CN105547805A - 拉索主动控制破断装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种拉索主动控制破断装置及其制作方法，属于预应力空间钢结构研究领域。它由索体、索头、磁铁套筒、内置磁铁组成。按照设计加工各构件，随后将索体与索头连接，将磁铁置于磁铁套筒内部，最后将盖板与套筒筒体封闭连接。使用时将接有该装置的两段拉索通过盖板直接对接，通过控制电磁铁通断电，在电磁铁磁力为零时，两端的拉索立即断开；通过逐步减小电磁铁的磁力值，控制两端拉索缓慢断开。本发明通过磁铁磁力的大小等效模拟拉索的极限承载力，实现拉索的主动控制破断，进而模拟其失效过程，且制作简便，对预应力空间钢结构拉索破断动力响应和拉索破断施加冲击荷载的试验研究具有较强的现实意义。

Description

拉索主动控制破断装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种拉索构件连接装置，具体地，涉及一种拉索主动控制破断装置及其制作方法。

背景技术

随着我国城市化进程不断加快，人们对于大跨度空间结构的需求日益增长，以北京奥运会、上海世博会、济南全运会、广州亚运会、深圳大运会和沈阳全运会等重要盛会为契机，为满足赛会需要以及赛会后的公共服务，我国相继建成了一大批体育场馆和展览中心等大跨度公共建筑，其中预应力空间钢结构展现了很强的生命力。预应力空间钢结构核心拉索的性能指标不仅仅影响结构拓扑关系，更影响结构整体的安全性。由于拉索由中心钢丝和外层钢丝扭捻构成，构件性能受钢丝之间的协同工作性能影响显著，拉索构件失效过程与普通钢结构构件失效过程不同。因此，在预应力空间钢结构拉索破断动力响应或者拉索破断施加冲击荷载的试验研究中，缺少可以准备模拟拉索失效过程的装备。

发明内容

为解决上述预应力空间钢结构拉索破断动力响应或者拉索破断施加冲击荷载的试验研究存在的突出问题，本发明提供一种拉索主动控制破断装置及其制作方法。

本发明的技术方案如下：

一种拉索主动控制破断装置，其特征在于，索主动控制破断装置分为两段，每段由索体、索头、磁铁套筒、内置磁铁、螺栓组成；索体分为两段，每段端部各依次固定连接索头和磁铁套筒，一组磁铁套筒内是电磁铁，另一组是永磁铁或电磁铁，每个磁铁套筒没有与索头固定连接的一端分别由套筒盖板将磁铁封装在磁铁套筒内，两段装置通过两盖板对接连接。

优选地，索体为钢绞线、钢丝束、钢丝绳、实心钢拉杆或空心钢管；

优选地，索头为预留磁位索头；索头与索体连接具体连接方式可以是浇铸连接，也可以是精加工螺纹连接。索头外端带有耳板，以与磁铁套筒螺栓连接，索头亦可不带有耳板，与套筒焊接连接。索头多采用圆柱体外形，亦可加工为长方体或其他形状。

磁铁套筒，由套筒筒体、端部耳板、盖板以及销钉组成。磁铁套筒与索头连接，可通过耳板螺栓连接，套筒亦可不带有耳板，采用焊接连接。盖板与筒体的连接方式除了销钉连接，还可采用螺栓连接，亦可采用焊接连接。磁铁套筒外形常采用圆柱体，亦可将其外形加工成长方体或其他形状。

电磁铁接有电源及控制器，电源形式可为直流或交流，在满足具体试验需求的前提下，控制器可采用多种形式。磁铁的形状多采用圆柱体，亦可采用长方体或其他形状。

按照设计加工各部分零件，即索体、索头、磁铁套筒、内置磁铁、螺栓。首先将索体与索头完成连接，然后连接索头与磁铁套筒，随后将磁铁放置于磁铁套筒中，最后将盖板与磁铁套筒筒体闭合连接。在使用过程中，将连有该装置的两段装置通过盖板直接对接连接，通过控制电磁铁通断电，在电磁铁磁力为零时，两端的拉索立即断开；通过控制电磁铁磁力逐步减小，使两段拉索的最大连接承载力逐步减小，两端拉索缓慢断开；从而形成了一种主动控制破断装置。用于拉索破断动力响应和拉索破断施加冲击荷载的试验研究。

