本實(shí)用新型涉及機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，同時(shí)涉及復(fù)合材料板材的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連接復(fù)合材料板材和鋼結(jié)構(gòu)的快速連接件。

背景技術(shù)：

隨著我國工業(yè)發(fā)展和對(duì)環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，尤其要求煤場封閉作業(yè)。這樣一來，對(duì)大跨度或超大跨度倉儲(chǔ)棚的需求量越來越大，同時(shí)對(duì)倉儲(chǔ)棚的穹頂材質(zhì)提出了越來越高的要求。

傳統(tǒng)煤場的大跨度倉儲(chǔ)棚往往采用整體鋼結(jié)構(gòu)，如果要求完全封閉或半封閉，鋼材消耗量極大，建設(shè)成本很高。隨著復(fù)合材料的發(fā)展創(chuàng)新，目前已有多種適合構(gòu)件大跨度倉儲(chǔ)棚的復(fù)合材料，復(fù)合材料以玻璃纖維、碳纖維等與樹脂材料復(fù)合在一起，通過纏繞、模壓、拉擠等方式成型。具有高強(qiáng)、質(zhì)輕、抗高溫及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。其中，復(fù)合材料板材的使用，讓中間無支撐柱倉儲(chǔ)棚的跨度可以建造得越來越大。考慮到復(fù)合材料板材的運(yùn)輸，其尺寸有一定的限制。在一些工況中，需要將倉儲(chǔ)棚部分的鋼結(jié)構(gòu)與因此對(duì)快速、高質(zhì)量地將板材可靠地按要求連接在一起提出了更高的要求。

目前，將復(fù)合材料板材可靠地連接起來，現(xiàn)有的技術(shù)是使用夾板和螺栓，即在需要連接的復(fù)合材料板材的邊上鉆孔，與其連接的鋼結(jié)構(gòu)上也相應(yīng)的鉆孔，復(fù)合材料板材兩面放上夾板，螺栓從孔中穿過后備緊。鉆孔破壞了復(fù)合材料板材的完整性，在使用過程中，容易從鉆孔處撕裂，縮短板材的使用壽命，同時(shí)，為復(fù)合材料板材連接的調(diào)整帶來了困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種連接復(fù)合材料板材和鋼結(jié)構(gòu)的快速連接件，能夠快速、可靠地連接復(fù)合材料板材和鋼結(jié)構(gòu)，并且具有可調(diào)整性，不會(huì)破壞復(fù)合材料板材的完整性，使其獲得最佳的使用性能。

為達(dá)上述目的，本實(shí)用新型采取的具體技術(shù)方案是：

一種連接復(fù)合材料板材和鋼結(jié)構(gòu)的快速連接件，包括：

一上夾板、一下夾板及連接所述上夾板及下夾板的中部的一中間支撐；

所述上夾板下面的一側(cè)，下夾板上面的一側(cè)及中間支撐的一側(cè)面構(gòu)成容納一復(fù)合材料板 材的第一容納槽；

所述上夾板下面的另一側(cè)，下夾板上面的另一側(cè)及中間支撐的另一側(cè)面構(gòu)成容納一鋼結(jié)構(gòu)單元的第二容納槽；

所述第一容納槽一側(cè)的上夾板和/或下夾板設(shè)置有至少一凸輪鎖緊裝置；

所述第二容納槽設(shè)置有一螺紋把合結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述上夾板、下夾板及中間支撐的材質(zhì)為高強(qiáng)度復(fù)合材料，如玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料。也可以選用金屬材料，如不銹鋼、碳鋼等。

進(jìn)一步地，所述第一容納槽一側(cè)的上夾板及下夾板的寬度為復(fù)合材料板材厚度的0.35至0.6倍。

進(jìn)一步地，所述第一容納槽一側(cè)的上夾板的下面及所述下夾板的上面的邊緣均具有傾斜面，該傾斜面的傾斜角度范圍為10至15°，該傾斜面的寬度為30至60mm。

進(jìn)一步地，所述凸輪鎖緊裝置包括：一凸輪，形成于凸輪一側(cè)的一手柄；安裝于凸輪兩側(cè)的與所述凸輪的基圓中心同軸的凸輪軸，與所述凸輪軸樞接的固定座，所述固定座固接于所述上夾板或下夾板。

