CN104213640B

CN104213640B - 叠梁粘合式抗剪连接器

Info

Publication number: CN104213640B
Application number: CN201410392122.XA
Authority: CN
Inventors: 郑天心; 竺·理查德
Original assignee: SINO GREEN GROUP INVESTMENTS CORP
Current assignee: SINO GREEN GROUP INVESTMENTS CORP
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2034-08-11
Also published as: CN104213640A

Abstract

本发明公开了本发明提供了一种叠梁粘合式抗剪连接器，所述连接器设置在相互接近、拥有彼此平行翼缘的两根叠梁之间，所述连接器包括上连接件和下连接件、金属粘合剂层，所述上连接件固定连接在叠梁上梁的底部，所述下连接件固定连接在叠梁下梁的顶部，所述金属粘合剂层灌注在所述上连接件和下连接件之间，所述上连接件和下连接件形状相配合，且通过所述金属粘合剂层相互结合。本发明，与现有技术相比，具有如下优势：1.采用连接器的叠梁大大提高了原结构的刚度；2.抗剪能力优良；3.构造简单、成本较低、安装效率较高。

Description

叠梁粘合式抗剪连接器

技术领域

本发明属于建筑结构工程技术领域，特别是一种叠梁粘合式抗剪连接器。

背景技术

集成式模块化建筑是一种新型的建筑模式。高完成度的建筑模块在工厂环境中完成90％以上的施工。制作完成的模块通过大型运输设备运输到施工现场进行组装。组装过程主要是通过对关键的建筑模块节点进行现场结构连接，形成结构整体刚度，其次是对建筑模块间的接缝处进行封闭，设备管线进行连接，保证其安全、防水、隔声和防腐等建筑需求。因为运输、起吊和安装的限制，建筑模块常常以长方体模块形式进行生产、运输和安装。建筑模块的长边梁最长约为18米，短边梁最长约为4.5米，高为建筑单层高度，即3.1米到4.5米。一个标准的长方体模块主框架由四根天花板梁(两根长边梁和两根短边梁),四根地板梁，四根角柱焊接而成。除设有墙承重的模块以外，上下相邻层建筑模块在角柱处连接，除此以外均不设结构连接，形成典型的“柱承重式模块建筑”(柱承式)。这种建筑模块的优点在于其框架布局，承重方式简单直接；上下层间的模块相对独立，隔声隔振性能好；更重要的是该结构形式有利于高效的工厂制造和简单的现场连接。该建筑模块形式充分考虑了现代化模块建筑设计、生产和施工等多方面因素，现在普遍使用，符合集成式模块化建筑未来发展方向的一个重要建筑形式。

但是，上述现行的集成式模块化建筑也存在缺陷：

其一，建筑模块之间连接依靠角柱连接，对短边梁方向而言强度、刚度尚可；但对于10米以上的长边梁方向连接而言，其竖直方向和水平方向的连接点的间距过大，以至于该建筑模块的整体力学性能较差，不适用于抗震要求较高的建筑设计；

其二，就柱承式模块建筑而言，上层建筑模块的地板梁与下层建筑模块的天花板梁分离，两梁独自承受其竖向荷载，梁间没有组合效应，因此总体结构效率较低，因此其结构的耗钢量较大。计算表明，柱承式模块结构的耗钢量为同样的钢结构耗钢量的120％-130％，其主要原因就是长边梁的耗钢量比较大。

其三，由于柱承式模块建筑的叠梁没有组合效应，长边梁的截面高度均较大，一般在150mm到300mm间；加上上下建筑模块间必要的安装缝隙，以及地板厚度和天花板吊顶厚度，下层天花板到上层地板间距离一般大于500mm。这样显著的减少了用户室内实用高度，提高了建筑成本。

有鉴于此，本发明迫切需要提供一种叠梁粘合式抗剪连接器，以解决上述现行的集成式模块化建筑存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种叠梁粘合式抗剪连接器，以解决上述现行的集成式模块化建筑存在的缺陷。

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种叠梁粘合式抗剪连接器，所述连接器设置在相互接近、拥有彼此平行翼缘的两根叠梁之间。所述连接器包括上连接件和下连接件、金属粘合剂层，所述上连接件固定连接在叠梁上梁的底部，所述下连接件固定连接在叠梁下梁的顶部，所述金属粘合剂层灌注在所述上连接件和下连接件之间，所述上连接件和下连接件形状相配合，且通过所述金属粘合剂层相互结合。

本实用新型，与现有技术相比，具有如下优势：

1.采用连接器的叠梁大大提高了原结构的刚度。计算表明，两根简支的叠梁上安装五个连接器，其组合效应可以达到理想的充分连接的叠梁刚度的85％以上。

2.抗剪能力优良。以带斜面的宽钝齿作为上下连接件的咬合面，既有利于在现场安装时提供足够的安装误差补偿，也提供了连接件之间的金属粘合剂的填充空间；同时优化金属粘合面布局，提高了连接器抗剪强度。计算表明，其连接强度为理想连接强度的35％以上，满足了集成式模块叠梁的实际工作需求。

