CN110030243A - 结构连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种结构连接器，其包括至少一个插头和至少一个插口，其中至少一个插头的至少一部分是锥形，且至少一个插口的至少一部分具有互补锥形外形。已经认识到，与传统安装相比，本发明的益处是减少了安装时间，能够预安装例如滑槽和筛网等设备，以及减少甚至取消支撑构件以便能够改进维修通道。

Description

结构连接器
技术领域
用于模块化结构的结构连接器。
背景技术
传统上，一个结构的各个钢构件被制造出来且运送到一处场所，在这个场所，使用以栓接为主的连接将所述钢构件一个一个地连接在一起(“搭建式”)。结构钢系统使用 模块化构造方法制造多年，且已经证明它们的实施方案可以降低总构造成本。运输大型 预制结构可最大限度地缩短现场时间，但运输成本和物流可能会增加。
需要一种模块化结构作为传统“搭建式”结构的替代方案，这种结构减少了运输尺寸和体积，但仍能提供最短的现场安装时间。
以上对于本发明的背景的论述旨在促进对本发明的理解。然而，应了解，所述论述并非承认或认可任何所提及的素材截至优先权日属于澳大利亚或任何其它国家的公共 常识的一部分。
发明内容
根据本发明，提供一种结构连接器，其包括至少一个插头和至少一个插口，其中至少一个插头的至少一部分是锥形，且至少一个插口的至少一部分具有互补锥形外形。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分是锥体。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分是平截头体。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分弯曲。在插头的锥形部 分弯曲的情况下，所述锥形部分优选地设置成圆顶的形式。
在插头的锥形部分是锥体的情况下，锥体可设置成圆锥体、椭圆形锥体或多面锥体 的形式。
在本发明的情形下，术语多面锥体应理解为涵盖角锥。
在本发明的一种形式中，多面锥体设置成四边形角锥的形式。四边形角锥可具有不 规则基底或矩形基底或正方形基底。
优选地，插头的锥形部分是截头圆锥形，且插口的至少一部分具有互补截头圆锥形 外形。
插头用于连接到例如柱或梁等结构件。在本说明书的情形下，附接到柱的插头可被 称为柱插头。在本说明书的情形下，附接到梁的插头可被称为梁插头。应了解，柱插头和梁插头的形状和尺寸在用于模块化结构中时可能彼此不同。
优选地，插头的截面形状与插头要附接到的柱或梁的截面形状大体相同。举例来说， 在柱是圆柱体的情况下，在锥形部分远端的插头部分是具有大体相等直径的圆柱体。
在本发明的一种形式中，连接器具备用于容纳柱插头的一个插口。在本发明的替代 形式中，连接器具备两个对置插口，每个插口用于容纳柱插头。
在本发明的一种形式中，连接器具备用于容纳梁插头的一个插口。在本发明的替代 形式中，连接器具备两个大体上垂直的插口，每个插口用于容纳梁插头。
在本发明的替代形式中，连接器具备两个大体上垂直的插口，一个插口用于容纳柱 插头，且另一个插口用于容纳梁插头。
在本发明的替代形式中，连接器具备三个大体上垂直的插口，一个插口用于容纳柱 插头，且其它两个插口用于容纳梁插头。
在本发明的替代形式中，连接器具备三个大体上垂直的插口，其中两个插口是对置 插口且用于容纳柱插头，且剩余的一个插口大体上垂直于所述两个对置的插口且用于容 纳梁插头。
在本发明的替代形式中，连接器具备四个插口，其中两个插口是对置插口且用于容 纳柱插头，且剩余的两个插口彼此大体上垂直且大体上垂直于所述对置插口，并用于容纳梁插头。
在本发明的替代形式中，连接器具备五个插口，其中两个插口是对置插口且用于容 纳柱插头，且剩余的三个插口大体上垂直于所述对置插口且用于容纳梁插头。
在本发明的替代形式中，连接器具备六个插口，其中两个插口是对置插口且用于容 纳柱插头，且剩余的四个插口大体上垂直于所述对置插口且用于容纳梁插头。
在本发明的一种形式中，连接器包括至少一个梁或其部分，所述至少一个梁或其部 分大体上垂直于插头和插口的纵向轴线延伸。取决于构筑物中连接器的位置，预计连接器可具备至多四个梁。在连接器要在结构的90°拐角中使用的情况下，预期所述连接器 将具备彼此成90°的两个共面梁。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分在插头的长度的10％与90％之间。在本发 明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的10％与80％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的10％与70％之间。在本发明的替代形式中，插头 的锥形部分在插头的长度的10％与60％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分 在插头的长度的10％与50％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长 度的10％与40％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的10％与30％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的10％与20％之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分在插头的长度的20％与90％之间。在本发 明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的20％与80％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的20％与70％之间。