進(jìn)一步地，所述凸輪為柱形，軸向長度為100至150mm。

進(jìn)一步地，所述凸輪鎖緊裝置位于鎖緊工位時(shí)，所述凸輪的一鎖緊面壓緊復(fù)合材料板材的上面或下面。

進(jìn)一步地，所述鎖緊面設(shè)有防滑紋路。

進(jìn)一步地，所述手柄上開設(shè)有一工藝孔。

通過采取上述技術(shù)方案，復(fù)合材料板材插入連接件的第一容納槽后通過凸輪鎖緊裝置實(shí)現(xiàn)快速鎖緊，鋼結(jié)構(gòu)單元由螺紋把合結(jié)構(gòu)固定連接，并且在凸輪表面增設(shè)防滑紋路，避免鎖緊失效，可以可靠的連接復(fù)合材料板材和鋼結(jié)構(gòu)，做到了安全、快速、可靠、方便，可重復(fù)使用。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例中的連接復(fù)合材料板材和鋼結(jié)構(gòu)的快速連接件的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例中的連接復(fù)合材料板材和鋼結(jié)構(gòu)的快速連接件的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖作詳細(xì)說明如下。

如圖1及圖2所示，本實(shí)用新型一實(shí)施例中提供的連接復(fù)合材料板材和鋼結(jié)構(gòu)的快速連接件的核心是使用凸輪2。復(fù)合材料板材用快速連接件的基體4類似于工字鋼，包括：一上夾板、一下夾板及連接所述上夾板及下夾板的中部的一中間支撐；上夾板的厚度15至32mm；下夾板的厚度為18至35mm，中間支撐的厚度為15至30mm。呈長條狀，考慮連接件的自重越輕越好，一般由高強(qiáng)度復(fù)合材料制成，具有高強(qiáng)度、高耐腐蝕性、阻燃、重量輕和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，還可以根據(jù)實(shí)際需要，隨意截取長短。但并不限于高強(qiáng)度復(fù)合材料，也可以選用高強(qiáng)金屬材質(zhì)，如不銹鋼、碳鋼等，可根據(jù)工程實(shí)際和建造成本綜合考量選取。

上夾板下面的一側(cè)，下夾板上面的一側(cè)及中間支撐的一側(cè)面構(gòu)成容納一復(fù)合材料板材的第一容納槽；上夾板下面的另一側(cè)，下夾板上面的另一側(cè)及中間支撐的另一側(cè)面構(gòu)成容納鋼結(jié)構(gòu)單元(如鋼結(jié)構(gòu)墻體、鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)等)的第二容納槽；為便于連接復(fù)合材料板材1的插入兩側(cè)的容納槽，基體4兩邊內(nèi)側(cè)面的邊緣各具有傾斜面，以方便復(fù)合材料板材及鋼結(jié)構(gòu)單元插入。該傾斜面的傾斜角度范圍為10至15°，該傾斜面的寬度為30至60mm。根據(jù)復(fù)合材料板材的厚度選定傾斜角度和寬度，板材越厚，傾斜角度和寬度越大。

凸輪2及其兩側(cè)的轉(zhuǎn)軸3由壓板6固定，轉(zhuǎn)軸3的一半嵌設(shè)在的基體4上形成的半圓長槽，可在制作基體時(shí)一次性做出來，也可以選擇先成型后加工。壓板6上也形成對(duì)應(yīng)的半圓長槽，壓板6扣在轉(zhuǎn)軸3上，轉(zhuǎn)軸3即可在兩個(gè)半圓長槽構(gòu)成的圓孔中轉(zhuǎn)動(dòng)。

凸輪2的材質(zhì)優(yōu)選高強(qiáng)度復(fù)合材料，如玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料等。為一柱形凸輪。為增加凸輪2工作時(shí)的有效性，在凸輪的工作弧面上，沿軸向長度方向設(shè)置了一些凸出或凹進(jìn)的槽線作為防滑紋路。紋路的高度或深度為3至10mm。其轉(zhuǎn)軸3，可以與凸輪2做成一體，也可以使用優(yōu)質(zhì)合金鋼單獨(dú)制作再與凸輪兩側(cè)固接，應(yīng)有一定的強(qiáng)度和硬度要求。凸輪2延出的手柄有一定的長度和寬度，在其上面，在不影響強(qiáng)度的前提下，可設(shè)置一圓或橢圓的工藝孔，為施工方便，可以使用加力桿或撬棍等輔助件穿過該工藝孔對(duì)凸輪2加力固定復(fù)合材料板材1。該工藝孔為通孔，通孔軸線和凸輪的手柄延伸方向形成30至45°夾角。