本发明的有益效果是通过控制磁铁磁力的大小等效模拟拉索的极限承载力，实现拉索破断过程。特别适合于预应力空间钢结构拉索破断动力响应和拉索破断施加冲击荷载的试验研究中。

附图说明

图1为本发明在连接状态的三维示意图；

图2为本发明在断开状态的三维示意图；

图3为本发明在连接状态的三维纵剖面示意图；

图4为本发明中磁铁套筒与索头的连接三维示意图；

图5为本发明中磁铁套筒连接锁头后使用状态的三维示意图；

图6为本发明中拉索与索头浇铸连接的三维示意图；

图7为本发明中磁铁套筒部件的三维示意图；

图8为本发明中磁铁套筒部件的横截面示意图；

图9为本发明中永磁铁的三维示意图；

图10为本发明中电磁铁的三维示意图；

图中，1、拉索或索体；2、索头；3、索头耳板；4、磁铁套筒耳板；5、螺栓；6、磁铁套筒；7、销钉；8、盖板；9、螺栓孔；10、永磁铁；11、电磁铁；12、直流电源；13、单片机控制器

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1的两个断头之间，每个断头处各有一组浇铸索头和磁铁套筒，磁铁套筒内一组是电磁铁，另一组可以是永磁铁或电磁铁。

所述拉索可以为钢绞线、钢丝束、钢丝绳、实心钢拉杆或空心钢管。所述索头包括其端部的耳板3，所述索头耳板3的图示相应位置上有螺栓孔9。所述索头可在试验现场加工，与拉索断口浇铸连接。

所述磁铁套筒包括其端部的耳板4和另一端的盖板8以及销钉7(如图7所示)，所述耳板4的图示相应位置上有螺栓孔9，索头与磁铁套筒通过耳板3和耳板4使用螺栓5连接，耳板3与耳板4上的螺栓孔大小和位置应一致。所述盖板8的尺寸应与筒体尺寸一致，由销钉7固定盖板8，使套筒处于闭合状态，保证内部永磁铁10或电磁铁11的正常使用。

所述电磁铁包括其后部电线连接的直流电源12与单片机控制器13(如图10所示)，所述直流电源12的电量大小应保证试验中电磁铁的磁力要求，所述单片机控制器13中所编程序为磁力按一定幅度均匀减小，具体由试验需求决定，单片机控制器13可通过遥控无线控制。

制作时，索头及磁铁套筒采用常用建筑钢材如Q235、Q345等，根据拉索1尺寸合理确定索头2的大小，二者浇铸连接。索头耳板3与磁铁套筒耳板4对正贴合，通过螺栓5连接。根据索力F的大小选用抗拉螺栓5，螺栓尺寸及强度应满足πr_l ²f_t≥F/n，其中r_l为螺栓杆半径，f_t为螺栓抗拉强度，n为螺栓个数。进而确定螺栓孔9的大小，从而合理确定耳板3、4的宽度(如图8所示)。耳板厚度t应满足2π(R+r)tf_v≥F以避免耳板与主体发生剪切破坏，同时应满足2πr₀·2tf_v≥F/n以避免耳板在螺栓处发生剪切破坏，公式中R为套筒筒体外围半径，r为索头主体外围半径，r₀为螺母外半径，f_v为耳板所用钢材的抗剪强度，n为螺栓个数。磁铁套筒6的尺寸R应结合索头2的尺寸r确定，二者尺寸宜相等或相近，避免二者尺寸相差较大而导致连接困难，影响试验使用。根据索力F大小选用相应强度范围内的永磁铁10和电磁铁11。磁铁的尺寸应小于套筒6的尺寸，保证其可以放入筒内。同时，磁铁10、11的尺寸应与套筒6的尺寸适当接近，尽量填满封闭空间，避免磁铁在桶内的过度移动。因电磁铁尾部带有直流电源12与单片机控制器13，电磁铁套筒可根据实际情况适当加长。套筒盖板8的尺寸应与筒体尺寸一致，厚度适当，并保证闭合盖板后盖板端面的垂直平整。

