CN1650076A - 连接组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于将结构部件与混凝土体连接在一起的连接组件。该连接组件能够抵抗在结构部件和混凝土体之间的剪切力。它包括适于埋入混凝土中且适于连接到结构部件上的连接器(11)和连接元件(10)，该连接元件适于包围连接器，并且形成与连接器隔开的屏障且限定环绕该连接器的混凝土。还公开了一种用于将连接器和连接元件相互连接的夹具。还公开了一种一体形成的连接元件组件，其包括连接元件和夹具。

Description

连接组件
技术领域
本发明涉及连接组件，其用于将混凝土体连接到建筑结构上，例如在连接到混凝土板层、板块等上的复合板、复合柱、复合梁或者任何其他结构中，都涉及该连接组件。
本发明还涉及连接元件，它可用作该连接组件的一部分。
本发明还涉及可用作该连接组件的一部分的夹具。
在一种情形下，本发明涉及包括剪切连接螺柱形式的连接器的连接组件，该螺柱形成框架结构和混凝土板层之间的主要连接。
另外，在一种情形下，本发明涉及可与剪切连接螺柱一起使用的连接元件。
另外，在一种情形下，本发明涉及可与剪切连接螺柱和连接元件一起使用的夹具。
背景技术
在房屋建筑中形成混凝土复合结构包括：将结构框架与交叉连接的主梁和次梁组装在一起；以及跨越支撑的主梁和次梁铺设加肋条的盖板。然后，把加强杆或者加强网铺在盖板的上面。将混凝土浇注在盖板上，从而形成复合结构。在工程建筑物中，混凝土框架通常由钢制成。图1示出了钢/混凝土复合地板的一个示例。当混凝土硬化并且达到足够的抗压强度时，盖板为混凝土板层提供主要的强化，并且该混凝土板层成为复合梁的顶部凸缘。
剪切连接螺柱形式的连接器经常用来强化在钢制框架和混凝土板层之间的连接。在倾倒混凝土之前，螺柱直立地穿过钢盖板或者穿过在盖板内的预制冲孔而得以固定(通常被焊接)，并且设置于主梁或者次梁之上。一旦螺柱被铸造在混凝土中，它们将变成形成在钢制框架和混凝土板层之间的连接的重要部分。
根据盖板的外形和螺柱的性质，在最终负载条件下，形成在混凝土板层和框架之间的剪切连接的强度、延展性和有效性能够导致肋条穿通失效的普遍问题。
例如，对于钢/混凝土复合结构，当螺柱承受在混凝土和钢制框架之间的纵向剪切力时会发生肋条穿通失效。该结构的重量和其支撑的负载具有这样的效果，即，把混凝土推靠在每一螺柱的一侧上，以在螺柱基部产生集中压力，并且在混凝土中形成断裂楔形物，在纵向剪切力作用下，该楔形物被推入钢盖板的肋条内且远离螺柱。在图2A中示出了这种情形。箭头A表示在混凝土C中剪切力的方向，其作用在通过盖板D固定到钢梁SB上的螺柱S上。用W来表示断裂混凝土楔形物。对于不再由环绕其基部的混凝土来限制的钢制螺柱，其能在剪切力作用下相对容易地弯曲。这种失效形式大大地降低了焊接螺柱的剪切强度，使得它们的剪切力/滑移特性可能较脆弱，并且整体降低了该复合结构的强度。随着每块凹地剪切连接器数量的增加和/或随着连接器尺寸的增加，穿通失效的可能性也会增加。
延展性是剪切连接螺柱所需的特性，并且在一些国家，在他们的国家设计标准中，在复合结构中的剪切连接螺柱必须具有延展性。可以根据剪切力和滑移之间的关系来评定延展性，这里滑移纵向地发生在混凝土板层和钢梁之间。在图2A中用尺寸B来表示滑移。在一些国家设计标准中可延展的剪切连接螺柱定义为具有超过6mm的特有滑移能力的螺柱。注意，坚固板层中的滑移能力随着杆部直径的增加而增加，具有某一尺寸的螺柱被认为具有延展性。例如，如果该螺柱在焊接后的整体长度至少是杆部直径的四倍，并且具有不小于16mm且不超过22mm的直径，那么一些国家设计标准就承认带头的螺柱具有延展性。
最易于在混凝土板层或者结构中形成裂缝和楔形物的区域是靠近边缘或者空隙的区域。空隙的示例包括在钢盖板上的成型肋条，其在混凝土体内产生凹槽状空隙，同时在预先浇注的混凝土中的空心也会产生空隙。对于敞开型或者封闭型的多种钢制盖板肋条，更重要的问题是与敞开型肋条有关，它是在混凝土体内形成凹槽状空隙的更为主要的原因。
肋条穿通失效主要发生在次梁(即，垂直于盖板肋条的有效跨越的梁)中，这是因为对于次梁，推力的方向横穿加肋条的盖板，且由此更加可能将肋条内的空隙效果带给肋条之间的螺柱杆部。在复合板层内的混凝土层通常处于压缩状态，而下面的钢梁处于拉伸状态。因此，在混凝土内的压缩力从扭矩最大的梁中部向通常简单被支撑的、扭矩降为零的复合梁的末端减少。这样描述了一种处于正弯曲的复合梁，但是在连续的复合梁中，纵向剪切力也会在负扭矩区域内发展，从而也能导致肋条穿通失效。在主梁中，肋条穿通失效的现象很少可能发生，这是因为剪切力平行于盖板肋条，且由此肋条空隙很少可能影响到在肋条之间的螺柱。这并不是说在主梁内不会发生肋条穿通失效，因为即使剪切力平行于盖板肋条，已知包围每一螺柱的混凝土仍会通过敞开肋条的侧面被横向推到盖板上。在这一方面，混凝土的起拱(haunch)宽度可以是决定性因素，正如存在加强钢一样。
在设计阶段考虑上述问题，已经研究出经验设计公式来确定用在复合结构中的螺柱的设计剪切能力。虽然该公式能够引导简单的结构，但是实际上它们相对并不精确。
有人认为，成对地设置螺柱可以提高剪切连接的强度，然而可发现完全相反，由于肋条穿通失效，强度和延展性实际上下降了。
