圍內進行變通或改進這對本領域的普通技術人員來說是可以理解的，。
第一優(yōu)選實施例圖13描述了本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例。圖中，本發(fā)明的連接裝置用于連接兩個“H”型構件10。連接上部凸緣的兩個連接本體20為圖6所示類型的連接裝置，腹板是采用圖7中所示的連接裝置進行連接，而底部凸緣是采用圖10所示分體式連接裝置進行連接。圖13示出了根據(jù)條件在同一個連接處可以使用不同類型的連接裝置，雖然這在工程領域并不常見。
在圖11或圖12中所示的其它類型的連接本體20也可用于圖13中。
第二優(yōu)選實施例圖14描述的是本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例。本發(fā)明的連接裝置用于連接兩個互為直角的“H”型構件10。
圖中，連接本體20具有三個連接槽。兩個連接槽用于連接一個構件(圖中的垂直構件)，以承受兩個方向作用的外力。一個連接槽用于連接另一構件(圖中的水平構件)，承受一個方向作用的外力。
第三優(yōu)選實施例圖15描述的是本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例。與第二優(yōu)選實施例相比，一構件(圖中的水平構件)繞其軸線轉90°。第三優(yōu)選實施例使用了圖12中所示的連接本體(20)承受兩個方向作用的外力。
第四優(yōu)選實施例圖16描述的是本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例。在該優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的連接本體20僅在其一側設有一個連接槽，其另一側平面使用螺栓與一構件連接。
第五優(yōu)選實施例圖17描述的是本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例。本發(fā)明的連接裝置20以優(yōu)選實施例1的方式將一構件連接于另一個較大尺寸的構件，該較大尺寸的構件焊接于一柱體構件上。
如圖中所示，兩個構件的寬度及厚度都不相同。該兩個尺寸不同的構件能通過調整連接槽的長度和/或高度而連接。通過從梁、柱焊接處移開塑料鉸鏈，本發(fā)明的連接裝置能夠用于提高結構框架在強地震中的抗震性能。工業(yè)應用本發(fā)明的連接裝置能解決螺栓連接存在的問題，例如在螺栓孔旁出現(xiàn)的凹槽及應力集中等。除此之外，與摩擦式螺栓連接相比，本發(fā)明所述的連接裝置還能夠縮短工期及減少勞動力成本。
本領域的普通技術人員能夠理解，在說明書中所披露的構思和具體實施例可以很容易地被利用來作為修改或設計其他實施例的基礎，以實現(xiàn)與本發(fā)明的相同目的。本領域的普通技術人員還能夠認識到，諸如此類的等同實施方式并不超出如所附權利要求所確定的本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種用于連接構件的連接裝置，其包括設有連接槽的連接本體，被連接構件置入其中；及插在連接本體及構件之間的空間中的楔塊；楔塊與構件接觸的表面(底面)的摩擦系數(shù)比其與所述連接本體接觸的表面(斜面)的摩擦系數(shù)高。
2.根據(jù)權利要求1所述的連接裝置，其中楔塊與連接本體及構件之間的空間相一致且楔塊的截面可在三角形、四邊形及五邊形中選擇。
3.根據(jù)權利要求2所述的連接裝置，其中楔塊的斜面與底面之間的楔角(θ)在1°到( )之間，(其中μ是指楔塊與連接本體之間的摩擦系數(shù)；μ′是指楔塊與構件之間的摩擦系數(shù))。
4.根據(jù)權利要求2所述的連接裝置，其中所述的楔塊在其軸向上還具有斜度，以利于安裝。
5.根據(jù)權利要求1到4中的任一項所述的連接裝置，其中所述楔塊的底面設有平行于或幾乎平行于楔塊軸線的突起或細齒，以提高摩擦系數(shù)。
6.根據(jù)權利要求5所述的連接裝置，其中連接本體為分體式的，其兩部件通過螺栓，或將具有突起部的凸件插入具有凹槽部的凹件中連接。
7.根據(jù)權利要求5所述的連接裝置，其中連接本體僅在其一個側面設有連接槽，其余為平面的側面通過螺栓與構件連接。
8.根據(jù)權利要求5所述的連接裝置，其中使用彈性夾持裝置將楔塊和構件以穩(wěn)固接觸的方式連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于連接構件的連接裝置。該連接裝置包括一個設有連接槽的連接本體，被連接構件被置入其中，以及插入連接本體與構件之間的空間的楔塊。本發(fā)明所示連接裝置在外力作用下利用楔固作用連接構件。該楔塊與構件接觸的表面比與連接本體接觸的表面具有更高的摩擦系數(shù)。本發(fā)明的連接裝置能夠解決螺栓連接存在的問題，諸如螺栓孔周圍的凹槽及應力集中。此外，與廣泛應用的承重式及摩擦式螺栓連接方式相比，本發(fā)明的連接裝置能夠大大縮短工期減少勞動力成本。
文檔編號E04B1/24GK1427925SQ01807680
公開日2003年7月2日 申請日期2001年4月4日 優(yōu)先權日2000年6月13日
發(fā)明者樸鐘圓, 黃仁奎 申請人:樸鐘圓, 黃仁奎