在本发明的替代形式中，插头 的锥形部分在插头的长度的20％与60％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分 在插头的长度的20％与50％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长 度的20％与40％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的20％与 30％之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分在插头的长度的30％与90％之间。在本发 明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的30％与80％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的30％与70％之间。在本发明的替代形式中，插头 的锥形部分在插头的长度的30％与60％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分 在插头的长度的30％与50％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长 度的30％与40％之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分在插头的长度的40％与90％之间。在本发 明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的40％与80％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的40％与70％之间。在本发明的替代形式中，插头 的锥形部分在插头的长度的40％与60％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分 在插头的长度的40％与50％之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分在插头的长度的50％与90％之间。在本发 明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的50％与80％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的50％与70％之间。在本发明的替代形式中，插头 的锥形部分在插头的长度的50％与60％之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分在插头的长度的60％与90％之间。在本发 明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的60％与80％之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分在插头的长度的60％与70％之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分约为插头的长度的10％。在本发明的一种 形式中，插头的锥形部分约为插头的长度的20％。在本发明的一种形式中，插头的锥形部分约为插头的长度的30％。在本发明的一种形式中，插头的锥形部分约为插头的长度 的40％。在本发明的一种形式中，插头的锥形部分约为插头的长度的50％。在本发明的 一种形式中，插头的锥形部分约为插头的长度的60％。在本发明的一种形式中，插头的 锥形部分约为插头的长度的70％。在本发明的一种形式中，插头的锥形部分约为插头的 长度的80％。在本发明的一种形式中，插头的锥形部分约为插头的长度的90％。
插头的长度优选地在连接到插头的柱或梁的最大宽度的1倍到2倍之间。更优选地， 插头的长度在连接到插头的柱或梁的最大宽度的1倍到1.5倍之间。
插头的尺寸将受到预定用途的影响。虽然本发明是借助于构造行业中的实施例描述 的，但本发明可以具有其它用途，包含货架/排架。在构造应用中，插头的长度优选地在500mm与1500mm之间。更优选地，插头的长度在500mm与1000mm之间。
在本发明的一种形式中，插头的长度约为750mm，且锥形部分的长度约为250mm。
优选地，插口的锥形部分的深度与插头的锥形部分的长度大致相同。
优选地，插口的非锥形部分的长度与插头的非锥形部分的长度大致相同。
应了解，插头的宽度将受到构造性质和所用材料的影响。插头的宽度可与附接到所 述插头的柱或梁的宽度大体相同。在柱和插头是金属且连接器将在多层结构中使用的情 况下，预计插头和柱直径将在200mm与600mm之间。在本发明的一种形式中，直径 约为400mm。在插头和柱焊接在一起的情况下，插头的宽度和柱的宽度将大体上相同。 在插头和柱旋拧在一起的情况下，插头的宽度将大于柱的宽度，以容纳插头上的内螺纹 和柱上的外螺纹。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分的角度在10°与80°之间。在本发明的替代 形式中，插头的锥形部分的角度在10°与70°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在10°与60°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在10°与 50°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在10°与40°之间。在本发明 的替代形式中，插头的锥形部分的角度在10°与30°之间。在本发明的替代形式中，插头 的锥形部分的角度在10°与20°之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分的角度在20°与80°之间。在本发明的替代 形式中，插头的锥形部分的角度在20°与70°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在20°与60°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在20°与 50°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在20°与40°之间。