上述问题并非专门针对混凝土复合梁，在通过埋入混凝土体内的螺栓或者紧固件而将部件连接到混凝土体上的结构中，也发现了这样的问题。该连接结构可以是较大建筑的柱、梁、腿等等。图2B示出了这样一种情形：浇注在混凝土板层C中的两根螺栓B通过板件P将结构部件SC连接到混凝土板层上，螺栓B通过螺母N而与板件P连接在一起。由于顶部剪切力沿着箭头A的方向移动，因此断裂的楔形物W可能形成在混凝土板层的自由边缘FE处。对于浇注螺栓，该自由边缘具有与上面给出的复合梁例子中的空隙相似的效果，即，该自由边缘是在混凝土中可能形成裂缝的弱点。如果连接螺栓位于靠近图2B中所示的自由边缘处，那么在自由边缘断裂的混凝土楔形物将会削弱或者除去环绕埋入螺栓的混凝土，并且削弱在混凝土中螺栓的保持力。结果导致的问题与复合梁中肋条穿通失效等同。
因此，需要一种解决方法来保持复合混凝土结构的完整和强度，并且消除由于在混凝土复合结构中形成裂缝和楔形物所引起的不利效果。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于将结构部件与混凝土体连接在一起的连接组件，其中该连接组件能够抵抗在结构部件和混凝土体之间的剪切力，并且包括：
(a)具有杆部的连接器，其一端适于埋入混凝土中，而另一端适于连接到结构部件上；
(b)连接元件，其适于包围该连接器并且形成屏障(barrier)，该屏障与连接器隔开并且限定环绕连接器的混凝土。
优选地，该连接组件包括用于将连接元件保持为环绕连接器的装置。
优选地，该保持装置是在连接器和连接元件之间延伸的夹具。
优选地，该连接器具有杆部，其一端适于埋入混凝土中，而另一端适于连接到结构部件上。
对于这样一种结构，该夹具优选包括：
(a)用于将夹具联接到连接元件一部分上的装置，以及
(b)由弹性材料形成的多条支腿，它们向内延伸且具有限定一开口的内端，该开口能够接纳连接器的杆部，并且该开口的直径小于杆部的直径，因此在使用中，当把夹具推到该杆部上时支腿会偏斜，从而该杆部通过该开口而延伸且支腿的内端接触杆部，由此将夹具联接到杆部上。
优选地，该保持装置适于将该连接元件保持为离开连接器，从而在这两个部件之间具有至少20mm的间距。
更优选地，该保持装置适于将连接元件保持为离开连接器至少25mm的间隔。
更优选地，该保持装置适于将连接元件保持为离开连接器，以具有至少30mm的间距。
优选地，该保持装置适于将连接元件保持为离开连接器，从而在这两个部件之间具有至少为混凝土体内的混凝土中骨料最大尺寸的间距。
更优选地，该保持装置适于将连接元件保持为离开连接器，从而具有至少为混凝土体内的混凝土中骨料最大尺寸的1.25倍的间距。
更优选地，该保持装置适于将连接元件保持为离开连接器，从而具有至少为混凝土体内的混凝土中骨料最大尺寸的1.5倍的间距。
例如，该连接元件可以是由坚固材料(特别是镀锌的钢)制成的环，也可以是具有较小间距绕组的网或者线圈的环。
在连接元件为具有较小间距绕组的线圈的情况下，优选地线圈的末端闭合，从而有利于在线圈中环向应力的发展。
优选地，该连接元件为由坚固材料(例如，钢)制成的连续环。
在坚固钢环连接元件的实施例中，优选地至少这些环由一定长度的镀锌钢管切割而成。这些环优选具有76mm的外径和2mm厚的壁。在低等级钢之上优选地是具有350MPa屈服应力的高拉伸钢。优选地在倾倒混凝土之前，通过约束夹而将连接元件固定中心地保持在适当的位置处，该约束夹限定了用于将连接元件保持为环绕连接器的装置。
在由成型盖板支撑混凝土体的情况下，该盖板具有由凹地(pan)分开的一根或多根竖立肋条，优选地该连接元件为环形，且其高度优选地为盖板上的一根或多根肋条高度的大约60％-80％，理想的为该一根或多根肋条高度的70％。
连接元件优选地在其相对两侧上设有横向交叉板，其中该交叉板适于支撑平行于盖板肋条延伸的加强杆，从而有助于限定环绕该连接器的混凝土。
根据本发明，还提供了一种复合混凝土结构，其包括通过连接组件连接在一起的混凝土体和结构部件，该连接组件包括：
(a)埋入混凝土中且连接到结构部件上的连接器；以及
(b)连接元件，其包围该连接器并且形成屏障，该屏障与连接器隔开并且限定环绕连接器的混凝土。
优选地，该连接组件包括用于将连接元件保持为环绕连接器的装置。
优选地，该保持装置是在连接器和连接元件之间延伸的夹具。
优选地，连接元件距离连接器的间距为至少20mm。
更优选地，连接元件离开连接器的间距为至少25mm。
更优选地，连接元件离开连接器的间距为至少30mm。
优选地，该连接元件离开连接器的间距至少为在混凝土体内的混凝土中骨料的最大尺寸。
更优选地，该连接元件离开连接器的间距至少为在混凝土体内的混凝土中骨料的最大尺寸的1.25倍。
更优选地，该连接元件离开连接器的间距至少为在混凝土体内的混凝土中骨料的最大尺寸的1.5倍。
在一实施例中，该连接元件可以包围一个以上的连接器。
根据本发明，还提供了一种用于构造混凝土复合结构的剪切连接组件，该混凝土复合结构具有由结构框架上的盖板支撑的混凝土体，该剪切连接组件包括：
(a)至少一根剪切连接螺柱，其适于通过盖板而被永久地固定；
(b)连接元件，其适于形成环绕连接螺柱并从那里隔开一距离的屏障，从而限定环绕该连接螺柱的混凝土。
优选地，该剪切连接组件包括用于将连接元件保持为环绕该连接螺柱且与其同心的装置。
优选地，该保持装置是在连接器和连接元件之间延伸的夹具。
根据本发明，还提供了一种形成复合混凝土结构的方法，它包括：
(a)组装结构框架，该框架将相互连接的横梁和装在这些梁上的盖板结合成一体；
(b)直立地穿过盖板且与这些梁对准以永久地固定剪切连接螺柱；
(c)相对于盖板来定位连接元件，其中该元件形成了环绕至少一根螺柱并从那里隔开一距离的屏障；以及
