CN1786362A - 配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构。摩擦抗剪板包括内侧有与方型柱或与圆型柱相配合的摩擦面，外侧有抗剪板，由四个摩擦抗剪板组合后总体外表面均形成同样的方型节点柱可与连接卡相配合。连接卡包括卡主体，卡主体的两端分别设置有两个横截面为门形的卡翼，该卡翼包括与卡主体连接的承载板，与其相对的预紧板，和连接上述两板的自锁紧固板，在自锁板、预紧板上均有通孔。本发明利用了摩擦、自锁原理，摩擦抗剪板通过蝶型自锁连接卡获得对螺丝放大了的压力，又放大了蝶型自锁连接卡与柱面的有效摩擦面以获得促够的摩擦力，转为承载力作用于节点的横梁，使其接点强度和刚度及承载力均达到理想。

Description

配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构

技术领域

本发明涉及一种建筑结构及其连接件，具体说，涉及一种建筑钢框架节点的配合有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及其建筑钢框架节点连接结构。

背景技术

建筑钢框架中，其竖粱采用方钢管柱，横粱采用“H”型钢梁或“工”字型钢梁，两者的连接质量是结构承载能力及抗震能力的关键。传统的钢结构节点连接一般采取对接方式焊接或焊接和螺栓结合连接方式，其缺点是应力的传递差、难以释放容易造成应力集中，局部破坏性大，力学特性依赖于柱的材质与壁厚，且经济性差。

ZL02235905.2实用新型公开了一种“蝶型自锁连接卡”，包括卡主体，在卡主体4的两端分别设置有具有自锁肩的、相互平行的两个卡翼，各卡翼与卡主体4连接的一面，其上具有通孔。所述自锁肩是在与卡主体两端连接的卡翼板上凸起的相对侧面，它既对竖柱1有卡紧作用，又对横梁有压紧作用。其作用是有效的解决了在有限空间内使节点的强度和刚度达到最佳。但其不足之处在于该连接卡对所连接的横梁的界面形状要求复杂，且实现三维交叉连接不理想，也无法实现与园形柱的连接且承载能力有限。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足，提供一种不破坏竖柱连接面的建筑钢框架节点的，配合有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及其建筑钢框架节点的连接结构，不仅使连接强度和刚度达到理想，而且通过变换摩擦抗剪板而实现“H”型钢梁或“工”字型钢梁与方形柱连接，或与圆形柱三维连接，且有理想的承载能力。

本发明所述的摩擦抗剪板，包括主体是一对相互垂直的平面，两平面的一边相连另一边分开形成V形槽状，形成V形槽的一对两平面称V型摩擦板，在V型摩擦板的两个互为垂直的内表面与所连接的方型柱相配合，外表面的同一端各有一个垂直于摩擦板外表面的立板称抗剪板，其上有孔，整个构件称V型摩擦抗剪板。如果是与圆柱相配合，则将原结构被称为V型摩擦抗剪板的内侧连接一个弧度半径与所连接的圆柱相同的弧形摩擦板称为C型摩擦板，原V型摩擦板则称为摩擦支撑板。有摩擦支撑板的C型摩擦板加外表面的抗剪板统称为C型摩擦抗剪板。

所述V型摩擦板，其内侧与所连接的方形柱面相配合产生摩擦面，外侧与“蝶型自锁连接卡”的自锁肩相接触传递“蝶型自锁连接卡”压力。

所述C型摩擦板，其内侧与所连接的圆形柱面相配合产生摩擦面，外侧为V型摩擦支撑板与“蝶型自锁连接卡”的自锁肩相接触传递“蝶型自锁连接卡”压力。

所述抗剪板，置于V型摩擦板或C型摩擦板外侧的一端，且垂直于每个外表面，与之相连接，起支撑“H”型钢梁或“工”字型钢梁的作用。

所述V型摩擦板或C型摩擦板，在和方型柱配合是用V型摩擦板，和园型柱配合是用C型摩擦板，其特征是，由四个V型摩擦板组合后总体外表面形成方型节点柱，由四个C型摩擦板组合后总体外表面仍然形成方型节点柱，形成了同样的与蝶型自锁连接卡的配合面。

