CN104234327A - 一种建筑结构拉索瞬间断开装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑结构拉索瞬间断开装置，该装置设置在拉索的两个断头之间，包括与一个断头连接的卡头和与另一个断头连接的卡座；卡头包括与相应断头连接的单孔夹片锚具Ⅰ和卡柱，卡柱的上下两端分别通过一个连接钢板与单孔夹片锚具Ⅰ连接；卡座包括与相应断头连接的单孔夹片锚具Ⅱ、连接座和一对钳夹板，钳夹板的中部与连接座铰接，前部形成有与卡柱适配的卡口，后部由凸轮传动，凸轮位于一对钳夹板之间，钳夹板通过螺钉与凸轮接触，凸轮与连接座铰接，凸轮上连接有施力部件。本发明能够反映拉索突然断开的动力冲击作用，不会对试验模型输入额外的外力，不会对结构产生额外影响。特别适用于张弦结构模型的断索结构试验。安全性高、控制便捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑结构拉索的断索试验装置，特别是一种建筑结构拉索瞬间断开装置。
背景技术
张弦结构是一种形式新颖的预应力钢结构体系，通过在传统钢结构中引入预应力来提高结构的刚度和承载力、减少上部结构的挠度、节省建筑材料、增加结构安全储备。在张弦结构中，拉索是结构的核心构件，拉索能否正常工作严重影响着结构的安全，然而在结构施工或使用过程中，由于施工意外、节点破坏、锈蚀或其他意外因素等，结构的拉索会出现突然断开的情况。拉索瞬间断开将会对两端的连接节点和杆件产生很大的冲击力，冲击力作用在结构上会对结构产生较大的影响，同时，拉索断开将会导致结构产生内力重分配。
目前针对断索的研究主要集中在数值模拟上，且大部分数值模拟均未考虑拉索瞬间断开对结构产生的冲击力作用，即使考虑了冲击力作用，有限元数值模拟的结果和实际情况是否相符也有待研究，因此有必要开展建筑结构拉索瞬间断开的试验，以研究断索对结构的影响。然而，在断索试验中采用何种措施使拉索瞬间断开成为了试验的关键。目前暂未有断索装置的相关文献。已有的使结构构件突然失效的方法主要有静力卸载法、炸药爆破法、外部撞击力法等。然而各种方法都有其各自的优缺点和适用范围，其中静力卸载法不能反映构件突然失效的动力本质；炸药爆破法又会对试验模型产生难以估计的能量输入，且会对附近杆件产生额外的爆炸冲击影响，给后期数据分析及数值比对带来困难；外部撞击力法同样具有控制性差的特点。因此，目前对张弦结构拉索的断索试验研究迫切需要一种既安全实用又能有效模拟拉索瞬间断开的试验装置。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种建筑结构拉索瞬间断开装置，该装置能够真实模拟拉索的瞬间断开，并且可控性能好，安全、高效、实用。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种建筑结构拉索瞬间断开装置，该装置设置在拉索的两个断头之间，包括与一个断头连接的卡头和与另一个断头连接的卡座；所述卡头包括与相应断头连接的单孔夹片锚具Ⅰ和卡柱，所述卡柱的上下两端分别通过一个连接钢板与所述单孔夹片锚具Ⅰ连接；所述卡座包括与相应断头连接的单孔夹片锚具Ⅱ、连接座和一对钳夹板，所述钳夹板的中部与所述连接座铰接，前部形成有与所述卡柱适配的卡口，后部由凸轮传动，所述凸轮位于一对所述钳夹板之间，所述钳夹板通过螺钉与所述凸轮接触，所述凸轮与所述连接座铰接，所述凸轮上连接有施力部件；所述单孔夹片锚具Ⅱ与所述连接座固接。