(d)把混凝土倾倒在盖板上，从而形成复合结构。
理想地，该方法包括：从一定长度的钢管切割出一个以上的连接元件。
该方法还包括：使螺柱和环绕的连接元件离开盖板肋条一段距离，在盖板肋条处最有可能发生混凝土失效。
根据本发明，还提供了一种与上述连接组件一起使用的夹具。
该夹具的目的是：便于相对连接器来定位连接元件。在通常使用连接组件的困难工作环境中，这是特别重要的事情。
概括地，该夹具包括：
(a)用于将夹具联接到连接元件一部分上的装置，以及
(b)由弹性材料形成的多条支腿，它们向内延伸且具有限定一开口的内端，该开口能够接纳连接器的一部分，并且该开口的直径小于该连接部分的直径，因此在使用中，当把夹具推到连接器上时支腿会偏斜，从而该连接部分通过该开口延伸且支腿的内端接触该连接部分，由此将夹具联接到连接器上。
上述夹具可有效地将夹具并由此将连接元件锁定在连接器上。
优选地，支腿形成为这样，即：当在使用中把夹具推到连接器上以将夹具定位在连接器上时，可使支腿在至少一个方向上弯曲。
优选地，支腿形成为这样，即：当在使用中把夹具推到连接器上以将夹具定位在连接器上时，可使支腿在两个相互垂直的方向上弯曲。
优选地，至少一条支腿包括向上的弯曲。
该弯曲的端部有利于将夹具引导到连接器上。
另外，弯曲的端部有利于相对于连接部分以正确的方向来最初定位该夹具。具体地，该弯曲的端部能明显可见地指示出相对于连接部分夹具的正确定向。
另外，在夹具已经位于连接部分之上后，该弯曲端部可以提高抵抗夹具滑动的能力。具体地，滑动趋于使得向上弯曲的一个或多个端部插入连接部分内，从而提高抵抗其进一步滑动的能力。
优选地，包括弯曲端部的一个或几个支腿还包括支腿部分，其形成为增强支腿的柔性。
该支腿部分减小了在连接器上推动夹具以使夹具定位在连接部分上所需的力，并且使得控制在支腿内的弯曲应力成为可能，从而防止支腿屈服。因为支腿屈服阻止了夹具很好地接合在连接器上，所以其不能使人满意。
该支腿部分优选具有在弯曲端部向外的支腿内曲线弯曲的形式。
该支腿的内端优选相对较宽，从而能够使支腿牢固地抓紧连接部分。
该支腿的内端优选包括凸起，其能够使支腿牢固地抓紧连接部分。
支腿优选由弹簧钢制成。
支腿优选成形为将对流入由围绕连接器的连接元件限定的体积内的混凝土的干涉降低为最小。
用于将夹具联接到连接元件的所述部分上的装置优选包括多个扣环，它们能够夹到该连接元件的上部上。
申请人已经认识到可一体地将上述连接元件与夹具形成为连接元件组件，并且使用这种组合可以获得很大的益处。
因此，本发明也提供了一种用于连接组件上的连接元件组件，该连接组件用于将混凝土体和结构部件连接在一起，其中该连接组件能够抵抗在结构部件和混凝土体之间的剪切力。
该连接组件包括连接元件组件和连接器，该连接器适于埋入混凝土中。
本发明的连接元件组件包括：
(a)限定环绕连接器的混凝土的屏障部分；和
(b)一体形成的夹具部分，用于将连接元件(具体地是屏障部分)联接到连接器上。
该夹具部分优选包括多条由弹性材料形成的支腿，它们从屏障部分的上部开始向内延伸，且具有限定一开口的内端，该开口能够接纳连接器的一部分并且其直径小于连接部分的直径，因此在使用中，当把连接元件推到杆部上时支腿会偏斜，从而该杆部穿过该开口延伸且支腿的内端接触该连接部分，且由此通过定位成包围连接器的屏障部分将连接元件联接到连接器上。
上述连接元件组件可有效地锁定到连接器上。在连接器已经固定(例如，焊接)到结构部件上之后，可以将连接元件组件定位在连接器上。或者，在连接器固定(例如，焊接)到结构部件上之前，可以将连接元件组件定位在连接器上。
该连接器可以是任何合适形式的具有杆部的紧固件，其一端适于埋入混凝土中。例如，该连接器可以是带头的螺柱或者结构螺栓。
该带头的螺柱可以是具有头部元件和杆部元件的两个部件结构，这两个部件具有便于将它们连接起来的互补的螺纹部分。这种结构有利于将该连接元件组件定位在连接器上。具体地，使用这种结构，当通过沿着杆部元件的长度来滑动该连接元件组件且随后将头部元件连接到杆部元件上，以将该杆部元件从头部元件分离时，可以方便地把该连接元件组件定位在杆部元件上。
支腿优选这样成形，即，当在使用中把连接元件推到连接器上以便使连接元件定位在连接器上时，支腿可在一个方向上弯曲。
支腿优选这样成形，即，当在使用中把连接元件向下推到杆部上以使连接元件定位在连接器上时，支腿可在两个相互垂直的方向上弯曲。
优选地，至少一条支腿包括向上的弯曲。
该弯曲端部有利于将连接元件引导到连接器上。
另外，弯曲端部有利于沿着相对于连接部分的正确定向最初定位该连接元件。具体地，该弯曲端部可明显可见地指示连接元件(更具体地，连接元件的夹具部分)相对于连接部分的正确定向。
另外，在连接元件已经位于连接部分之上后，该弯曲端部提高了抵抗连接元件滑动的能力。具体地，滑动趋于使向上弯曲的端部插入连接部分内，从而提高了抵抗其进一步滑动的能力。
包括弯曲端部的支腿优选还包括第一支腿部分，其形成为增强支腿的柔性。
该第一支腿部分减小了在连接器上推动连接元件以便使连接元件定位在连接部分上所需的向下的力，并且使得控制在支腿内的弯曲应力成为可能，从而防止支腿屈服。因为支腿屈服阻止了连接元件(具体地连接元件的夹具部分)很好地接合在连接器上，所以其不能使人满意。
该支腿部分优选具有在弯曲端部向外的支腿内曲线弯曲的形式。
该支腿的内端优选相对较宽，从而能够使支腿牢固地抓紧连接部分。
该支腿的内端优选包括凸起，其能够使支腿牢固地抓紧连接部分。
