CN116556518A - 有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有自锁能力的新型装配式钢结构柱‑柱拼接节点，上柱组件、下柱组件、新型自锁销轴及节点壳；上柱组件包括钢柱、端板、锥头，下柱组件包括钢柱、端板、柱端套筒；锥头和柱端套筒均在相应位置开销轴预留孔，锥头插入柱端套筒内，新型自锁销轴插入对应的销轴预留孔内实现自锁，节点壳套装在锥头与柱端套筒的连接处。本发明采用装配式结构，所有构件均易于加工和安装，安装难度小，且不改变截面形式，方便后续装修，实用性好。

Description

有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点

技术领域

本发明涉及属于结构工程技术领域，具体是一种有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点。

背景技术

钢结构建筑将迅速发展,而装配式钢结构建筑的技术难点主要集中在节点区域，对于钢结构的柱-柱节点的连接，目前主要采用的是现场焊接或者栓接的方式，若采用螺栓连接体系，需在柱子节点区域装节点板，若采用焊接，现场焊缝容易发生腐蚀，影响强度。且二者的施工效率都很低，施工成本高，并且由于没有自锁机制，在现场的外力扰动下，相应位置可能发生错动，影响安装以及后期使用强度，且外观上会有影响，不方便后续的装修等二次作业。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点。本发明结构采用了一种新型的连接方式，能实现安装时柱与柱的自锁，且销轴安装十分简易，自锁机制可以消除安装过程中的外力扰动影响并大幅提高后期使用时的节点强度，结构安装简便，能大幅提高现场的施工效率，降低施工难度，从而提高效率，缩减成本。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点，包括上柱组件、下柱组件、新型自锁销轴及节点壳；上柱组件包括钢柱、端板、锥头，下柱组件包括钢柱、端板、柱端套筒；锥头和柱端套筒均在相应位置开销轴预留孔，上柱组件和下柱组件在工厂完成焊接加工；上柱组件的锥头插入下柱组件的柱端套筒内，上柱组件与下柱组件靠锥头和柱端套筒的锥度接触面实现自锁，柱端套筒的壁厚进行加厚处理；锥头上的销轴预留孔内靠近孔底的内壁上开设有第一限位轴预留孔；新型自锁销轴插入锥头和柱端套筒对应的销轴预留孔内，新型自锁销轴上设置有带弹性功能的限位轴，当新型自锁销轴不锁定时，其上的限位轴不弹出；当新型自锁销轴锁定时，其上的限位轴弹出并卡置在锥头上的第一限位轴预留孔内实现自锁；节点壳套装在锥头与柱端套筒的连接处。

进一步地，新型自锁销轴包括承力段和自锁段，承力段为实芯圆杆，自锁段包括圆槽、销轴套筒、弹簧、滑块和限位轴，圆槽固定在实心圆杆的端部，销轴套筒套装在圆槽外部，圆槽和销轴套筒上分别开设有三个第二限位轴预留孔，圆槽和销轴套筒相对转动至某一位置时，二者上的三个第二限位轴预留孔能够分别重合；圆槽的内壁设置有平台，弹簧的一端连接在平台上；滑块为实心的等腰梯形柱体，滑块设置于圆槽内，滑块的下底与弹簧的另一端连接；三根限位轴均位于圆槽内，当处于不锁定状态时，三根限位轴的外端端部分别穿过圆槽上的三个第二限位轴预留孔后均顶置在销轴套筒的内壁上，三根限位轴的内端端部分别顶置在滑块的上底及两腰位置处，此时弹簧呈被压缩状态；当处于锁定状态时，圆槽和销轴套筒相对转动，直至二者上的三个第二限位轴预留孔分别重合，三根限位轴的外端端部分别穿过圆槽和销轴套筒上重合的第二限位轴预留孔，三根限位轴的内端端部分别顶置在滑块的上底及两腰位置处。

进一步地，上柱组件的锥头与下柱组件的柱端套筒具有相同的小锥角，二者的接触面进行粗糙处理，锥头上销轴预留孔圆心距端板的距离等于柱端套筒上预留孔圆心距筒口的距离，且锥头上预留孔圆的半径与柱端套筒上预留孔的半径相同。

进一步地，上柱组件的锥头为实芯构件，锥头上的销轴预留孔内的第一限位轴预留孔距销轴预留孔孔底的距离等于圆槽及销轴套筒上第二限位轴预留孔距槽口及筒口的距离。

进一步地，新型自锁销轴的承力段长度大于下柱组件的柱端套筒壁厚的二倍，承力段截面圆直径大于自锁段圆槽外径；销轴套筒外径与承力段截面圆直径相同，销轴套筒内径与圆槽外径相同，销轴套筒高度与圆槽高度相同，销轴套筒上的第二限位轴预留孔开孔半径大于圆槽上的第二限位轴预留孔开孔半径；