本发明所述的蝶型自锁连接卡，包括卡主体，在卡主体的两端分别设置有两个横截面为门形的卡翼，该卡翼包括与卡主体4连接的承载板，与其相对的预紧板，和连接上述两板的自锁紧固板，在自锁板上具有至少两个通孔，在预紧板上具有至少一个通孔。

所述预紧板平行于承载板，或者所述预紧板倾斜于承载板设置。

所述自锁板靠近卡主体的一端具有凸出的自锁肩，该自锁肩与卡主体的连接处具有朝向自锁紧固板方向的圆弧凹槽，其另一端与预紧板的连接面为斜面。

所述自锁肩与预紧板的连接面的倾斜角为大于预紧时承载板7转动的角度的2倍。

本发明所述的建筑钢框架节点连接结构，包括竖柱、横粱、摩擦抗剪板和连接前两者的连接卡。其特征是所述摩擦抗剪板包括摩擦板和抗剪板，将四个摩擦抗剪板放置于竖柱的四个棱上，抗剪板置于下方，用螺丝将四个摩擦抗剪板的每相邻的两个抗剪板相联接，形成了四个抗剪肩，起支撑节点的四个“H”型梁或“工”字型梁的作用。所述连接卡包括卡主体，在卡主体的两端分别设置有两个横截面为门形的卡翼，该卡翼包括与卡主体4连接的承载板，与其相对的预紧板，和连接上述两板的自锁紧固板，在自锁板上具有至少两个通孔，在预紧板上具有至少一个通孔，所述主体卡位于竖柱的两相对的侧面及摩擦抗剪板外面和抗剪板上面，卡翼的预紧板相对放置，横粱的腹板插入相对设置的两个卡翼的预紧板之间，其翼板放置在自锁紧固板上，用螺丝先将两个预紧板与横粱的腹板固定连接，然后用螺丝连接自锁紧固板与横梁的上、下翼板。

所述连接卡的上、下两平行自锁紧固板的外表面之间的距离根据所要安装的横粱的高度确定；主体卡一端的自锁肩与同一平面上的另一端的自锁肩之间的距离根据所要安装的竖柱的宽度和摩擦抗剪板厚度而确定；两相对预紧板之间的间隙大于横粱腹板的厚度。

本发明所述的建筑钢框架节点的配合有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及其建筑钢框架节点的连接结构，利用了摩擦和自锁原理，使其节点的承重、强度和刚度可以达到理想，与对接方式比没有因焊接产生的应力，减小了连接强度受螺丝和被连接的基体强度的影响，消除了连接孔对柱体的损害，去掉了对柱节点的加工成本。与现有的连接方式相比，采用同型号的竖柱和横梁时，能最大限度的实现其连接刚度和强度，最大的特点是能直接传递应力，大大的减小了应力集中。其有益效果是：

1.有效的解决矩形柱与“H”型梁或“工”字型梁的连接；

2.节点的抗变形力臂在限定横梁和竖柱几何空间的条件下达到了充分发挥；

3.“H”型梁或“工”字型梁之间在节点上的横向连接是通过蝶型自锁连接卡相互连接，因而在横梁的轴向连接上是刚性的，纵向交叉方向上的是通过摩擦自锁方式连接，使得节点在受到破坏时不损坏竖柱，使整体系统的安全性得到有效提高；

4.摩擦抗剪板的作用，在于当同样的自锁压力下使得有效摩擦面比靠蝶型自锁连接卡的自锁肩的接触面积可以放大几倍至几十倍，以获得足够承载摩擦力。

5.基于以上的特点，使得各个轴向力的传递良好，因而避免了应力集中，且在各方向上的应力传递干扰很小，使得宏观上各节点的应力分布可达到均匀，因而能大大提高整体结构的功效。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明所述V型摩擦抗剪板和C型摩擦抗剪板的立体图；