支腿优选由弹簧钢制成。
支腿优选这样成形，即，将对流入由围绕连接器的连接元件限定的体积内的混凝土的干涉降低为最小。
该开口优选为圆形开口。
根据本发明，还提供了一种制造上述连接元件组件的方法，该方法包括：由钢板冲压出平整坯料，该坯料具有(a)对应于屏障部分的长方形部分和(b)4条从该长方形部分的一侧延伸的细长元件，它们对应于夹具部分的支腿；将该坯料的长方形部分折叠以形成屏障部分；以及使该细长元件形成为夹具部分的支腿。
根据本发明，还提供了一种制造上述连接元件组件的方法，该方法包括：由钢板来压制杯状的元件，该杯状元件具有形成屏障部分的圆柱形壁，以及冲压底部以形成夹具部分的支腿。
附图说明
下面参考附图以示例的方式来进一步描述本发明，在附图中：
图1示出了在建筑结构中常规的复合结构；
图2A是示出了与现有技术的复合梁有关的问题的视图；
图2B示出了与另一现有技术的复合结构有关的问题；
图3是根据本发明实施例的连接组件的透视图；
图4是图3中所示的连接组件的侧面剖视图；
图5是图3中所示的连接组件的另一侧面剖视图；
图6是装有约束夹的、本发明的连接组件的实施例的侧视图；
图7是沿着7-7线剖取的图6的剖面俯视图；
图8是带有加强杆的、图3中所示的连接组件的透视图；
图9是示出了与现有技术相关的第一测试结果的曲线图；
图10是示出了结合本发明的、与图9相同的测试的结果的曲线图；
图11是示出了与本发明相关的第二测试结果的曲线图；
图12是贯穿联接到连接元件上的、本发明夹具的实施例的垂直剖视面；
图13是在图12中所示的夹具和连接元件的俯视图；
图14是贯穿根据本发明的连接元件组件实施例的垂直横截面，该图也示出了连接器的轮廓，并且示出了连接元件组件相对于用在作为连接组件的这些部件中的连接器的位置；以及
图15是在图14中所示的连接元件的俯视图。
具体实施方式
在附图中所示的连接组件包括剪切连接元件10和紧固件形式的连接器，该连接器将混凝土复合结构的部件连接起来。通过以屏障形式包围紧固件且由此限制环绕该紧固件的混凝土，连接元件可以提高延展性和剪切强度，并且由此提高在混凝土复合结构中紧固件的抗剪能力。在作为这里描述的主要实施例的优选实施例中，连接元件包围螺柱形式的连接器，该螺柱直立地安装在复合混凝土梁中的盖板上。然而，应理解，该连接组件可以用到任何涉及使用埋入混凝土中的连接器而将部件连接到混凝土上的复合结构中。
图3示出了标准剪切连接螺柱11，其通过加肋条盖板12直接或者通过预冲孔而焊接到钢次梁13上。剪切连接元件10包围螺柱11。图4是图3的侧面剖视图，但是螺柱11和元件10埋入混凝土床14内。剪切连接元件10位于盖板盘22上，并且形成环绕螺柱的屏障。更具体地，该屏障包围螺柱杆的基部。在优选实施例中，盖板是钢制加肋条盖板，并且螺柱直接或者通过预冲孔借助盖板而焊接到下面的钢梁上。
当把混凝土浇注到盖板上以覆盖螺柱11和元件10时，混凝土流入由元件10所包围区域限定的凹穴15内，并且完全把螺柱和元件埋入混凝土中。使屏障元件10环绕螺柱11具有这样的效果，即，限制了环绕螺柱基部的混凝土，并且防止了混凝土跑出元件的界线。因此，不管形成裂缝或者楔形(它们将把混凝土从螺柱基部周围除去)，都能够牢固地限定螺柱基部。
在所示的实施例中，连接元件10是环形的钢环，其距离螺柱的轴心大约38mm。然而，元件10不必为坚固的环形屏障，而可以为形成具有其他特征和形状的屏障元件。例如，该元件可以是包围螺柱的环形网或者栅格元件，其在限制环绕螺柱基部的混凝土方面仍然有效，并且通过允许湿混凝土流过该网状屏障内的孔，也能够使湿混凝土进入凹穴15内，从而更快、更彻底地填充凹穴。相似地，该元件能够由环绕螺柱且具有足够小螺距的绕组的螺圈构成，从而提供限定边缘的屏障，但是仍然允许混凝土流入绕组之间。钢制元件比较方便、经济，且相对易于使用，然而也可以设想由能够形成合适屏障的其他材料制成的元件。例如，可以使用的其他材料是不与混凝土发生化学反应的高强度塑料或者复合材料。在优选实施例中，该元件是钢环，其由一定长度的钢管切割而成。
在图5所示的实施例中，切割环形环元件的基部以适应边缘或者接头之间的相互连接。类似地，可以改进该元件，以适应例如低肋条的盖板的其他特征。
为了在浇注混凝土之前保持这些元件在位置上同心，使在图6和7中示出的保持夹或者约束夹30位于元件10的顶边21上。该约束夹大体上与弹性挡圈相似，但是其具有三条支臂31，它们彼此之间基本上等分地从半圆中心32向外延伸。中心32夹紧在螺柱11的杆部16周围，且三个支臂31朝向连接元件10的顶边21延伸，并通过在每一支臂31末端的扣环33而夹紧在边21上。约束夹具有弹性，从而支臂31能够保持连接元件10与螺柱11间隔一距离，但是允许有一定程度的柔性，从而能够组装部件并且经得住浇注期间使湿混凝土移动的力。在另一替换实施例中，约束夹仅仅具有两个从半圆中心延伸的相对的支臂。该约束夹可能由弹性塑料制成。如图6所示，将夹30的圆形中心32放在螺柱杆16上的高于元件10的顶部的位置处，支臂向下延伸到边21上，以有效地向下保持元件10，从而在倾倒混凝土期间其不会移动。应理解，约束夹不是唯一的保持元件环绕螺柱的装置，并且任何机械等效结构都能够同样地工作，从而在浇注之前和浇注期间可以把元件保持在正确的位置。下面相对于图12和13来描述保持装置的另一实施例。