3.构造简单、成本较低、安装效率较高。不改变钝齿尺寸而增加钝齿的数目，可以有效的提高抗剪性能，而且价格低廉，因为铸钢连接件而增加的耗钢量可以忽略；以金属粘合剂现场粘合构件，施工简单、速度快，避免了现场的焊接和复杂的螺栓连接，特别适应于高完成度的集成式建筑模块的现场施工，保护了模块不会因为现场焊接和复杂的螺栓连接而受损坏，选取适当的金属粘合剂，在粘结后24小时内可达设计强度的75％以上。

附图说明

图1是本发明的结构示意图a；

图2是本发明的结构示意图b；

图3是本发明的结构示意图c；

图4是本发明的结构示意图d；

图中，1-叠梁上梁，2-叠梁下梁，3-连接器，31-上连接件，32-下连接件，321-盆缘，33-金属粘合剂层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例以及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解为此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的保护范围。

本发明的设计原理在于将原来独立工作的上下相邻梁组合成共同工作的叠合梁。该组合梁的关键环节为梁间抗剪连接器，以传递两梁共同工作时产生的剪力。本发明提供的连接器的满足如下要求：其一，给予叠梁可靠的抗剪强度，且连接器的最终刚度要求不低于理想连接的50％；其二，针对于模块结构现场施工空间小、应尽量避免焊接或螺栓、锚栓连接的特点，该连接方式的连接器部件的体积小，施工简便可靠，能够达到快速连接的目的；其三，成本低廉。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明连接器设置在相互接近、拥有彼此平行翼缘的两根叠梁之间，所述连接器包括上连接件和下连接件、金属粘合剂层，所述上连接件固定连接在叠梁上梁的底部，所述下连接件固定连接在叠梁下梁的顶部，所述金属粘合剂层灌注在所述上连接件和下连接件之间，所述上连接件和下连接件形状相配合，且通过所述金属粘合剂层相互结合。

上述叠梁多见于集成式模块建筑上下相邻的两个建筑模块的地板梁和天花板梁所组成的结构。其中，此处建筑模块可为长方体模块形式，其长边梁最长约为18米，短边梁最长约为4.5米，高为建筑单层高度，即3.1米到4.5米，通常由四根天花板梁(两根长边梁和两根短边梁),四根地板梁，四根角柱焊接而成，上下相邻层建筑模块在角柱处连接。本发明对其连接上下相邻层建筑模块的连接方式进行了改进，在上下两层建筑模块叠梁之间，尤其在长边梁方向设置连接器。连接器的结构可以包括的地板梁底部焊接(或采取其他固定方式，如螺栓连接)与梁等宽的上连接件和在天花板梁顶部焊接下连接件，其中上连接件与下连接件配对设置，形状相配合，两者可结合，沿纵向误差少于2.0mm。

上连接件和下连接件的材质可为钢铸件，铸件精度为0.5mm。

连接器可沿长边梁方向均匀设置，将长边梁分成偶数段，设置间距不大于3.0m。

在优选实施方式中，上连接件与下连接件的金属结合面可为钝齿结合，咬合的金属齿的齿侧面有50度至90度的倾角，根据钢铸件齿面与金属粘合剂的摩擦系数确定倾角角度，倾角大于90度减摩擦角；齿顶面为平面，所述齿顶面长度大于等于齿高的0.5倍，所述齿高大于等于20mm。

在优选实施方式中，所述上连接件和下连接件均包括连接部和结合部，所述上连接件的连接部为连接板，其用于与叠梁上梁底部固定连接，所述上连接件的连接部下方设置有结合部，所述结合部设置有第一钝齿，所述下连接件的连接部为连接板，其用于与叠梁下梁顶部固定连接，所述下连接件的连接部上方沿周长方向设有盆缘，所述盆缘围成盆槽，所述盆槽内设置有第二钝齿，所述第一钝齿的形状与所述第二的钝齿的形状相配合，所述第一钝齿嵌入所述盆槽内与所述第二顿齿咬合。

上述咬合为非直接接触咬合，在上连接件与下连接件之间除了设置金属粘合剂层外，还为了在现场安装时提供足够的安装误差补偿，在上连接件和下连接件的相对安装位置沿纵向和侧向均设置有间隙，间隙的大小可设置为5.0mm。

上述的金属粘合剂层为在所述上连接件叠合到下连接件前，在所述盆槽中灌注与所述盆缘顶部齐平的金属粘合剂，上连接件向下移动并挤出盘中多余的金属粘合剂形成金属粘合剂层；或者，在所述上连接和下连接件咬合后，以注射方式将所述金属粘合剂填充到所述间隙内形成金属粘合剂层。