滑块的上底长度与限位轴的直径相同，滑块的厚度大于限位轴直径的二倍，滑块的下底长度小于其安装位置处对应圆的弦长，滑块的高度小于圆槽的深度；

三根限位轴中，其中两根限位轴的内端端部为斜面，其斜面角度与滑块的腰的角度相同。

进一步地，节点壳包括对接设置的左半壳体和右半壳体，左半壳体和右半壳体的两侧对接处分别通过锁件连接固定。

进一步地，锁件包括对接设置的左板体和右板体；左板体上开设有左圆弧滑道，左圆弧滑道的开口端位于左板体的对接边上方的位置处，左板体上连接有左锁舌，左锁舌由滑杆和挡杆组成，呈L型设置，左锁舌的拐角处通过铰接轴与左板体铰接连接，铰接点位于左板体的对接边下方的位置处；左锁舌绕铰接轴转动时，滑杆端部的运动轨迹与左圆弧滑道的轨迹重合；滑杆的端部开设有螺栓孔，左圆弧滑道内设置有连接螺纹；右板体上开设有右圆弧滑道，右圆弧滑道的开口端位于右板体的对接边下方的位置处，右板体上连接有右锁舌，右锁舌由滑杆和挡杆组成，呈L型设置，右锁舌的拐角处通过铰接轴与右板体铰接连接，铰接点位于右板体的对接边上方的位置处；右锁舌绕铰接轴转动时，滑杆端部的运动轨迹与右圆弧滑道的轨迹重合；滑杆的端部开设有螺栓孔，右圆弧滑道内设置有连接螺纹；左板体上的左圆弧滑道及左锁舌与右板体上的右圆弧滑道及右锁舌呈中心对称设置。

本发明中，上柱组件、下柱组件、节点壳及新型自锁销轴在工厂完成组件的焊接及组装，上柱组件和下柱组件的柱端均可采用任意截面，端板形式根据工程实际进行选取，柱端与端板、端板与锥头或柱端套筒在工厂中完成焊接；现场将上柱组件吊装插入下柱组件，注意销轴预留孔对齐；将新型自锁销轴朝内推入对齐的销轴预留孔内，转动新型自锁销轴，听到弹簧弹出声音，即完成新型自锁销轴安装，重复新型自锁销轴安装步骤以完成每个新型自锁销轴的安装，最后套上节点壳，完成节点壳的安装即可。