图2是本发明所述V型摩擦抗剪板组合后的立体图；

图3是本发明所述C型摩擦抗剪板组合后的立体图；

图4是本发明所述蝶型自锁连接卡的立体图；

图5是本发明所述建筑钢框架方型柱和圆型柱节点连接结构立体图；

图6是图5的俯视图，其中去掉了横粱的翼板，表示连接卡的一个实施例；

图7是图6所示结构的另一个实施例；

图8是现有连接结构的整体受力分析图；

图9是本发明所述连接结构的受力分析图。

具体实施方式

参见图1、图2、图3、图4、图5和图6，本发明所述的建筑钢框架节点连接结构包括竖柱1、横粱2和连接两者的连接卡3和摩擦抗剪板11或12。所述V型摩擦抗剪板11包括V型摩擦板14，在V型摩擦板的两个外表面的同一端各有一个垂直于外表面的抗剪板13，其上有孔。整个构件称V型摩擦抗剪板11。如果是与圆柱相配合，则将原结构被称为V型摩擦抗剪板11的内侧连接一个弧度半径与圆柱相同的弧形摩擦板称为C型摩擦板15，原V型摩擦板14则称为摩擦支撑板16。有摩擦支撑板16的C型摩擦板15加外表面的抗剪板统称为C型摩擦抗剪板12。所述V型摩擦板11或C型摩擦板12，在和方型柱配合是用V型摩擦板11，和园型柱配合是用C型摩擦板12，其特征是，由四个V型摩擦板11组合后总体外表面形成方型节点柱18，由四个C型摩擦板组合后总体外表面仍然形成方型节点柱18，形成了同样的与蝶型自锁连接卡的配合面。所述连接卡3包括卡主体4，在卡主体4的两端分别设置有两个横截面为门形的卡翼5，该卡翼5包括与卡主体4连接的立板称为承载板7，与其相对的立板称为预紧板6，和连接上述两板的连接板称为自锁紧固板9，在自锁板9上具有至少两个通孔，在预紧板6上具有至少一个通孔。

一般情况下，横粱相互之间是垂直布局，因此，所述预紧板6平行于承载板7，见图6。在某种情况下，其中的一根或两根横粱需要在水平方向转折一个角度，因此，所述预紧板6倾斜于承载板7设置，见图7，其倾斜角根据实际需要确定。

所述自锁板9的内端，即靠近卡主体4的一端具有凸出的自锁肩8。该自锁肩与卡主体4的连接处具有朝向自锁紧固板方向的圆弧凹槽，其另一端与预紧板6的连接面为斜面。该连接面的倾斜角大于预紧时承载板7转动的角度的2倍。

安装时，以方柱为例，将四个V型摩擦抗剪板11放置于竖柱1的四个棱上，抗剪板13置于下方位置其上有孔，用螺丝将四个V型摩擦抗剪板11的每相邻的两个抗剪板13相联接，形成了四个抗剪肩17见图2、图3，起支撑节点的四个“H”型梁或“工”字型梁的作用。由四个V型摩擦板11组合后总体外表面形成方型节点柱18见图2，形成了与蝶型自锁连接卡的配合面。将主体卡4放置在竖柱1的两相对的侧面及摩擦抗剪板11外面和抗剪肩17上面，卡翼5的预紧板6相对放置，横粱2的腹板，即“H”型梁或“工”字型梁的腹板插入相对设置的两个卡翼5的预紧板6之间，其翼板放置在自锁紧固板9上，用螺丝10先将两个预紧板6与横粱的腹板固定连接，其作用在于通过拉紧预紧板6而带动承载板7弯折，使自锁紧固板9的自锁肩8锁定摩擦抗剪板11与竖柱1且定位横梁2，然后用螺丝连接自锁紧固板9与横梁2的上下翼板，其作用在于获得足够的纵向承载力和最大力矩。在竖柱的另两个对称面上如果需要连接横梁，其安装与此相同。

所述摩擦抗剪板11的摩擦板12长度根据所要安装的横粱的高度确定，摩擦板12宽度根据所要安装的主体卡4的自锁肩8的位置、宽度及立柱的宽度确定。抗剪板13的高度根据承载大小确定，抗剪板13的宽度即位置根据“H”型梁或“工”字型梁2的安装位置确定。