在能够使螺柱和空隙之间形成垂直裂缝(即，该裂缝形成为垂直于图4中所示的空隙26)的较高剪切力作用下，在混凝土中的螺柱或者紧固件处爆裂应力加大。在形成如图4中所示的混凝土中的楔形物之前可能发生这种现象。因此，横穿由爆裂应力引起的裂缝来布置加强杆有助于阻止楔形物的形成。图8示出了两根加强杆35，通过横向连接到连接元件10相对两侧上的的横板36，而使这两根加强杆保持与盖板12上的肋条20平行。图4示出了杆的剖视图。横板36焊接到连接元件上并且包含孔37，加强杆35穿过该孔延伸且保持在适当的位置处。加强杆35定向为使得当其埋入混凝土中时，它们横穿可形成爆裂的裂缝，并且通过延伸进入更加坚固的混凝土中，这些杆件锚固环绕螺柱11的混凝土。通过把这些杆件深深放入将要形成楔形物且适当靠近肋条的腹板23的位置处，可以获得最佳效果。
加强杆是有助于提高本发明的连接组件的保持强度的一种方式。另外，螺柱11的头部17应该完全埋入在盖板肋条之上的混凝土覆盖板层内。螺柱11相对于盖板肋条20顶部的高度也会影响连接组件的强度。已经发现：具有在肋条20顶部之上至少40mm高度的螺柱能够改善其性能。另外，把元件10的高度增加到肋条的高度能够将该性能改善为在没有空隙的坚固板层中的剪切连接器的性能。
使用具有95mm高度的螺柱来测试螺柱的性能，该螺柱通过钢制加肋条盖板与具有55mm高度的肋条焊接在一起。图4示出了进行具有和没有元件10的第一次测试。在第一次测试中，发现具有40mm高度且夹住螺柱11的连接元件10能够令人满意地限定环绕螺柱基部的混凝土。因此，具有盖板肋条20高度的至少70％的元件高度将足以限定混凝土并且防止楔形物或裂缝从元件10的顶边21之上进入凹穴15内。如上所述，在该元件高度等于或者超过肋条高度的情况下，可以获得甚至更好的性能。尽管已发现20mm的元件高度能够提供一些改善，但是它不能像40mm高的测试元件那样工作。逻辑上，形成直到达到肋条高度的屏障的元件越高，那么螺柱的性能就越好。被测试元件的钢环具有76mm的外径和2mm的壁厚。
有时将多根螺柱彼此邻近地设置在盖板盘22上，从而增强连接强度。在这种情况下，可以使用分开的元件10包围每一根螺柱，或者作为替换形式，将具有长方形、椭圆形等形状的单一元件布置成包围两根螺柱。在这些情形下，可以设置元件的内分隔壁以对该元件进行划分，从而为每根螺柱自己提供局部限定混凝土的凹穴。因此，当倾倒混凝土时，它会流入包围螺柱的元件的所有凹穴中。该元件防止了在元件的壁中形成裂缝和楔形物。
在没有和设有屏障元件10的情况下，对图4中所示的单独安装的螺柱和盖板组件进行测试，并且在图9和10中分别示出其结果。相对于如图2中示出的螺柱滑移绘出作用在螺柱上的剪切力。该结果显示螺柱的延展性以及由此获得的抵抗剪切力的性能。在图4中，顶部剪切力沿着箭头SF的方向移动。
图9示出了焊接到盖板上的单独安装的螺柱的结果，该螺柱距离盖板肋条20的腹板23的距离基本上相等，如图4所示，只是没有连接元件10或者连接杆35。图9的曲线图表明：在标准6mm滑移处，作用在螺柱上的剪切力为接近53KN。另一重要点为：在大约2mm滑移处具有低于峰值的大致下降的负载，并且根据某些标准，这一特性是脆弱的，因此不能使人满意。
相反，对具有包围连接元件的相同结构进行测试并且在图10的曲线图中示出了其结果。在6mm滑移标记处的剪切力明显较高，为81KN，相对于没有该元件的螺柱几乎提高53％。另外，该曲线图显示：在最大负载之后基本上没有负载的下降，从而表明这种特性是可延展的，因此令人满意。
用在上述测试中的元件具有40mm的高度，并且包围95mm高的螺柱，其中心位于距离肋条腹板23基部68mm的位置处，在肋条腹板处将形成楔形物。螺柱等距离地焊接在右侧肋条25和左侧肋条24之间，计算得出距离右侧肋条25的腹板基部68mm。
已经发现：如果增加螺柱离开起作用的肋条腹板23的距离，那么将会显著提高螺柱的抗剪强度。例如，图5示出了与右侧肋条25相比较其位置更加靠近左侧肋条24的螺柱。随着顶部剪切力沿着箭头SF的方向移动，楔形物很可能形成在右侧肋条25处。因此，进一步远离肋条25移动该螺柱可以增加环绕螺柱基部的、必须除去的混凝土楔形物的尺寸。将螺柱和起作用肋条之间的距离增加与本发明的连接元件的使用相结合能够显著地提高螺柱的抗剪强度和延展性。图11的曲线图示出了如图5所示离开右侧肋条25为100mm位置处的螺柱的剪切力相对滑移量的测试结果。通过40mm高的连接元件包围该螺柱。该曲线图结果表明：在6mm滑移标记处螺柱承受大约115KN的力，并且最后在正好120KN之下断裂，这是非常优越的性能，就好像该螺柱已经位于没有空隙的坚固混凝土板层中一样。
然而，使用更高的连接元件10或者更高的螺柱11并且该螺柱更加靠近肋条也可以获得最佳性能。
应注意，这里所述的所有例子和测试都包含复合次梁内的纵向剪切力，在该梁处于正弯曲的情况下其遭受最大的损坏。然而，应注意到，在负力矩区域内的纵向力增加处的复合次梁内也很有可能发生失效。
如图3和4所示，环绕螺柱设置本发明的连接元件以形成连接组件并且封闭和定位螺柱基部的混凝土的好处是：使螺柱强度和延展性显著且重要地提高，并且使它们整体更加坚固。接下来其转变为复合结构，这样可以显著减小或者完全避免肋条穿通失效的主要问题。另外，由于提高的强度可以带来更短的安装时间和更少的材料，因此能够减少在复合结构中所需的连接组件的数量。使用本发明的连接组件，该复合混凝土结构能够承受很高的最终负载，并且由于增强的结构一体性，可以提供更加可靠和更加经济的建筑。
图12和13示出了夹具的实施例，该夹具用于相对于连接器来保持连接元件3。