与现有技术相比，本发明的有益成果如下：

（1）本发明通过上柱组件与下柱组件的特殊接触形式实现利用轴向压力抵抗扭矩，实现柱与柱的自锁，提高结构承载力。

（2）本发明通过提出一种自锁式的新型自锁销轴，代替螺栓连接构件，免除了节点区域节点板的设计，简化了施工难度。

（3）本发明中的所有构件均可在工厂制作完成，采用现场拼接的方式装配，装配过程非常简单，可以有效的简化施工工艺，提高现场施工效率，节省施工时间。

（4）本发明中重要构件的主要承力部位都为实心钢柱或做加厚处理，实际受力条件下，其抗压抗拉抗扭性能都满足设计需求，受力性能良好，节点安全可靠。

（5）本发明中通过节点壳的设置，基本不会改变柱体的外观，方便后续的装修等二次施工。

附图说明

图1为本发明节点的立体示意图；

图2为本发明节点去掉节点壳的立体示意图；

图3为本发明节点去掉节点壳的爆炸示意图；

图4为本发明节点中上柱组件的立体示意图；

图5为本发明节点中上柱组件上销轴预留孔及第一限位轴预留孔细部剖面图；

图6为本发明中下柱组件的立体示意图；

图7为本发明中下柱组件的剖面示意图；

图8为本发明中新型自锁销轴安装阶段立体示意图；

图9为本发明中新型自锁销轴工作阶段立体示意图；

图10为本发明中新型自锁销轴的爆炸示意图；

图11为本发明中节点壳的爆炸示意图；

图12为本发明中节点壳的锁件结构示意图；

图13为本发明中锁件的板体及锁舌的结构示意图；

图中：1-上柱组件，2-下柱组件，3-新型自锁销轴；4-钢柱，5-端板，6-锥头，7-柱端套筒，8-销轴预留孔，9-第一限位轴预留孔，10-实芯圆杆，11-圆槽，12-销轴套筒，13-弹簧，14-滑块，15-第二限位轴预留孔，16-限位轴，17-节点壳，18-左半壳体，19-右半壳体，20-锁件，21-左板体，22-右板体，23-左圆弧滑道，24-左锁舌，25-滑杆，26-挡杆，27-铰接轴，28-螺栓孔，29-右圆弧滑道，30-右锁舌。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图11所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图7所示，一种有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点，包括上柱组件1、下柱组件2、新型自锁销轴3及节点壳17；上柱组件1包括钢柱4、端板5、锥头6，下柱组件2包括钢柱4、端板5、柱端套筒7；锥头6和柱端套筒7均在相应位置开销轴预留孔8，上柱组件1和下柱组件2在工厂完成焊接加工；上柱组件1的锥头6插入下柱组件2的柱端套筒7内，上柱组件1与下柱组件2靠锥头6和柱端套筒7的锥度接触面实现自锁，柱端套筒7的壁厚进行加厚处理；锥头6上的销轴预留孔8内靠近孔底的内壁上开设有第一限位轴预留孔9；新型自锁销轴3插入锥头6和柱端套筒7对应的销轴预留孔8内，新型自锁销轴3上设置有带弹性功能的限位轴16，当新型自锁销轴3不锁定时，其上的限位轴16不弹出；当新型自锁销轴3锁定时，其上的限位轴16弹出并卡置在锥头6上的第一限位轴预留孔9内实现自锁；节点壳17套装在锥头6与柱端套筒7的连接处。

以下对本发明中重要部件做进一步的说明：

1）如图8至图10所示，新型自锁销轴3包括承力段和自锁段，承力段为实芯圆杆10，自锁段包括圆槽11、销轴套筒12、弹簧13、滑块14和限位轴16，圆槽11固定在实心圆杆10的端部，销轴套筒12套装在圆槽11外部，圆槽11和销轴套筒12上分别开设有三个第二限位轴预留孔15，圆槽11和销轴套筒12相对转动至某一位置时，二者上的三个第二限位轴预留孔15能够分别重合；圆槽11的内壁设置有平台，弹簧13的一端连接在平台上；滑块14为实心的等腰梯形柱体，滑块14设置于圆槽11内，滑块14的下底与弹簧13的另一端连接；限位轴16设置有三根，三根限位轴16均位于圆槽11内，当处于不锁定状态时，三根限位轴16的外端端部分别穿过圆槽11上的三个第二限位轴预留孔15后均顶置在销轴套筒12的内壁上，三根限位轴16的内端端部分别顶置在滑块14的上底及两腰位置处，此时弹簧13呈被压缩状态；当处于锁定状态时，圆槽11和销轴套筒12相对转动，直至二者上的三个第二限位轴预留孔15分别重合，三根限位轴16的外端端部分别穿过圆槽11和销轴套筒12上重合的第二限位轴预留孔15，三根限位轴16的内端端部分别顶置在滑块14的上底及两腰位置处。

如图8所示，上述的新型自锁销轴3在安装阶段弹簧13处于被压缩状态，滑块14位于圆槽11内的上部，安装时圆槽11上的第二限位轴预留孔15和销轴套筒12上的第二限位轴预留孔15位于同一平面上但未对齐重合，限位轴16内端与滑块14相接、外端穿过圆槽11上的第二限位轴预留孔15后与销轴套筒12内壁相接，限位轴16与滑块14的腰斜面接触面做润滑处理。如图9所示，新型自锁销轴3进行安装时，圆槽11和销轴套筒12发生相对滑动，二者上的第二限位轴预留孔15对齐重合，弹簧13推动滑块14向下移动，滑块14的两侧腰斜面推动两根限位轴16向外移动，滑块14的上底推动第三根限位轴16向下移动，三根限位轴16的外端端部完全从销轴套筒12弹出，并卡置在锥头6上对应的第一限位轴预留孔9内，进入工作状态，实现上柱组件1、下柱组件2的连接。

2）上柱组件1的锥头6与下柱组件2的柱端套筒7具有相同的小锥角，二者的接触面进行粗糙处理，锥头6上销轴预留孔8圆心距端板5的距离等于柱端套筒7上预留孔圆心距筒口的距离，且锥头6上预留孔圆的半径与柱端套筒7上预留孔的半径相同。