所述连接卡3的上、下两平行自锁紧固板9的外表面之间的距离S根据所要安装的横粱的高度确定；主体卡4一端的自锁肩8与同一平面上的另一端的自锁肩8之间的距离L根据所要安装的竖柱1的宽度确定；两相对连接卡3的预紧板6之间的距离A根据腹板的厚度确定，即是说，两相对预紧板6之间的间隙A大于横粱腹板的厚度。主卡的厚度与承载板的宽度，根据承载大小确定。

两相对预紧板6之间的间隙A略大于横粱腹板的厚度时其夹紧力增强。

在紧固过程中，两个自锁紧固面9上的自锁肩8向摩擦抗剪板11及竖柱1压紧。根据卡翼的长度与自锁肩宽度比可以几倍至十几倍于螺丝的紧固压力夹紧摩擦抗剪板11及竖柱1，使之在完成横梁连接的同时又完成了与竖柱的连接。两个连接卡的四个自锁肩能使力量充分平衡，使其连接角度完全根据卡的自锁肩定，并从三维空间结构上充分利用了力臂作用，消除了结构的节点薄弱问题；消除了焊接的节点的内应力大的问题，由于连接不依赖机体，可实现节点连接强度大于基体，且可通过改变预紧板6与承载板7之间的夹角，而改变横粱，即“H”型梁或“工”字型梁2在水平方向的角度见图7。

如果是与圆形柱连接，则将四个C型摩擦抗剪板12放置于竖柱1的四个相对各为90度的弧面分割点上，抗剪板13置于下方位置其上有孔，用螺丝将四个C型摩擦抗剪板12的每相邻的两个抗剪板13相联接，形成了四个抗剪肩16，由四个C型摩擦板12组合后总体外表面形成方型节点柱18，形成了与蝶型自锁连接卡的配合面。见图3，以后的安装同方型柱。

下面对本发明所述的钢框架连接结构的受力情况与现有的钢框架连接结构的受力情况进行分析比较。

参见图8，在现有技术中，当竖柱1左边的横梁2受到外力时，首先通过焊接点21传递到法兰盘22，法兰盘22再通过螺栓传递到竖柱1，竖柱1再通过螺栓传递到对面的法兰盘23，法兰盘23通过其上的焊接点24传递到右横梁，完成了传递过程。

图9是本发明所述的钢框架连接结构，当左边的横梁2受到外力时，首先通过螺栓传递到蝶型自锁连接卡3，自锁连接卡3将力通过右边螺栓传递给右横梁，只有部分力传递给竖柱1。

从两种不同的力的传递过程可得出：①横向力：现有技术中，力在节点上的传递必须通过柱体传递。而本发明所述的连接结构，力在节点上的传递只通过连接卡完成。因此节点产生破坏时现有的连接方法容易使柱体表面产生撕裂，导致横向和纵向均遭到破坏；而本发明的连接结构，力在节点上的传递只通过连接卡完成，只将部分力传给柱体，连接卡起了桥梁作用，因此节点产生破坏时只会拉断卡翼不会撕裂柱体；②纵向力：现有的连接，力在节点上近似于作用于柱体的一个面。而本发明由于结构的桥梁作用，力在节点上作用于柱体多个面，而当产生破坏时现有的连接通常使柱体表面产生撕裂，而本发明的连接节点结构仅产生位移而不会产生断裂，位移时角度产生变化后会使结点卡得更紧而不会失控；③本发明的节点结构比现有的连接方式的抗冲力能力强，力的传递好、释放快；④V型摩擦抗剪板11或C型摩擦抗剪板12的作用在于充分传递了“蝶型自锁连接卡”的压力同时放大了与所连接的柱面的有效摩擦面，而获得足够的承载力。⑤根据以上特点，该结构在宏观其节点受力分配均匀。

本发明所述的连接卡与方形或圆形柱的连接是通过锁紧预紧面的螺丝使自锁肩压紧摩擦抗剪板与柱面产生摩擦力实现自锁紧固的，承载力是由摩擦抗剪板与柱面获得的摩擦力通过抗剪肩作用给“H”型梁或“工”字型梁的，卡与横梁的连接是通过螺栓使卡翼与横梁搭接方式实现的；空间的交叉方式是由蝶型自锁连接卡两端的卡翼形状决定的。

Claims (10)