在图12中所示的连接元件3形成了在图3和4中公开的那种连接组件的一部分。
连接元件3是具有上部边缘5的钢环形式。
虽然没有示出，但是该连接组件还包括紧固件形式的连接器，该紧固件具有杆部和加大的头部，在把混凝土倒入基础之前，该头部将例如钢柱的部件与下面的基础连接起来。在这一应用中，通过环绕连接器形成屏障并且由此限定环绕紧固件的混凝土，连接元件3提高了该紧固件的延展性和剪切强度，且因此提高了其抗剪能力。
在图12和13中通常用标号7标识的夹具的目的是：在倾倒混凝土之前，便于将连接元件3相对于连接器牢固地定位在适当的位置处。为了达到这一目的，首先使夹具7位于连接元件3上，并且通过使夹具定位在杆部之上且随后把夹具向下推到杆部上，使连接元件3和夹具7的组件位于杆部上。
夹具3包括圆形的外部支架9。该支架9包括具有这样直径的内圆壁11，即，当夹具7联接到连接元件3上时，其能够使该内圆壁接触连接元件3的内表面。该内圆壁为连接元件3和夹具7的组件提供稳定性。
在图12和13中所示的夹具3也包括两对外部扣环13，它们可位于连接元件3的边缘5上且牢固地将夹具7联接到连接元件3上。
夹具7也包括4条从支架9向内延伸的等间距的支腿15。
支腿15由弹簧钢形成。支腿15终止于限定为圆形开口19的内端17，该圆形开口用于接纳连接器的杆部。如上所述，将被限定的开口19的直径选择为小于杆部的直径，从而当夹具向下推到杆部上时，支腿15与连接器接合且因此将夹具联接到连接器上。
支腿包括向上倾斜的部分21，其限定了环绕杆部的截锥形区域。如上所述，这些向上弯曲的部分提供很多好处，包括便于将夹具引导到杆部上、便于沿着相对于该杆部的正确方向最初定位夹具、以及在其已经位于杆部上之后增强阻止夹具向上移动的能力。
在图14和15中所示的连接元件组件旨在用作图3和4中所示那种连接组件的一部分，以在将混凝土倒入基础之前，把例如钢柱的部件连接到下面的基础上。除了该连接元件组件之外，连接组件还包括紧固件形式的连接器4(在图14中用轮廓线部分示出)，该紧固件具有杆部(如该图所示)和在顶部的加大头部(未示出)。在这一应用中，连接元件组件旨在通过形成环绕连接器4的屏障且由此限定环绕连接器4的混凝土，从而提高连接器4的延展性和剪切强度，并且因此提高连接器4的抗剪能力。
在图14和15中所示的连接元件组件包括：(a)屏障部分5和(b)通常用标号7标识的夹具部分。
屏障部分5旨在限定环绕连接器4的混凝土。
夹具部分7旨在在倾倒混凝土之前，便于相对于连接器4将连接元件组件牢固地定位在合适的位置处。
屏障部分5具有圆柱或者环状的形式。
夹具部分7包括4条从屏障部分5向内延伸的等间距的支腿15。
支腿15终止于限定圆形开口19的内端17，该圆形开口用于接纳连接器的杆部。所限定的开口19的直径选择为小于杆部的直径，从而当如图14所示，连接元件组件位于杆部上时，支腿15能够与连接元件组件咬合且因此将连接元件组件联接到连接器4上。
支腿15包括向上倾斜的部分21，其限定了环绕杆部的截锥形区域。如上所述，这些向上弯曲的部分提供很多好处，包括便于将连接元件组件引导到杆部上、便于沿着相对于该杆部的正确方向来最初定位连接元件组件、以及在其已经位于杆部上之后增强阻止连接元件组件向上移动的能力。
支腿15也包括在截锥形区域和支腿15与屏障部分5的接合处之间的向下弯曲的弯曲部25。该弯曲部25增加了支腿15的有效长度。
在使用中，通过支腿21接触该杆部的头部(未示出)而使夹具部分7位于杆部之上，并且随后将连接元件组件向下推到杆部上，可以使连接元件组件位于连接器4的杆部上。
用于制造连接元件组件的一种选择是：由一块平钢板来形成连接元件组件。第一步是由钢板来冲压平整的坯料，该坯料具有：(a)长方形部分(对应于屏障部分5)，以及(b)4个从长方形部分的一侧延伸的细长元件(对应于夹具部分7的支腿15)。下一步是将该长方形部分卷成圆柱形，并且将长方形的端部结合在一起。通过形成在一端的钩件23可以把端部结合在一起，该钩件或者穿过形成在长方形另一端的开口(未示出)且随后折回到圆柱上，或者将端部双重折叠到彼此之上，这样具有不会减小钢制部分的好处。另一但并不是唯一的另一种选择是将端部焊接在一起。最后步骤是使支腿15成形为所需的形状，如图14所示。
用于制造连接元件组件的另一选择是：由一块平整的钢板来压制成具有基底和圆柱形壁的杯子，之后冲压该基底以形成支腿的轮廓，且最后把支腿成形为图14中所示的形状。
在上述的两种选择中，对形成的连接元件进行热处理，以形成高度伸展的弹簧钢。
应理解，对于本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种修改。
例如，虽然在图12到15中所示的实施例包括4条支腿，但是本发明并不限于此，并且可以延伸到具有任何合适数量支腿的夹具和连接元件。
另外，虽然在图12到15中所示的实施例包括径向延伸的支腿，但是本发明并不限于此，并且可以延伸到非径向支腿的支腿。
另外，虽然在图12到15中所示的实施例包括限定环绕杆部的截锥形区域的向上倾斜部分，但是本发明不限于此。
另外，虽然在包括盖板和盖板之上一层混凝土的复合混凝土结构的上下文中描述了附图中所示的实施例，并且其将复合混凝土结构连接到下面的结构部件上，但是本发明并不限于此，并且通常延伸到混凝土结构。例如，本发明延伸到这样的连接组件，即，对于用来支撑带有底板的钢柱和其他结构部件的混凝土底脚等，可使用该连接组件。这些结构通常包括螺栓形式的连接器，该螺栓埋入混凝土底脚中且从该底脚开始延伸，并且提供用于底板的连接点。在这样的结构中，参考图2B，连接组件在钢底板下面颠倒地装在最接近自由边缘的螺栓上。
