CN106065671B - 一种连接复合材料板材和钢结构的快速连接件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，包括：一上夹板、一下夹板及连接所述上夹板及下夹板的中部的一中间支撑；所述上夹板下面的一侧，下夹板上面的一侧及中间支撑的一侧面构成容纳一复合材料板材的第一容纳槽；所述上夹板下面的另一侧，下夹板上面的另一侧及中间支撑的另一侧面构成容纳一钢结构单元的第二容纳槽；所述第一容纳槽一侧的上夹板和/或下夹板设置有至少一凸轮锁紧装置；所述第二容纳槽设置有一螺纹把合结构。能够快速、可靠地连接复合材料板材和钢结构，并且具有可调整性，不会破坏复合材料板材的完整性，使其获得最佳的使用性能。

Description

一种连接复合材料板材和钢结构的快速连接件

技术领域

本发明涉及机械设计技术领域，同时涉及复合材料板材的应用技术领域，具体涉及一种连接复合材料板材和钢结构的快速连接件。

背景技术

随着我国工业发展和对环保要求越来越严格，尤其要求煤场封闭作业。这样一来，对大跨度或超大跨度仓储棚的需求量越来越大，同时对仓储棚的穹顶材质提出了越来越高的要求。

传统煤场的大跨度仓储棚往往采用整体钢结构，如果要求完全封闭或半封闭，钢材消耗量极大，建设成本很高。随着复合材料的发展创新，目前已有多种适合构件大跨度仓储棚的复合材料，复合材料以玻璃纤维、碳纤维等与树脂材料复合在一起，通过缠绕、模压、拉挤等方式成型。具有高强、质轻、抗高温及耐腐蚀等优点。其中，复合材料板材的使用，让中间无支撑柱仓储棚的跨度可以建造得越来越大。考虑到复合材料板材的运输，其尺寸有一定的限制。在一些工况中，需要将仓储棚部分的钢结构与因此对快速、高质量地将板材可靠地按要求连接在一起提出了更高的要求。

目前，将复合材料板材可靠地连接起来，现有的技术是使用夹板和螺栓，即在需要连接的复合材料板材的边上钻孔，与其连接的钢结构上也相应的钻孔，复合材料板材两面放上夹板，螺栓从孔中穿过后备紧。钻孔破坏了复合材料板材的完整性，在使用过程中，容易从钻孔处撕裂，缩短板材的使用寿命，同时，为复合材料板材连接的调整带来了困难。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，能够快速、可靠地连接复合材料板材和钢结构，并且具有可调整性，不会破坏复合材料板材的完整性，使其获得最佳的使用性能。

为达上述目的，本发明采取的具体技术方案是：

一种连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，包括：

一上夹板、一下夹板及连接所述上夹板及下夹板的中部的一中间支撑；

所述上夹板下面的一侧，下夹板上面的一侧及中间支撑的一侧面构成容纳一复合材料板材的第一容纳槽；

所述上夹板下面的另一侧，下夹板上面的另一侧及中间支撑的另一侧面构成容纳一钢结构单元的第二容纳槽；

所述第一容纳槽一侧的上夹板和/或下夹板设置有至少一凸轮锁紧装置；

所述第二容纳槽设置有一螺纹把合结构。

进一步地，所述上夹板、下夹板及中间支撑的材质为高强度复合材料，如玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料。也可以选用金属材料，如不锈钢、碳钢等。

进一步地，所述第一容纳槽一侧的上夹板及下夹板的宽度为复合材料板材厚度的0.35至0.6倍。

进一步地，所述第一容纳槽一侧的上夹板的下面及所述下夹板的上面的边缘均具有倾斜面，该倾斜面的倾斜角度范围为10至15°，该倾斜面的宽度为30至60mm。

进一步地，所述凸轮锁紧装置包括：一凸轮，形成于凸轮一侧的一手柄；安装于凸轮两侧的与所述凸轮的基圆中心同轴的凸轮轴，与所述凸轮轴枢接的固定座，所述固定座固接于所述上夹板或下夹板。