所述施力部件上连接有搬把。
所述施力部件通过两个第二销钉与所述凸轮连接。
本发明具有的优点和积极效果是：能够反映拉索突然断开的动力冲击作用，且不会对试验模型输入额外的外力，不会对结构产生额外的影响。特别适用于张弦结构模型的断索结构试验。本发明具有简单高效、制作成本低、安全性高、控制便捷等优点。
附图说明
图1为本发明在锁定状态的三维示意图；
图2为本发明在断开状态的三维示意图；
图3为本发明在锁定状态的剖面示意图；
图4为本发明在断开状态的剖面示意图；
图5为本发明中凸轮的三维示意图；
图6为本发明中凸轮的平面示意图；
图7为本发明中施力部件和搬把的三维示意图；
图8为本发明中卡头的三维示意图；
图9为图8的主视图；
图10为本发明中连接座与锚环的连接示意图。
图中：1、单孔夹片锚具Ⅰ，2、连接钢板，3、卡柱，4、钳夹板，5、施力部件，6、搬把，7、凸轮，8、第一销钉，9、第二销钉，10、第三销钉，11、螺钉，12、垫圈，13、连接座，14、拉索，15、销钉孔，16、圆弧线，17、椭圆线，18、焊缝，19、圆弧通槽，20、单孔夹片锚具Ⅱ。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图10，一种建筑结构拉索瞬间断开装置，该装置设置在拉索14的两个断头之间，包括与一个断头连接的卡头和与另一个断头连接的卡座。
所述卡头包括与相应断头连接的单孔夹片锚具Ⅰ1和卡柱3，所述卡柱3的上下两端分别通过一个连接钢板2与所述单孔夹片锚具Ⅰ1连接。
所述卡座包括与相应断头连接的单孔夹片锚具Ⅱ20、连接座13和一对钳夹板4，所述钳夹板4的中部与所述连接座13铰接，前部形成有与所述卡柱3适配的卡口，后部由凸轮7传动，所述凸轮7位于一对所述钳夹板4之间，所述钳夹板4通过螺钉11与所述凸轮7接触，所述凸轮7与所述连接座13铰接，所述凸轮7上连接有施力部件5；所述单孔夹片锚具Ⅱ20与所述连接座13固接。施力部件5可带动凸轮7相对连接座13转动，连接座13上开有圆弧通槽19，以避免凸轮7转动时连接座13与第二销钉9发生干涉。
在本实施例中，为了便于操作，在所述施力部件5上连接有搬把6。搬把6可焊接于施力部件5上，也可在施力部件5上加工螺栓孔，搬把6一端加工螺纹，通过螺纹配合连接。在本实施例中，所述施力部件5通过两个第二销钉9与所述凸轮7连接。所述钳夹板4与所述连接座13通过第三销钉10铰接，所述凸轮7与所述连接座13通过第一销钉8铰接，第一销钉8上下两端与连接座13固接。为了实现上述连接，在连接座13和凸轮7上开设有销钉孔15。连接座13与钳夹板4之间设置有垫圈12；钳夹板4上加工螺纹孔，用于安装螺钉11，螺钉11通过在螺栓孔中旋紧来压紧凸轮7；连接座13通过焊缝18与单孔夹片锚具Ⅱ20相连。
制作上述装置时，首先根据拉索14的公称直径选取单孔夹片锚具Ⅰ1和单孔夹片锚具Ⅱ20，夹片锚具中的锚环材质一般为40Cr热处理合金钢，因此本装置中的连接座13和连接钢板2的材质最好采用与锚环相同的40Cr热处理合金钢，若采用常用建筑钢材如Q235、Q345等也可，但要采用低匹配原则进行施焊。同时，在制作时要保证单孔夹片锚具Ⅰ1和单孔夹片锚具Ⅱ20的轴线重合。
上述卡头的有关参数设计：
设定根据拉索14的公称直径选用的单孔夹片锚具Ⅰ1的锚环的外径为D，卡柱3的高度h应与锚环的外径D相同，即h＝D。