對(duì)應(yīng)于一個(gè)凸輪2設(shè)置有兩個(gè)壓板6，壓板6上形成有連接孔，用于通過螺釘5使壓板固定于基體4。

凸輪、壓板等構(gòu)成凸輪鎖緊裝置，成對(duì)、以中間支撐為軸對(duì)稱布置，如布置多對(duì)，相連 兩對(duì)凸輪鎖緊裝置的間距為650至1250mm。

在一些實(shí)施例中，基體的整體長度與連接的復(fù)合材料板材插入基體一端的邊的寬度相等，即，由一整段的基體連接兩塊復(fù)合材料板材。當(dāng)然，在另外的實(shí)施例中，復(fù)合材料板材的一個(gè)邊也可以由多段基體連接，相鄰的基體的端部之間可留有不小于10mm的縫隙，以釋放可能產(chǎn)生的彈性形變或熱膨脹。但整段及分段布置的基體，其上設(shè)置的凸輪鎖緊裝置的布置均應(yīng)復(fù)合前述的間距。

通過采用上述實(shí)施例描述的快速連接件，能夠快速連接各種規(guī)格的復(fù)合材料板材，并且連接簡便，穩(wěn)定，利于調(diào)節(jié)，最重要的是，不會(huì)破壞復(fù)合材料板材的完整性，無需在符合材料板材上開設(shè)連接孔，防止其由連接孔處被破壞。

測試實(shí)施例1：

某一大跨度倉儲(chǔ)棚結(jié)構(gòu)中，其復(fù)合材料板材的規(guī)格為厚度280mm，長度12000mm，寬度2500mm，其平面尺寸為一般公路運(yùn)輸?shù)南揲L及限寬的上限，以復(fù)合材料板材的窄邊作為連接邊，此實(shí)施例中可以代表實(shí)際應(yīng)用中復(fù)合材料板材受自重載荷最大的工況，具有代表性。

采用的快速連接件的各部分尺寸、參數(shù)為：上夾板、下夾板及中間支撐的材質(zhì)為高強(qiáng)度復(fù)合材料，如玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料，厚度均為20mm。

上夾板及下夾板均為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其單側(cè)寬度為168mm。

復(fù)合材料板材中2500mm的寬邊作為連接邊，由一整段基體的一側(cè)連接，僅在上夾板布置凸輪鎖緊裝置，通過3對(duì)凸輪鎖緊裝置固定，中間的一對(duì)凸輪鎖緊裝置位于復(fù)合材料板材的中心線上，其與另外兩對(duì)的布置間距均為650mm，柱形凸輪軸向長度為150mm。凸輪表面布置凸起的防滑紋路，防滑紋路的高度的8mm。基體的另一側(cè)通過螺栓把合連接一與復(fù)合材料板材厚度對(duì)應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)。

對(duì)上述連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接性能測試：

首先將基體和鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)固定，對(duì)復(fù)合材料板材的非連接邊施加水平拉力，由于復(fù)合材料板材一般用以構(gòu)件倉儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其受拉工況非常少見，即使有，拉力載荷也很小，因此，施加4kN的拉力。受拉后，復(fù)合材料板材本身出現(xiàn)形變，而板材面與凸輪面之間無任何滑動(dòng)，連接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，無破壞。

接下來測試扭力載荷承受能力，將基體和鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)固定，在復(fù)合材料板材的非連接邊的邊緣施加向下的載荷，考慮復(fù)合材料板材都是組合應(yīng)用的，在實(shí)際工程應(yīng)用中，承載的載荷主要是其自重和風(fēng)載，而自重可逐級(jí)傳遞，最后由基礎(chǔ)支撐，因此，將邊緣向下的載荷設(shè) 定為12kN，受載后，復(fù)合材料板材本身出現(xiàn)撓度變形，載荷傳遞至連接邊后，連接邊具有向上運(yùn)動(dòng)趨勢，反而使板材面與凸輪面之間擠壓力變大，更不易滑動(dòng)，連接更加穩(wěn)定，只要考慮基體本身不破壞，凸輪鎖定結(jié)構(gòu)的連接就是穩(wěn)定的。