进一步地，所述凸轮为柱形，轴向长度为100至150mm。

进一步地，所述凸轮锁紧装置位于锁紧工位时，所述凸轮的一锁紧面压紧复合材料板材的上面或下面。

进一步地，所述锁紧面设有防滑纹路。

进一步地，所述手柄上开设有一工艺孔。

通过采取上述技术方案，复合材料板材插入连接件的第一容纳槽后通过凸轮锁紧装置实现快速锁紧，钢结构单元由螺纹把合结构固定连接，并且在凸轮表面增设防滑纹路，避免锁紧失效，可以可靠的连接复合材料板材和钢结构，做到了安全、快速、可靠、方便，可重复使用。

附图说明

图1为本发明一实施例中的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件的截面结构示意图。

图2为本发明一实施例中的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件的俯视结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

如图1及图2所示，本发明一实施例中提供的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件的核心是使用凸轮2。复合材料板材用快速连接件的基体4类似于工字钢，包括：一上夹板、一下夹板及连接所述上夹板及下夹板的中部的一中间支撑；上夹板的厚度15至32mm；下夹板的厚度为18至35mm，中间支撑的厚度为15至30mm。呈长条状，考虑连接件的自重越轻越好，一般由高强度复合材料制成，具有高强度、高耐腐蚀性、阻燃、重量轻和使用寿命长等优点，还可以根据实际需要，随意截取长短。但并不限于高强度复合材料，也可以选用高强金属材质，如不锈钢、碳钢等，可根据工程实际和建造成本综合考量选取。。

上夹板下面的一侧，下夹板上面的一侧及中间支撑的一侧面构成容纳一复合材料板材的第一容纳槽；上夹板下面的另一侧，下夹板上面的另一侧及中间支撑的另一侧面构成容纳钢结构单元(如钢结构墙体、钢结构平台等)的第二容纳槽；为便于连接复合材料板材1的插入两侧的容纳槽，基体4两边内侧面的边缘各具有倾斜面，以方便复合材料板材及钢结构单元插入。该倾斜面的倾斜角度范围为10至15°，该倾斜面的宽度为30至60mm。根据复合材料板材的厚度选定倾斜角度和宽度，板材越厚，倾斜角度和宽度越大。

凸轮2及其两侧的转轴3由压板6固定，转轴3的一半嵌设在的基体4上形成的半圆长槽，可在制作基体时一次性做出来，也可以选择先成型后加工。压板6上也形成对应的半圆长槽，压板6扣在转轴3上，转轴3即可在两个半圆长槽构成的圆孔中转动。

凸轮2的材质优选高强度复合材料，如玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料等。为一柱形凸轮。为增加凸轮2工作时的有效性，在凸轮的工作弧面上，沿轴向长度方向设置了一些凸出或凹进的槽线作为防滑纹路。纹路的高度或深度为3至10mm。其转轴3，可以与凸轮2做成一体，也可以使用优质合金钢单独制作再与凸轮两侧固接，应有一定的强度和硬度要求。凸轮2延出的手柄有一定的长度和宽度，在其上面，在不影响强度的前提下，可设置一圆或椭圆的工艺孔，为施工方便，可以使用加力杆或撬棍等辅助件穿过该工艺孔对凸轮2加力固定复合材料板材1。该工艺孔为通孔，通孔轴线和凸轮的手柄延伸方向形成30至45°夹角。

对应于一个凸轮2设置有两个压板6，压板6上形成有连接孔，用于通过螺钉5使压板固定于基体4。

凸轮、压板等构成凸轮锁紧装置，成对、以中间支撑为轴对称布置，如布置多对，相连两对凸轮锁紧装置的间距为650至1250mm。

在一些实施例中，基体的整体长度与连接的复合材料板材插入基体一端的边的宽度相等，即，由一整段的基体连接两块复合材料板材。当然，在另外的实施例中，复合材料板材的一个边也可以由多段基体连接，相邻的基体的端部之间可留有不小于10mm的缝隙，以释放可能产生的弹性形变或热膨胀。但整段及分段布置的基体，其上设置的凸轮锁紧装置的布置均应复合前述的间距。