在使用前的安装阶段，首先将加工好的带有耳板3与螺栓孔9的索头2与拉索1浇铸连接(如图6所示)，然后将磁铁套筒的耳板4与索头耳板3由螺栓孔9对正贴合，在孔内拧入螺栓5，连接紧密。打开磁铁套筒盖板8，放入永磁铁10或永磁铁11(如图4所示)，闭合盖板8，由销钉紧密连接(如图5所示)。拉索断口的两个端口均按此操作安装。

使用时，将两组装置通过盖板8直接对接连接(如图1所示)，电磁铁11通电，两端通过两组内置磁铁的磁力相吸连为一体(如图3所示)；通过应用单片机控制器13，可使电磁铁立即断电，电磁铁的磁力为零，两端拉索立即断开；也可通过利用控制器13，可按一定幅度缓慢改变电磁铁的磁力大小，控制该对接装置的最大连接承载力，当电磁铁磁力减小到一定程度时，两端拉索缓慢断开(如图2所示)；从而形成了一种主动控制破断装置，进而应用于预应力空间钢结构拉索破断动力响应和拉索破断施加冲击荷载的试验研究。

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。比如拉索与索头的连接除了采用浇铸连接，在索力较低的情况下还可以对拉索与索头进行螺纹精加工，采用螺纹连接；索头与套筒的连接本例选用螺栓连接并使用两个螺栓，也可使用多个螺栓，另外亦可采用焊接连接。盖板与筒体的连接方式除了销钉连接，还可以在筒体端部外伸耳板，将盖板与耳板打孔通过螺栓连接，亦可采用焊接连接；内置磁铁一组采用电磁铁，另一组可采用电磁铁或永磁铁；磁铁的形状多采用圆柱体，亦可采用长方体；磁铁套筒及索头外形常采用圆柱体，亦可将其外形加工成长方体；电磁铁接有单片机控制器，亦可换成接有电控按钮等其他控制系统；耳板形状可采用圆环状亦可加工为其他形状。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 (9)

1.一种拉索主动控制破断装置，其特征在于，索主动控制破断装置分为两段，每段由索体、索头、磁铁套筒、内置磁铁、螺栓组成；索体分为两段，每段端部各依次固定连接索头和磁铁套筒，一组磁铁套筒内是电磁铁，另一组是永磁铁或电磁铁，每个磁铁套筒没有与索头固定连接的一端分别由套筒盖板将磁铁封装在磁铁套筒内，两段装置通过两盖板对接连接。

2.按照权利要求1的一种拉索主动控制破断装置，其特征在于，索体为钢绞线、钢丝束、钢丝绳、实心钢拉杆或空心钢管。

3.按照权利要求1的一种拉索主动控制破断装置，其特征在于，索头为预留磁位索头。

4.按照权利要求1的一种拉索主动控制破断装置，其特征在于，索头与索体连接具体连接方式是浇铸连接或螺纹连接。

5.按照权利要求1的一种拉索主动控制破断装置，其特征在于，索头与套筒焊接连接；或索头外端带有耳板，与磁铁套筒螺栓连接。

6.按照权利要求1的一种拉索主动控制破断装置，其特征在于，磁铁套筒与索头焊接连接；或磁铁套筒带有耳板，与索头连接，通过耳板螺栓连接；盖板与磁铁套筒的连接方式为销钉连接、螺栓连接或焊接连接。

7.按照权利要求1的一种拉索主动控制破断装置，其特征在于，索头采用圆柱体外形、长方体或其他形状；磁铁套筒外形采用圆柱体、长方体或其他形状。

8.按照权利要求1的一种拉索主动控制破断装置，其特征在于，电磁铁接有电源及控制器，电源形式为直流或交流；磁铁的形状采用圆柱体、长方体或其他形状。

9.权利要求1-8任一项所述的拉索主动控制破断装置的制备方法，其特征在于，按照设计加工各部分零件，即索体、索头、磁铁套筒、内置磁铁、螺栓。首先将索体与索头完成连接，然后连接索头与磁铁套筒，随后将磁铁放置于磁铁套筒中，最后将盖板与磁铁套筒筒体闭合连接。

在使用过程中，将连有该装置的两段装置通过盖板直接对接连接，通过控制电磁铁通断电，在电磁铁磁力为零时，两端的拉索立即断开；通过控制电磁铁磁力逐步减小，使两段拉索的最大连接承载力逐步减小，两端拉索缓慢断开；从而形成了一种主动控制破断装置。