虽然在附图中所示的实施例涉及其中在使用时连接器从下面的支撑结构开始垂直延伸的结构，但是本发明并不限于此，并且延伸到其他结构，例如，连接器在混凝土体内水平延伸的结构。这种结构的一个具体例子包括带头的螺柱形式的连接器，该带头的螺柱沿着腹板的长度以隔开的间隔焊接到T形截面支撑结构的直立腹板上，并且水平延伸进入混凝土体内。使用该具体结构，可以环绕水平延伸的螺柱来定位连接元件。
虽然在附图中所示的实施例涉及其中连接元件接触盖板的结构，但是本发明并不限于此，并且延伸到这样的结构，即，连接元件间隔地位于盖板之上，从而允许湿混凝土流入盖板和连接元件之间的间隙中。
此外，虽然对本发明的论述集中在沿着特定方向施加的负载上，但是本发明可以同样用在承受沿着一个或者多个方向改变负载的结构上。

Claims (50)

1、一种用于将结构部件与混凝土体连接在一起的连接组件，其中该连接组件能够抵抗在该结构部件和混凝土体之间的剪切力，并且包括：
(a)连接器，其适于埋入混凝土中且适于连接到该结构部件上；以及
(b)连接元件，其适于包围该连接器并且形成屏障，该屏障与连接器隔开并且限定环绕连接器的混凝土。
2、如权利要求1所述的连接组件，其特征在于，还包括用于将所述连接元件保持为环绕连接器的装置。
3、如权利要求2所述的连接组件，其特征在于，所述保持装置是在所述连接器和连接元件之间延伸的夹具。
4、如权利要求3所述的连接组件，其特征在于，所述连接器包括杆部，其一端适于埋入混凝土中，而另一端适于连接到结构部件上，并且其中该夹具包括：
(a)用于将夹具联接到连接元件一部分上的装置，以及
(b)多条由弹性材料形成的支腿，它们向内延伸且具有限定一开口的内端，该开口能够接纳连接器的杆部，并且该开口的直径小于杆部的直径，因此在使用中，当把夹具推到该杆部上时支腿会偏斜，从而该杆部穿过该开口延伸且支腿的内端接触杆部，由此将夹具联接到杆部上。
5、如权利要求2-4中任一项所述的连接组件，其特征在于，所述保持装置适于将连接元件保持为离开连接器，从而在这两个部件之间具有至少20mm的间距。
6、如权利要求2-4中任一项所述的连接组件，其特征在于，所述保持装置适于将连接元件保持为离开连接器至少25mm的间距。
7、如权利要求2-4中任一项所述的连接组件，其特征在于，所述保持装置适于将连接元件保持为离开连接器从而具有至少30mm的间距。
8、如权利要求2-7中任一项所述的连接组件，其特征在于，所述保持装置适于将连接元件保持为离开连接器，从而在这两个部件之间具有至少为混凝土体内的混凝土中骨料最大尺寸的间距。
9、如权利要求2-7中任一项所述的连接组件，其特征在于，所述保持装置适于将连接元件保持为离开连接器，从而具有至少为混凝土体内的混凝土中骨料最大尺寸的1.25倍的间距。
10、如权利要求2-7中任一项所述的连接组件，其特征在于，所述保持装置适于将连接元件保持为离开连接器，从而具有至少为混凝土体内的混凝土中骨料最大尺寸的1.5倍的间距。
11、如前述权利要求中任一项所述的连接组件，其特征在于，从下面一组中选择所述连接元件，该组包括：坚固材料制成的环、由网制成的环以及具有较小间距绕组的线圈。
12、如权利要求11所述的连接组件，其特征在于，所述连接元件为具有较小间距绕组的线圈，并且线圈的末端闭合，从而有利于在线圈中环向应力的发展。
13、如权利要求11所述的连接组件，其特征在于，所述连接元件为由诸如钢的坚固材料制成的连续环。
14、如前述权利要求中任一项所述的连接组件，其特征在于，在由成型盖板支撑混凝土体的情况下，该盖板具有由凹地分开的一根或多根竖立肋条，所述连接元件为环形。
15、如权利要求14所述的连接组件，其特征在于，所述连接元件的高度为盖板上的一根或多根肋条高度的大约60％-80％。
16、一种复合结构，其包括通过连接组件连接在一起的混凝土体和结构部件，该连接组件包括：
(a)连接器，其埋入混凝土中且连接到结构部件上；
(b)连接元件，其包围该连接器并且形成屏障，该屏障与连接器隔开并且限定环绕连接器的混凝土。
17、如权利要求16所述的复合结构，其特征在于，所述连接组件包括用于将所述连接元件保持为环绕所述连接器的装置。
18、如权利要求17所述的复合结构，其特征在于，所述保持装置是在所述连接器和连接元件之间延伸的夹具。
19、如权利要求16-18中任一项所述的复合结构，其特征在于，所述连接元件离开连接器的间距为至少20mm。
20、如权利要求16-18中任一项所述的复合结构，其特征在于，所述连接元件离开连接器的间距为至少25mm。
21、如权利要求16-18中任一项所述的复合结构，其特征在于，所述连接元件离开连接器的间距为至少30mm。
22、如权利要求16-21中任一项所述的复合结构，其特征在于，所述连接元件离开连接器的间距至少为在混凝土体内的混凝土中骨料的最大尺寸。
23、如权利要求16-21中任一项所述的复合结构，其特征在于，所述连接元件离开连接器的间距至少为在混凝土体内的混凝土中骨料的最大尺寸的1.25倍。
24、如权利要求16-21中任一项所述的复合结构，其特征在于，所述连接元件离开连接器的间距至少为在混凝土体内的混凝土中骨料的最大尺寸的1.5倍。
25、一种用在混凝土复合结构制成的建筑物中的剪切连接组件，该混凝土复合结构具有由结构框架上的盖板支撑的混凝土体，该剪切连接组件包括：