为了防止所述叠梁沿侧向分离，所述的连接器的两端或中间设置可以设置有垂直贯穿所述叠梁截面的拉杆。

在安装本发明时，在工厂焊接上下连接件时配对焊接：先将两梁按实际安装时的相对位置固定，然后成对的插入上连接件和下连接件并同时焊接，从而保证了施工精度。现场安装建筑模块时，先固定下层模块，然后在天花板梁的连接件上灌注金属粘合剂或混合粘合剂。灌注完毕后的15分钟内叠合上模块，实现了上下连接件现场粘合；若现场施工条件不允许预先露天灌注粘合剂，则在上下模块安装完毕后，以室内注射形式在连接器间填充粘合剂。最后在连接器两端处沿垂直方向以螺栓拉杆、扣件或焊接方式连接梁，确保连接件不产生上下分离。

本发明具有如下优势：

1.叠合梁大大提高了原结构的刚度。计算表明，两根简支的叠梁上安装五个连接器，其组合效应可以达到理想的充分连接的叠梁刚度的85％以上。以受跨中集中荷载的简支梁为例，该连接方案的效能为：

α = \frac{1}{\frac{ΔI}{n^{2} I_{O}} + 1}

其中α为效能指标，即以该连接方式连接的叠梁的刚度与理想完全连接的叠梁刚度的比值；ΔI为理想完全连接的叠梁刚度的增量；n为以该连接器连接的叠梁被平分的段数。。若充分连接，则α为1.0；若完全不连接，α为即为不考虑组合效应的叠梁刚度总和。

2.连接器抗剪能力优良。以带斜面的宽钝齿作为上下连接件的咬合面，既有利于在现场安装时提供足够的安装误差补偿，也提供了连接件之间的粘合剂的填充空间；同时优化粘合面布局，提高了连接器抗剪强度。计算表明，其连接强度为理想连接强度的50％以上，满足了集成式模块叠梁的实际工作需求。根据计算，连接器剪力最大为：

F_{S} = \frac{FL A_{T} d_{T}}{2 (n + 1) (A_{T} {d_{T}}^{2} + A_{B} {d_{B}}^{2} + I_{T} + I_{B})} = \frac{FL A_{B} d_{B}}{2 (n + 1) (A_{T} {d_{T}}^{2} + A_{B} {d_{B}}^{2} + I_{T} + I_{B})}

其中：F_S为连接件设计剪力，F为跨中集中荷载，L为梁长，A_T，A_B分别为顶梁和底梁的截面积，I_T，I_B分别为顶梁和底梁的惯性距，d_T，d_B分别为顶梁和底梁到组合梁中性轴的距离。

3.连接器构造简单、成本低廉、安装效率较高。不改变钝齿尺寸而增加钝齿的数目，可以有效的提高抗剪性能。而且价格低廉，因为铸钢连接件而增加的耗钢量可以忽略。以金属粘合剂现场粘合构件，施工简单、速度快，选取适当的金属粘合剂，在粘结后24小时内可达设计强度的75％以上。

另外，本发明提供的连接器，增加了叠梁的刚度，可有效减少长边方向梁的耗钢量，减少长边梁的截面高度，从而减少了建筑总成本，提高了室内实用高度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种叠梁粘合式抗剪连接器，其特征在于，所述连接器(3)设置在相互接近、拥有彼此平行翼缘的两根叠梁之间，所述连接器(3)包括上连接件(31)和下连接件(32)、金属粘合剂层(33)，所述上连接件(31)固定连接在叠梁上梁(1)的底部，所述下连接件(32)固定连接在叠梁下梁(2)的顶部，所述金属粘合剂层(33)灌注在所述上连接件(31)和下连接件(32)之间，所述上连接件(31)和下连接件(32)形状相配合，且通过所述金属粘合剂层(33)相互结合。

2.根据权利要求1所述的叠梁粘合式抗剪连接器，其特征在于，所述叠梁应用于集成式模块化建筑中，所述叠梁上梁(1)和叠梁下梁(2)分别为上下相邻两个建筑模块上建筑模块的地板梁和下建筑模块的天花板梁。

3.根据权利要求1或2所述的叠梁粘合式抗剪连接器，其特征在于，所述上连接件(31)和下连接件(32)均为钢铸件，其金属接合面为钝齿咬合。

4.根据权利要求3所述的叠梁粘合式抗剪连接器，其特征在于，咬合的金属齿的齿侧面有50度至90度的倾角，根据钢铸件齿面与金属粘合剂的摩擦系数确定倾角角度，倾角大于90度减摩擦角；同时，齿顶面为平面，所述齿顶面长度大于等于齿高的0.5倍，所述齿高大于等于20mm。

5.根据权利要求1所述的叠梁粘合式抗剪连接器，其特征在于，所述的下连接件(32)顶部沿周长方向设有盆缘(321)，所述盆缘(321)围成盆槽，所述上连接件(31)下部进入所述盆槽与所述下连接件(32)咬合。

6.根据权利要求2所述的叠梁粘合式抗剪连接器，其特征在于，所述连接器(3)沿所述建筑模块长边梁方向均匀设置，将所述长边梁分成偶数段，其间距小于等于3.0m。

7.根据权利要求1或2所述的叠梁粘合式抗剪连接器，其特征在于，所述的连接器(3)的两端或中间设置有垂直贯穿所述叠梁截面的拉杆，所述拉杆可以用以防止所述叠梁沿垂直于连接器咬合面方向分离。