在本发明 的替代形式中，插头的锥形部分的角度在20°与30°之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分的角度在30°与80°之间。在本发明的替代 形式中，插头的锥形部分的角度在30°与70°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在30°与60°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在30°与 50°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在30°与40°之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分的角度在40°与80°之间。在本发明的替代 形式中，插头的锥形部分的角度在40°与70°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在40°与60°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在40°与 50°之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分的角度在50°与80°之间。在本发明的替代 形式中，插头的锥形部分的角度在50°与70°之间。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度在50°与60°之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分的角度在60°与80°之间。在本发明的替代 形式中，插头的锥形部分的角度在60°与70°之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分的角度在70°与80°之间。
在本发明的一种形式中，插头的锥形部分的角度约为10°。在本发明的替代形式中， 插头的锥形部分的角度约为20°。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度约为30°。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度约为40°。在本发明的替代形式中， 插头的锥形部分的角度约为50°。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度约为 60°。在本发明的替代形式中，插头的锥形部分的角度约为70°。在本发明的替代形式中， 插头的锥形部分的角度约为80°。
优选地，插头的锥形部分的角度约为30°。
在本发明的一种形式中，插头在锥形部分的远端具备环形隆脊。所述环形隆脊有助 于将插头连接到柱。在插头和柱是金属的情况下，所述插头和柱优选地焊接在一起。
在本发明的替代形式中，插头和柱或插头和梁可以螺纹啮合。
插口可具备用于与插头的非锥形部分啮合的侧壁。以此方式，插头的锥形部分与插 口的互补锥形部分相啮合，且插口的侧壁与插头的非锥形部分啮合。
插头与插口之间的互补连接优选地提供紧密贴合。插头与插口之间的环形间隙优选 的是小于2mm。更优选地，插头与插口之间的环形间隙小于1mm。更优选地，插头与 插口之间的环形间隙小于0.5mm。
应了解，不可以存在过多的公差和结构位移。公差和结构位移过少则会导致连接不 适配，或者只有在柱上加力才能适配。
优选地，使用金属增材制造(3D打印)来制造连接。有利地，3D打印可提供比其 它制造方法小的公差。
有利地，锥形部分使插头和插口能够自定位。
可以提供用于长度调节的装置，以确保尽管焊上插头的梁中存在长度公差，但仍保 持柱之间的中心距离不变。这尤其可以为梁插口提供有利条件。
插头和插口将优选地包括比相关联的梁或柱级别高的材料。已知在构造中使用屈服 强度约为250MPa到350MPa的低碳钢。用于连接到这种柱的插头应使用屈服强度较高 的材料。
在本发明的一种形式中，插头和插口由不锈钢制备。在本发明的替代形式中，插头和插口由钛制备。在本发明的替代形式中，插头和插口由复合材料或高强度碳纤维制备。
附图说明
在本发明的非限制性实施例的以下描述中更完全地描述本发明的其它特征。仅出于 例证本发明的目的而包含本说明书。不应将本说明书理解为对上述本发明的广泛发明内 容、公开内容或描述的限制。将参考附图进行描述，其中：
图1是根据本发明的各种实施例的并有多个连接器的模块化结构的透视图；
图2是根据本发明的第一实施例的连接器的侧视图；
图3是根据本发明的第二实施例的连接器的侧视图；
图4是根据本发明的第三实施例的连接器的侧视图；
图5是根据本发明的第四实施例的连接器的侧视图；
图6是根据本发明的第五实施例的插头的剖视图；和
图7是根据本发明的第六实施例的并有多个连接器的模块化结构的局部分解图。
具体实施方式
在整个本说明书中，除非本文另有规定，否则词语“包括(comprise)”或例如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变型应理解为暗示包含所陈述整体或整体 的群组，但不排除任何其它整体或整体的群组。
所属领域的技术人员将了解本文所述的本发明除特别描述的那些内容以外容许进 行变化和修改。应了解，本发明包括所有此类变化和修改。本发明还包含本说明书中个别或共同地提及或指示的所有步骤、特征、组合物和化合物以及所述步骤或特征中的任 一个和所有组合或任何两个或多于两个。
图1提供尺寸为6.7x 6.5x 10m的三级结构10的表示。1级支撑具有悬臂延伸段3.25x 6.5m的进料器；2级支撑19m3的进料箱，且3级支撑输送机和相关联的顶部滑 槽。
在图2中，提供根据本发明的第一实施例的结构连接器的截面。结构连接器12包括插头14和插口16。插头14包括锥形部分18和非锥形部分20。插口16包括锥形部 分22和非锥形部分24。