測試實(shí)施例2：

與測試實(shí)施例2的區(qū)別在于在下夾板也布置位置與上夾板對(duì)應(yīng)的凸輪鎖緊裝置，使連接結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，將拉力增至5kN后，仍可保證穩(wěn)定連接。將向下載荷增值15kN后，連接結(jié)構(gòu)仍可保證穩(wěn)定。

測試實(shí)施例3：

一較小跨度倉儲(chǔ)棚結(jié)構(gòu)中，其復(fù)合材料板材的規(guī)格為厚度180mm，長度8000mm，寬度2000mm，以復(fù)合材料板材的窄邊作為連接邊。

采用的快速連接件的各部分尺寸、參數(shù)為：上夾板、下夾板及中間支撐的材質(zhì)為高強(qiáng)度復(fù)合材料，如玻璃纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料，厚度均為18mm。

上夾板及下夾板均為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其單側(cè)寬度為90mm。

2000mm的寬邊作為連接邊，由一整段基體的一側(cè)連接，僅在上夾板布置凸輪鎖緊裝置，通過2對(duì)凸輪鎖緊裝置固定，中間的一對(duì)凸輪鎖緊裝置位于復(fù)合材料板材的中心線上，其與另外兩對(duì)的布置間距均為850mm，柱形凸輪軸向長度為150mm。凸輪表面布置凸起的防滑紋路，防滑紋路的高度的6mm。基體的另一側(cè)通過螺栓把合結(jié)構(gòu)連接一鋼結(jié)構(gòu)墻體。

對(duì)上述連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接性能測試：

首先將基體和鋼結(jié)構(gòu)墻體固定，對(duì)復(fù)合材料板材的非連接邊施加豎直向上拉力，由于復(fù)合材料板材一般用以構(gòu)件倉儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其受拉工況非常少見，即使有，拉力載荷也很小，因此，施加3kN的拉力。受拉后，復(fù)合材料板材本身出現(xiàn)形變，而板材面與凸輪面之間無任何滑動(dòng)，連接結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，無破壞。

接下來測試扭力載荷承受能力，將基體固定，在復(fù)合材料板材施加側(cè)面方向的載荷，考慮復(fù)合材料板材都是組合應(yīng)用的，在實(shí)際工程應(yīng)用中，承載的載荷主要是其自重和風(fēng)載，而自重可逐級(jí)傳遞，最后由基礎(chǔ)支撐，因此，將側(cè)向的載荷設(shè)定為0.5kN/㎡(北京地區(qū)基本風(fēng)壓)，受載后，復(fù)合材料板材本身出現(xiàn)撓度變形，載荷傳遞至連接邊后，連接邊具有向一側(cè)運(yùn)動(dòng)趨勢，反而使板材面與凸輪面之間擠壓力變大，更不易滑動(dòng)，連接更加穩(wěn)定，只要考慮基體本身不破壞，凸輪鎖定結(jié)構(gòu)的連接就是穩(wěn)定的。

測試實(shí)施例4：

與測試實(shí)施例3的區(qū)別在于在下夾板也布置位置與上夾板對(duì)應(yīng)的凸輪鎖緊裝置，使連接結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，將拉力增至5kN后，仍可保證穩(wěn)定連接。將側(cè)面載荷增至0.8kN/㎡后，連接結(jié)構(gòu)仍可保證穩(wěn)定。

上述測試實(shí)施例已經(jīng)驗(yàn)證了實(shí)際應(yīng)用中，快速連接件可能受載最大的情況，通過快速連接件均可保證穩(wěn)定連接，其連接強(qiáng)度要明顯優(yōu)于采用穿孔后通過把合件連接的結(jié)構(gòu)。其他工況，板材的厚度、幅面越小，其自重載荷也在不斷減小，其通過快速連接件應(yīng)更能夠保證穩(wěn)定連接，因此不再贅述其他實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員在獲悉前述測試實(shí)施例的基礎(chǔ)上，當(dāng)可無疑義確定在其他的工程實(shí)際中，本實(shí)用新型的快速連接件均為將各種規(guī)格的符合材料板材可靠連接?？焖龠B接件連接鋼結(jié)構(gòu)一端的螺紋把合結(jié)構(gòu)中螺紋連接件的選取、把合孔的布置等均為按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定即可，由于皆為領(lǐng)域公知技術(shù)，在此不再贅述。

以上所述，為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施案例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。