(a)至少一根剪切连接螺柱，其适于穿过盖板被永久固定；以及
(b)连接元件，其适于形成环绕至少一根连接螺柱并从那里隔开一间隔的屏障，从而限定环绕该连接螺柱的混凝土。
26、如权利要求25所述的剪切连接组件，其特征在于，还包括用于将连接元件保持为环绕所述连接螺柱且与螺柱同心的装置。
27、如权利要求26所述的剪切连接组件，其特征在于，所述保持装置是在所述连接螺柱和连接元件之间延伸的夹具。
28、一种形成复合混凝土结构的方法，它包括：
(a)组装结构框架，该框架将相互连接的横梁和装在这些梁上的盖板结合成一体；
(b)将剪切连接螺柱穿过盖板且与这些梁对准，从而使剪切连接螺柱被永久地固定；
(c)相对于盖板来定位连接元件，其中该元件形成了环绕至少一根连接螺柱并从那里隔开一间隔的屏障；以及
(d)把混凝土倾倒在盖板上，从而形成复合结构。
29、如权利要求28所限定的方法，其特征在于，还包括：使所述连接螺柱和环绕的连接元件离开盖板肋条一段距离，在盖板肋条处最有可能发生混凝土失效。
30、一种与上述权利要求中任一项所限定的连接组件一起使用的夹具，它包括：
(a)用于将夹具联接到连接元件一部分上的装置，以及
(b)多条由弹性材料形成的支腿，它们向内延伸且具有限定一开口的内端，该开口能够接纳连接器的一部分，并且该开口的直径小于该连接部分的直径，因此在使用中，当把夹具推到连接器上时支腿会偏斜，从而该连接部分穿过该开口延伸且支腿的内端接触该连接部分，由此将夹具联接到连接器上。
31、如权利要求30所述的夹具，其特征在于，所述支腿形成为这样，即，当在使用中把夹具推到连接器上以使夹具定位在连接器上时，能够使支腿在至少一个方向上弯曲。
32、如权利要求30或者31所述的夹具，其特征在于，所述支腿形成为这样，即，当在使用中把夹具推到连接器上以使夹具定位在连接器上时，能够使支腿在两个相互垂直的方向上弯曲。
33、如权利要求30-32中任一项所述的夹具，其特征在于，至少一条所述支腿包括向上的弯曲。
34、如权利要求33所述的夹具，其特征在于，包括弯曲端部的一条或多条支腿还包括：形成为增强支腿的柔性的部分。
35、如权利要求34所述的夹具，其特征在于，所述支腿部分具有在弯曲端部向外的支腿内曲线弯曲的形式。
36、如权利要求30-35中任一项所述的夹具，其特征在于，所述支腿的内端相对较宽，从而能够使支腿牢固地抓紧连接部分。
37、如权利要求30-36中任一项所述的夹具，其特征在于，所述支腿的内端包括凸起，其能够使支腿牢固地抓紧连接部分。
38、如权利要求30-37中任一项所述的夹具，其特征在于，所述支腿形成为将对流入由围绕所述连接器的连接元件所限定的体积内的混凝土的干涉降低为最小。
39、如权利要求30-38中任一项所述的夹具，其特征在于，用于将夹具联接到连接元件的所述部分上的装置包括多个扣环，它们能够夹到所述连接元件的所述部分上。
40、一种用于连接组件中的连接元件组件，该连接组件用于将混凝土体和结构部件连接在一起，其中该连接组件包括连接元件组件和连接器，该连接器适于埋入混凝土中且适于连接到结构部件上，且该连接元件组件包括：
(a)限定屏障的连接元件，以限定环绕该连接器的混凝土；和
(b)一体形成的夹具部分，用于将连接元件联接到连接器上。
41、如权利要求40所述的连接元件组件，其特征在于，所述夹具部分包括多条由弹性材料形成的支腿，它们从屏障部分的一部分向内延伸，且具有限定一开口的内端，该开口能够接纳连接器的一部分并且其直径小于连接部分的直径，因此在使用中，当把连接元件推到连接器上时支腿会偏斜，从而该连接器穿过该开口延伸且支腿的内端接触该连接部分，且由此通过定位成包围该连接器定位的屏障部分而将连接元件联接到连接器上。
42、如权利要求41所述的连接元件组件，其特征在于，所述支腿形成为当在使用中把连接元件推到连接器上以使该连接元件定位在连接器上时，支腿能够在至少一个方向上弯曲。
43、如权利要求41或者42所述的连接元件组件，其特征在于，所述支腿这样形成，即，当在使用中把连接元件向下推到杆部上以使连接元件定位在连接器上时，支腿能够在两个相互垂直的方向上弯曲。
44、如权利要求41-43中任一项所述的连接元件组件，其特征在于，至少一条所述支腿包括向上的弯曲。
45、如权利要求44所述的连接元件组件，其特征在于，包括弯曲端部的一条或多条支腿还包括第一支腿部分，其形成为增强支腿的柔性。
46、如权利要求45所述的连接元件组件，其特征在于，所述第一支腿部分具有在弯曲端部向外的支腿内曲线弯曲的形式。
47、如权利要求41-46中任一项所述的连接元件组件，其特征在于，所述支腿的内端相对较宽，从而能够使支腿牢固地抓紧连接部分。
48、如权利要求41-47中任一项所述的连接元件组件，其特征在于，所述支腿的内端包括凸起，其能够使支腿牢固地抓紧连接部分。
49、一种制造如权利要求40-48中任一项所述的连接元件组件的方法，该方法包括：由钢板冲压出平整坯料，该坯料具有(a)对应于屏障部分的长方形部分和(b)4条从该长方形部分的一侧延伸的细长元件，它们对应于夹具部分的支腿；将该坯料的长方形部分折叠以形成屏障部分；以及使该细长元件成形为夹具部分的支腿。
50、一种制造如权利要求40-48中任一项所述的连接元件组件的方法，该方法包括：由钢板来压制杯状元件，该杯状元件具有形成屏障部分的圆柱形壁；和冲压底部以形成夹具部分的支腿。
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