通过采用上述实施例描述的快速连接件，能够快速连接各种规格的复合材料板材，并且连接简便，稳定，利于调节，最重要的是，不会破坏复合材料板材的完整性，无需在符合材料板材上开设连接孔，防止其由连接孔处被破坏。

测试实施例1：

某一大跨度仓储棚结构中，其复合材料板材的规格为厚度280mm，长度12000mm，宽度2500mm，其平面尺寸为一般公路运输的限长及限宽的上限，以复合材料板材的窄边作为连接边，此实施例中可以代表实际应用中复合材料板材受自重载荷最大的工况，具有代表性。

采用的快速连接件的各部分尺寸、参数为：上夹板、下夹板及中间支撑的材质为高强度复合材料，如玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料，厚度均为20mm。

上夹板及下夹板均为对称结构，其单侧宽度为168mm。

复合材料板材中2500mm的宽边作为连接边，由一整段基体的一侧连接，仅在上夹板布置凸轮锁紧装置，通过3对凸轮锁紧装置固定，中间的一对凸轮锁紧装置位于复合材料板材的中心线上，其与另外两对的布置间距均为650mm，柱形凸轮轴向长度为150mm。凸轮表面布置凸起的防滑纹路，防滑纹路的高度的8mm。基体的另一侧通过螺栓把合连接一与复合材料板材厚度对应的钢结构平台。

对上述连接结构进行连接性能测试：

首先将基体和钢结构平台固定，对复合材料板材的非连接边施加水平拉力，由于复合材料板材一般用以构件仓储结构，其受拉工况非常少见，即使有，拉力载荷也很小，因此，施加4kN的拉力。受拉后，复合材料板材本身出现形变，而板材面与凸轮面之间无任何滑动，连接结构稳定可靠，无破坏。

接下来测试扭力载荷承受能力，将基体和钢结构平台固定，在复合材料板材的非连接边的边缘施加向下的载荷，考虑复合材料板材都是组合应用的，在实际工程应用中，承载的载荷主要是其自重和风载，而自重可逐级传递，最后由基础支撑，因此，将边缘向下的载荷设定为12kN，受载后，复合材料板材本身出现挠度变形，载荷传递至连接边后，连接边具有向上运动趋势，反而使板材面与凸轮面之间挤压力变大，更不易滑动，连接更加稳定，只要考虑基体本身不破坏，凸轮锁定结构的连接就是稳定的。

测试实施例2：

与测试实施例2的区别在于在下夹板也布置位置与上夹板对应的凸轮锁紧装置，使连接结构更加稳定，将拉力增至5kN后，仍可保证稳定连接。将向下载荷增值15kN后，连接结构仍可保证稳定。

测试实施例3：

一较小跨度仓储棚结构中，其复合材料板材的规格为厚度180mm，长度8000mm，宽度2000mm，以复合材料板材的窄边作为连接边。

采用的快速连接件的各部分尺寸、参数为：上夹板、下夹板及中间支撑的材质为高强度复合材料，如玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料，厚度均为18mm。

上夹板及下夹板均为对称结构，其单侧宽度为90mm。

2000mm的宽边作为连接边，由一整段基体的一侧连接，仅在上夹板布置凸轮锁紧装置，通过2对凸轮锁紧装置固定，中间的一对凸轮锁紧装置位于复合材料板材的中心线上，其与另外两对的布置间距均为850mm，柱形凸轮轴向长度为150mm。凸轮表面布置凸起的防滑纹路，防滑纹路的高度的6mm。基体的另一侧通过螺栓把合结构连接一钢结构墙体。