1.一种配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构，其特征是，由四个V型摩擦抗剪板(11)来配合方型柱或由四个C型摩擦抗剪板(12)来配合圆型柱的均含有抗剪板(13)组合成的方型节点柱，再与蝶型自锁连接卡(3)相连接组成的，配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构。

2.根据权利要求1所述的配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构，其特征是，V型摩擦抗剪板(11)包括一个V型摩擦板(14)，在V型摩擦板的外表面有抗剪板(13)其上有孔。

3.根据权利要求1所述的配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构，其特征是，C型摩擦抗剪板(12)包括一个C型摩擦板(15)和V型摩擦支撑板(16)，在V型摩擦支撑板的外表面有抗剪板(13)其上有孔。

4.根据权利要求1所述的配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构，其特征是，V型摩擦抗剪板(11)或C型摩擦板(12)，在和方型柱配合时用V型摩擦抗剪板(11)，和圆型柱配合时用C型摩擦抗剪板(12)，由四个V型摩擦抗剪板(11)组合后总体外表面形成方型节点柱(18)，由四个C型摩擦抗剪板组合后总体外表面仍然形成方型节点柱(18)，形成了同样的与蝶型自锁连接卡的配合面。

5.根据权利要求1所述的配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构，其特征是，蝶型自锁连接卡(3)包括卡主体(4)，在主体卡(4)的两端分别设置有两个横截面为门形的卡翼(5)，该卡翼(5)包括与卡主体(4)连接的承载板(7)，与其相对的预紧板(6)，和连接上述两板的自锁紧固板(9)，在自锁板(9)上具有至少两个通孔，在预紧板(6)上具有至少一个通孔。

6.根据权利要求5所述的连接卡，其特征是，预紧板(6)平行于承载板(7)，或者所述预紧板(6)倾斜于承载板(7)设置。

7.根据权利要求1所述的连接卡，其特征是，自锁板(9)靠近卡主体(4)的一端具有凸出的自锁肩(8)，该自锁肩与卡主体(4)的连接处具有朝向自锁紧固板方向的圆弧凹槽，其另一端与预紧板(6)的连接面为斜面。

8.根据权利要求6所述的连接卡，其特征是，所述自锁肩(8)与预紧板的连接面的倾斜角(α)为大于预紧时承载板(7)转动的角度的2倍。

9.根据权利要求1所述的配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构，其特征是，建筑钢框架节点连接结构，包括竖柱(1)、横梁(2)、V型摩擦抗剪板(11)或C型摩擦抗剪板(12)和连接前者的连接卡(3)，所述V型摩擦抗剪板(11)包括内侧为V型摩擦板(14)可与方柱配合；所述C型摩擦抗剪板(12)，内侧为C型摩擦板(15)可与圆柱配合，外表侧为V型摩擦支撑板(16)表面均有抗剪板(13)其上有孔；所述连接卡(3)包括卡主体(4)，在卡主体(4)的两端分别设置有两个横截面为门形的卡翼(5)，该卡翼(5)包括与卡主体(4)连接的承载板(7)，与其相对的预紧板(6)，和连接上述两板的自锁紧固板(9)，在自锁紧固板(9)上具有至少两个通孔，在预紧板(6)上具有至少一个通孔，所述主体卡(4)位于方型节点柱的两相对的侧面上，卡翼(5)的预紧板(6)相对放置，横梁(2)的腹板插入相对设置的两个卡翼(5)的预紧板(6)之间，其翼板放置在自锁紧固板(9)上，用螺丝(10)先将两个预紧板(6)与横梁的腹板固定连接，然后用螺丝连接自锁紧固板(9)，与横梁(2)的上、下翼板。

10.根据权利要求1或9所述的配有摩擦抗剪板的蝶型自锁连接卡及建筑钢框架节点结构，其特征是，所述连接卡(3)的上、下两平行自锁紧固板(9)的外表面之间的距离根据所要安装的横梁的高度确定；主体卡(4)一端的自锁肩(8)与同一平面上的另一端的自锁肩(8)之间的距离根据所要安装的竖柱(1)的宽度确定；两相对预紧板(6)之间的间隙(A)之间的间隙(A)等于或大于横梁腹板的厚度。

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