3）上柱组件1的锥头6为实芯构件，锥头6上的销轴预留孔8内的第一限位轴预留孔9距销轴预留孔8孔底的距离等于圆槽11及销轴套筒12上第二限位轴预留孔15距槽口及筒口的距离。

4）新型自锁销轴3的承力段长度大于下柱组件2的柱端套筒7壁厚的二倍，承力段截面圆直径大于自锁段圆槽11外径；销轴套筒12外径与承力段截面圆直径相同，销轴套筒12内径与圆槽11外径相同，销轴套筒12高度与圆槽11高度相同，销轴套筒12上的第二限位轴预留孔15开孔半径大于圆槽11上的第二限位轴预留孔15开孔半径；滑块14的上底长度与限位轴的直径相同，滑块14的厚度大于限位轴直径的二倍，滑块14的下底长度小于其安装位置处对应圆的弦长，滑块14的高度小于圆槽11的深度；三根限位轴16中，其中两根限位轴16的内端端部为斜面，其斜面角度与滑块14的腰的角度相同。

5）如图11所示，节点壳17包括对接设置的左半壳体18和右半壳体19，左半壳体18和右半壳体19的两侧对接处分别通过锁件20连接固定。

如图12和图13所示，锁件20包括对接设置的左板体21和右板体22；左板体21上开设有左圆弧滑道23，左圆弧滑道23的开口端位于左板体21的对接边上方的位置处，左板体21上连接有左锁舌24，左锁舌24由滑杆25和挡杆26组成，呈L型设置，左锁舌24的拐角处通过铰接轴27与左板体21铰接连接，铰接点位于左板体21的对接边下方的位置处；左锁舌24绕铰接轴27转动时，滑杆25端部的运动轨迹与左圆弧滑道23的轨迹重合；滑杆25的端部开设有螺栓孔28，左圆弧滑道23内设置有连接螺纹；右板体22上开设有右圆弧滑道29，右圆弧滑道29的开口端位于右板体22的对接边下方的位置处，右板体22上连接有右锁舌30，右锁舌30由滑杆25和挡杆26组成，呈L型设置，右锁舌30的拐角处通过铰接轴27与右板体22铰接连接，铰接点位于右板体22的对接边上方的位置处；右锁舌30绕铰接轴27转动时，滑杆25端部的运动轨迹与右圆弧滑道29的轨迹重合；滑杆25的端部开设有螺栓孔28，右圆弧滑道29内设置有连接螺纹；左板体21上的左圆弧滑道23及左锁舌24与右板体22上的右圆弧滑道29及右锁舌30呈中心对称设置。

本发明节点的安装方法包括以下步骤：

1）吊装上柱组件1，将上柱组件1插进下柱组件2，过程要注意二者的销轴预留孔8对齐；

2）将新型自锁销轴3推入销轴预留孔8，过程中要注意上柱组件1的第一限位轴预留孔9和新型销的销轴套筒12上的第二限位轴预留孔15对齐；转动新型自锁销轴3的承力段，听到弹簧13弹出的声音时完成安装；

3）重复步骤2完成所有新型自锁销轴3的安装；

4）安装节点壳17，将左半壳体18和右半壳体19对接，使其套装在锥头6与柱端套筒7连接处的外部，先连接固定一侧的锁件20，转动左板体21上左锁舌24以及右板体上的右锁舌30，直至左锁舌24和右锁舌30的挡杆26相互卡接在一起，分别在左锁舌24和右锁舌30的滑杆25的螺栓孔28内拧入连接螺栓，连接螺栓将滑杆25与滑道连接固定，即完成一侧锁件20的锁定，以同样的方式锁定另一侧的锁件20即可，最终完成安装。

本发明的上述实例仅仅是为说清楚本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，也不应将任何附图视为限制所涉及的权利要求。对于本领域技术人员而言，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构形式，均应属于本发明的保护之列。

Claims (7)

1.一种有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点，其特征在于：包括上柱组件、下柱组件、新型自锁销轴及节点壳；上柱组件包括钢柱、端板、锥头，下柱组件包括钢柱、端板、柱端套筒；锥头和柱端套筒均在相应位置开销轴预留孔，上柱组件和下柱组件在工厂完成焊接加工；上柱组件的锥头插入下柱组件的柱端套筒内，上柱组件与下柱组件靠锥头和柱端套筒的锥度接触面实现自锁；锥头上的销轴预留孔内靠近孔底的内壁上开设有第一限位轴预留孔；新型自锁销轴插入锥头和柱端套筒对应的销轴预留孔内，新型自锁销轴上设置有带弹性功能的限位轴，当新型自锁销轴不锁定时，其上的限位轴不弹出；当新型自锁销轴锁定时，其上的限位轴弹出并卡置在锥头上的第一限位轴预留孔内实现自锁；节点壳套装在锥头与柱端套筒的连接处。