在图3中，提供根据本发明的第二实施例的结构连接器的截面。图3中的相同数字表示图2中的相同部件。结构连接器30包括插头14和插口16。插口16包括用于与插 头14的非锥形部分20的至少一部分啮合的侧壁32。
在图4中，提供根据本发明的第三实施例的结构连接器的截面。图4中的相同数字表示图2中的相同部件。结构连接器40包括插头14和插口16。插头14包括锥形部分 42和非锥形部分44。插口16包括锥形部分46和非锥形部分48。插头14的锥形部分 42呈圆顶50的形式。圆顶50表示为半径恒定的半球。应了解，圆顶50可以是椭球。 插口16的锥形部分46是形状互补的球形形状。插口16包括用于与插头14的非锥形部 分44的至少一部分啮合的侧壁32。
在图5中，提供根据本发明的第四实施例的结构连接器的截面。结构连接器70包括第一柱插头72和对置的第二柱插头74、第一插口76和第二插口78，以及梁80。第 一插口76和第二插口78设置成一体。梁80焊接到连接器70的外表面82。将柱焊接到 连接器有助于弯曲力和轴向力的有效传递。
如图5中所见，第一插头72的上表面84可以邻接第二插头74的对应表面86。这 种邻接可以承受柱压缩并减小柱中的应力。
环圈88设置在插头的基底以便于连接到柱。环圈延伸到插头的内部并延伸到直径之外，如图6中所示。在插头和柱旋拧在一起的情况下，将不再需要环圈88。
插口略短于插头，以确保仅在连接的侧面和顶部使用轴承或摩擦，而不是在插口的 基底。
考虑两个叠缩在一起的管状柱。当接合处出现弯曲时，由摩擦造成的卡住效果对任 何施加的张力(例如，上升力)或压缩提供阻力。当例如来自风或地震荷载的水平荷载施加到框架结构时，就会出现这种组合的轴向力和弯曲力矩。随着弯曲力矩的增加，两 个主体之间的阻力由于产生的力偶而产生更大的卡住效果。参看本发明，当梁和/或柱内 引起弯曲力矩时，所述弯曲力矩会在连接器中产生卡住效果，并抵抗任何轴向力(包含 上升力)。
在使用中，可提供四个圆柱形柱100，它们以传统方式松散地栓接到混凝土基板102 (图7中仅描绘一个柱)。柱100在其上端附接上截头圆锥形插头104。根据本发明具有对置插口的四个连接器106通过传统梁108接合以提供底板110。四个连接器106在空 间上的定向与底板102上的四个柱100相同。通过起重机使底板110降低到底板102上 的四个柱100上。锥形的插头有利地提供连接器106的自定心。底板110将在其自身重 量的作用下安装到基板102上的柱上。必要时，它们可进一步分接就位。如果柱100和 对应插头104螺纹连接，那么有可能在安装期间改变底板110的高度。
分别在两端114、116带有插头的另外四个柱112(图7中仅示出一个)接着降低到四个插口106上。可根据需要重复该过程。最上部底板118可具有连接器120，每个连 接器120仅有一个插口122。应了解，系统可以使用超过四个柱。在较大安装中，格子 梁将连接到连接器，且整个底板抬升到容纳柱上方。或者，在一些应用中，可以仅使用 一个柱，例如作为摇臂起重机、灯杆或排架中的悬臂梁或柱。
使用直接金属激光烧结(DMLS)增材制造工艺可以对钢组件进行3D打印。使用 激光选择性地将粉末金属烧结(加热和熔化)成固体部件来逐层构建组件。
表1示出可供打印的多种不锈钢。出于规范的目的，在分析中使用不锈钢合金420(SS 420)和不锈钢17-4(SS17-4)以确保保守和非保守的方法。
表2.1-3D打印不锈钢属性
1 不锈钢17-4(Stratasys)
2 不锈钢316L(Stratasys)
3 不锈钢合金420(Shapeways)
4 300级低碳钢(DCT；BHN)
已经认识到，与传统安装相比，本发明的益处是减少了安装时间，能够预安装例如滑槽和筛网等设备，以及减少甚至取消支撑构件以便能够改进维修通道。

Claims (15)

1.一种结构连接器，其包括至少一个插头和至少一个插口，其中所述至少一个插头的至少一部分是锥形，且所述至少一个插口的至少一部分具有互补锥形外形。
2.根据权利要求1所述的结构连接器，其中所述插头的所述锥形部分是锥体、平截头体或弯曲。
3.根据权利要求2所述的结构连接器，其中所述插头的所述弯曲锥形部分是圆顶。
4.根据权利要求2所述的结构连接器，其中所述锥体是圆锥体、椭圆形锥体或多面锥体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的结构连接器，其中所述插头的所述锥形部分是截头圆锥形，且所述插口的至少一部分具有互补截头圆锥形外形。
6.根据前述权利要求中任一项所述的结构连接器，其中所述连接器具备用于容纳一个插头的一个插口。
7.根据前述权利要求中任一项所述的结构连接器，其中所述连接器具备用于容纳两个插头的两个插口。
8.根据前述权利要求中任一项所述的结构连接器，其中所述连接器包括至少一个梁或其部分，所述至少一个梁或其部分大体上垂直于所述插头和插口的纵向轴线延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的结构连接器，其中所述插头的长度在连接到所述插头的柱或梁的最大宽度的1倍到2倍之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的结构连接器，其中所述插头包括在所述锥形部分远端的环形隆脊，以便于将所述插头连接到柱或梁。
11.根据权利要求1到9中任一项所述的结构连接器，其中所述插头包括在所述锥形部分远端的螺纹，以便于将所述插头连接到柱或梁。
12.根据前述权利要求中任一项所述的结构连接器，其中所述插口包括用于与所述对应插头的非锥形部分的至少一部分啮合的侧壁。
13.根据前述权利要求中任一项所述的结构连接器，其中所述插头与所述插口之间的互补连接提供紧密贴合，其中所述插头与所述插口之间的环形间隙小于2mm。
14.根据权利要求13所述的结构连接器，其中所述插头与所述插口之间的所述环形间隙小于1mm。
15.根据权利要求13所述的结构连接器，其中所述插头与所述插口之间的所述环形间隙小于0.5mm。
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