卡柱3和单孔夹片锚具Ⅰ1的锚环之间的净距应满足使夹片锚具的夹片能够方便的从此处塞入锚环中。
连接钢板2的宽度：为保证连接钢板2与单孔夹片锚具Ⅰ1的锚环方便施焊，且为拉索14的安装预留足够的空间，其宽度不应大于单孔夹片锚具Ⅰ1的锚环外径D，设定其宽度取为b。
连接钢板2的厚度：设连接钢板2的厚度为d，则式中T为拉索14的实际受力大小的预估值、b为连接钢板2的宽度、f为连接钢板2材料的抗拉强度设计值。
连接钢板2与卡柱3的搭接长度L1：L1的取值应满足式和式的要求，式中为焊缝18的强度设计值；hf1为连接钢板2与卡柱3的焊脚尺寸。
连接钢板2与单孔夹片锚具Ⅰ1的锚环的搭接长度L2：L2的取值可取与L1相同，且不应大于单孔夹片锚具Ⅰ1的锚环的长度，保证能够实施三面围焊。
单孔夹片锚具Ⅱ20的锚环与连接座13处的焊缝18的焊脚尺寸hf2：hf2的取值应满足式的要求，式中为焊缝18的强度设计值；hf2为连接座13与单孔夹片锚具Ⅱ20的锚环的焊脚尺寸。
凸轮7的轮廓线由两段圆弧线16和两段椭圆线17构成，椭圆线17的椭圆长轴半径与圆弧线16的圆半径相同。圆弧线16和椭圆线17之间采用圆弧倒角连接，倒角半径根据加工铣刀半径确定，在保证轮廓线光滑的同时也便于机械加工。另外，凸轮7的轮廓线也可采用阿基米德曲线，保证装置的自锁性。
搬把6通过焊缝与施力部件5连接，当拉索14的索力较小时，通过绳索与搬把6相连，人工拉动绳索即可使搬把6顺时针转动，使装置由锁定状态突然变为断开状态，实现了远程控制。当拉索14的索力较大时，一方面可以加大搬把6的长度，另一方面连接搬把6的绳索可采用电动葫芦等工具提供拉力，使搬把6顺时针转动，使装置由锁定状态突然变为断开状态，实现远程控制。
使用时，在拟断索点处将拉索14打断，首先将拉索14的一个断头与卡头的单孔夹片锚具Ⅰ1连接，将拉索14的另一个断头与卡座的单孔夹片锚具Ⅱ20连接；然后，将卡柱3放置在两块钳夹板4的卡口中并卡紧，此时整个装置组装完毕并已处于锁定状态，对拉索14进行张拉，施加预应力至预定水平。试验时，通过绳索与搬把6相连，在距离断索点一定安全距离处通过突然拉动绳索，搬把6在拉力的作用下顺时针转动，凸轮7跟随顺时针转动，螺钉11滑动至凸轮7的凹槽中，钳夹板4卡口端张开，拉索14在预拉力的作用下带动卡柱3瞬间从卡口中脱离，实现了拉索14瞬间断开的模拟。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种建筑结构拉索瞬间断开装置，其特征在于，该装置设置在拉索的两个断头之间，包括与一个断头连接的卡头和与另一个断头连接的卡座；
所述卡头包括与相应断头连接的单孔夹片锚具Ⅰ和卡柱，所述卡柱的上下两端分别通过一连接钢板与所述单孔夹片锚具Ⅰ连接；
所述卡座包括与相应断头连接的单孔夹片锚具Ⅱ、连接座和一对钳夹板，所述钳夹板的中部与所述连接座铰接，前部形成有与所述卡柱适配的卡口，后部由凸轮传动，所述凸轮位于一对所述钳夹板之间，所述钳夹板通过螺钉与所述凸轮接触，所述凸轮与所述连接座铰接，所述凸轮上连接有施力部件；所述单孔夹片锚具Ⅱ与所述连接座固接。
2.根据权利要求1所述的建筑结构拉索瞬间断开装置，其特征在于，所述施力部件上连接有搬把。
3.根据权利要求1所述的建筑结构拉索瞬间断开装置，其特征在于，所述施力部件通过两个第二销钉与所述凸轮连接。
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