2.根据权利要求1所述的有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点，其特征在于：新型自锁销轴包括承力段和自锁段，承力段为实芯圆杆，自锁段包括圆槽、销轴套筒、弹簧、滑块和限位轴，圆槽固定在实心圆杆的端部，销轴套筒套装在圆槽外部，圆槽和销轴套筒上分别开设有三个第二限位轴预留孔，圆槽和销轴套筒相对转动至某一位置时，二者上的三个第二限位轴预留孔能够分别重合；圆槽的内壁设置有平台，弹簧的一端连接在平台上；滑块为实心的等腰梯形柱体，滑块设置于圆槽内，滑块的下底与弹簧的另一端连接；三根限位轴均位于圆槽内，当处于不锁定状态时，三根限位轴的外端端部分别穿过圆槽上的三个第二限位轴预留孔后均顶置在销轴套筒的内壁上，三根限位轴的内端端部分别顶置在滑块的上底及两腰位置处，此时弹簧呈被压缩状态；当处于锁定状态时，圆槽和销轴套筒相对转动，直至二者上的三个第二限位轴预留孔分别重合，三根限位轴的外端端部分别穿过圆槽和销轴套筒上重合的第二限位轴预留孔，三根限位轴的内端端部分别顶置在滑块的上底及两腰位置处。

3.根据权利要求1所述的有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点，其特征在于：上柱组件的锥头与下柱组件的柱端套筒具有相同的小锥角，二者的接触面进行粗糙处理，锥头上销轴预留孔圆心距端板的距离等于柱端套筒上预留孔圆心距筒口的距离，且锥头上预留孔圆的半径与柱端套筒上预留孔的半径相同。

4.根据权利要求2所述的有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点，其特征在于：上柱组件的锥头为实芯构件，锥头上的销轴预留孔内的第一限位轴预留孔距销轴预留孔孔底的距离等于圆槽及销轴套筒上第二限位轴预留孔距槽口及筒口的距离。

5.根据权利要求4所述的有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点，其特征在于：新型自锁销轴的承力段长度大于下柱组件的柱端套筒壁厚的二倍，承力段截面圆直径大于自锁段圆槽外径；销轴套筒外径与承力段截面圆直径相同，销轴套筒内径与圆槽外径相同，销轴套筒高度与圆槽高度相同，销轴套筒上的第二限位轴预留孔开孔半径大于圆槽上的第二限位轴预留孔开孔半径；

滑块的上底长度与限位轴的直径相同，滑块的厚度大于限位轴直径的二倍，滑块的下底长度小于其安装位置处对应圆的弦长，滑块的高度小于圆槽的深度；

三根限位轴中，其中两根限位轴的内端端部为斜面，其斜面角度与滑块的腰的角度相同。

6.根据权利要求1所述的有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点，其特征在于：节点壳包括对接设置的左半壳体和右半壳体，左半壳体和右半壳体的两侧对接处分别通过锁件连接固定。

7.根据权利要求1所述的有自锁能力的新型装配式钢结构柱-柱拼接节点，其特征在于：锁件包括对接设置的左板体和右板体；

左板体上开设有左圆弧滑道，左圆弧滑道的开口端位于左板体的对接边上方的位置处，左板体上连接有左锁舌，左锁舌由滑杆和挡杆组成，呈L型设置，左锁舌的拐角处通过铰接轴与左板体铰接连接，铰接点位于左板体的对接边下方的位置处；左锁舌绕铰接轴转动时，滑杆端部的运动轨迹与左圆弧滑道的轨迹重合；滑杆的端部开设有螺栓孔，左圆弧滑道内设置有连接螺纹；

右板体上开设有右圆弧滑道，右圆弧滑道的开口端位于右板体的对接边下方的位置处，右板体上连接有右锁舌，右锁舌由滑杆和挡杆组成，呈L型设置，右锁舌的拐角处通过铰接轴与右板体铰接连接，铰接点位于右板体的对接边上方的位置处；右锁舌绕铰接轴转动时，滑杆端部的运动轨迹与右圆弧滑道的轨迹重合；滑杆的端部开设有螺栓孔，右圆弧滑道内设置有连接螺纹；

左板体上的左圆弧滑道及左锁舌与右板体上的右圆弧滑道及右锁舌呈中心对称设置。