对上述连接结构进行连接性能测试：

首先将基体和钢结构墙体固定，对复合材料板材的非连接边施加竖直向上拉力，由于复合材料板材一般用以构件仓储结构，其受拉工况非常少见，即使有，拉力载荷也很小，因此，施加3kN的拉力。受拉后，复合材料板材本身出现形变，而板材面与凸轮面之间无任何滑动，连接结构稳定可靠，无破坏。

接下来测试扭力载荷承受能力，将基体固定，在复合材料板材施加侧面方向的载荷，考虑复合材料板材都是组合应用的，在实际工程应用中，承载的载荷主要是其自重和风载，而自重可逐级传递，最后由基础支撑，因此，将侧向的载荷设定为0.5kN/㎡(北京地区基本风压)，受载后，复合材料板材本身出现挠度变形，载荷传递至连接边后，连接边具有向一侧运动趋势，反而使板材面与凸轮面之间挤压力变大，更不易滑动，连接更加稳定，只要考虑基体本身不破坏，凸轮锁定结构的连接就是稳定的。

测试实施例4：

与测试实施例3的区别在于在下夹板也布置位置与上夹板对应的凸轮锁紧装置，使连接结构更加稳定，将拉力增至5kN后，仍可保证稳定连接。将侧面载荷增至0.8kN/㎡后，连接结构仍可保证稳定。

上述测试实施例已经验证了实际应用中，快速连接件可能受载最大的情况，通过快速连接件均可保证稳定连接，其连接强度要明显优于采用穿孔后通过把合件连接的结构。其他工况，板材的厚度、幅面越小，其自重载荷也在不断减小，其通过快速连接件应更能够保证稳定连接，因此不再赘述其他实施例。本领域技术人员在获悉前述测试实施例的基础上，当可无疑义确定在其他的工程实际中，本发明的快速连接件均为将各种规格的符合材料板材可靠连接。快速连接件连接钢结构一端的螺纹把合结构中螺纹连接件的选取、把合孔的布置等均为按照相关技术标准进行设定即可，由于皆为领域公知技术，在此不再赘述。

以上所述，为本发明的较佳实施案例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，其特征在于，包括：

一上夹板、一下夹板及连接所述上夹板及下夹板的中部的一中间支撑；

所述上夹板下面的一侧，下夹板上面的一侧及中间支撑的一侧面构成容纳一复合材料板材的第一容纳槽；

所述上夹板下面的另一侧，下夹板上面的另一侧及中间支撑的另一侧面构成容纳一钢结构单元的第二容纳槽；

所述第一容纳槽一侧的上夹板和/或下夹板设置有至少一凸轮锁紧装置；

所述第二容纳槽设置有一螺纹把合结构。

2.如权利要求1所述的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，其特征在于，所述上夹板、下夹板及中间支撑的材质为高强度复合材料。

3.如权利要求1所述的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，其特征在于，所述第一容纳槽一侧的上夹板及下夹板的宽度为复合材料板材厚度的0.35至0.6倍。

4.如权利要求1所述的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，其特征在于，所述第一容纳槽一侧的上夹板的下面及所述下夹板的上面的边缘均具有倾斜面，该倾斜面的倾斜角度范围为10至15°，该倾斜面的宽度为30至60mm。

5.如权利要求1所述的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，其特征在于，所述凸轮锁紧装置包括：一凸轮，形成于凸轮一侧的一手柄；安装于凸轮两侧的与所述凸轮的基圆中心同轴的凸轮轴，与所述凸轮轴枢接的固定座，所述固定座固接于所述上夹板或下夹板。

6.如权利要求5所述的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，其特征在于，所述凸轮为柱形，轴向长度为100至150mm。

7.如权利要求5所述的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，其特征在于，所述凸轮锁紧装置位于锁紧工位时，所述凸轮的一锁紧面压紧复合材料板材的上面或下面。

8.如权利要求7所述的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，其特征在于，所述锁紧面设有防滑纹路。

9.如权利要求5所述的连接复合材料板材和钢结构的快速连接件，其特征在于，所述手柄上开设有一工艺孔。