CN205013461U - 一种榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点 - Google Patents

Abstract

一种榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点，其特征在于：一对扣件①、主螺栓丝杆②、主螺母及垫片③、若干次螺栓丝杆④、若干次螺栓螺母及垫片⑤组成一套扣件连接副。两根或多根连接端为方形的杆件⑥通过扣件连接副形成节点，便于杆件和扣件多次拆装并重复使用。杆件端部有不少于一对的垂直于杆件的榫件⑦。扣件上有主螺栓套管⑧、加劲肋⑨、卯孔⑩、若干次螺栓孔和安装支撑或拉索的腰眼。杆端连接部位可增加套管或内衬加劲肋增加强度和刚度。该节点用于篷房、营地建筑、展览或观演棚、临时构架、货框、广场花架、体育游乐设施、可移动房屋、工棚、应急蔽护所等需多次拆装并重复使用的非永久性结构。

Description

一种榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点

一、技术领域：

本实用新型涉及一种结构构件的连接节点，特别是一种榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点。

二、背景技术：

非永久性结构构件，过去一般采用管卡或穿孔的螺栓连接，也有采用焊接节点的轻型钢结构。管卡与杆件靠摩擦连接，过紧会造成杆件特别是薄壁杆件连接端局部损坏；过松存在移位和滑脱的问题，安装时还需要预留一定的富余长度，多根杆件集中在一个节点也有难度；穿孔的螺栓连接，栓孔部位局部受力过大或多次重复拆装均会导致杆件孔眼局部损坏，竹、木杆件出现栓孔腐烂，薄壁钢管出现局部翘曲和锈蚀，铝管出现局部翘曲、孔径扩大、孔边皲裂。非永久性结构如果采用焊接连接的轻型钢结构，材料不能无损重复利用，焊接安装和切割拆除作业工作量大、耗能高、排放有害气体，造成材料的浪费、人力成本增加且不利于环保。

本实用新型连接节点，为全新的榫卯与螺栓组合连接，专门为结构多次拆装并重复使用而设计，安装过程主要是构件组装，操作简单、耗能低、不排放有害气体、杆件与扣件连接副均无损重复利用，特别适合非永久性结构。非方形截面的受力杆件可以在构件端部转换为方形截面后采用本实用新型连接节点进行结构连接。

三、实用新型内容：

1、所要解决的技术问题：

本实用新型“一种榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点”，所要解决的技术问题是：非永久性结构构件的连接节点，如何便捷地、多次地安装和拆除并重复利用而不损坏节点扣件连接副或杆件及连接接头？

2、解决此问题的技术方案：

两根或多根连接端为方形的杆件⑥通过扣件连接副连接形成节点，杆件⑥与扣件①为榫卯连接，扣件连接副由一对扣件①、一枚主螺栓②、主螺栓螺母及垫片③、若干次螺栓丝杆④和次螺栓螺母及垫片⑤组成，杆件⑥和扣件连接副均便于结构多次拆装并重复使用。该节点扣件为多向空间体，较薄材料即可获得较大刚度，传力可靠、加工简单、扣件和杆件材质多选，拆装储运方便，尤其是利用榫卯连接易拆装的特性，方便、多次、反复地安装与拆卸而不对结构构件造成损坏，特别适合多次拆装并重复使用的非永久性结构。以下将该技术方案进行分解表述：

杆件⑥连接端为方形截面，每一连接端有至少一对榫件⑦，安装后榫件⑦与扣件①形成榫卯连接，传递轴力、剪力、扭矩和弯矩。根据方形具有普遍性通用性而设计的杆件连接端截面为方形，方形截面即使不依赖榫件也可传递扭矩。杆件、榫件和扣件的规格与材质、榫件及对应卯孔的数量与截面尺寸都取决于杆件的内力。优化设计后相同或不同的材质均可构成一个完整的、榫卯与螺栓细合连接的、易拆装的结构构件连接节点。杆件⑥在轴线方向受到拉力或压力时，榫件⑦与卯孔⑩共同约束杆件⑥沿轴线方向的位移，传递轴力；节点安装完成后的扣件①约束着杆件⑥在垂直于杆件⑥轴线任何方向的位移，传递剪力；杆件⑥受到绕轴线方向的扭转时，除方形截面本身的约束外，榫件⑦与卯孔⑩的榫卯作用也约束杆件⑥绕轴线方向的转动，传递扭矩；在外力作用下，杆件⑥的横截面出现受压区或受拉区而发生形变时，杆件⑥与扣件①相互约束而阻碍这种形变，从而传递弯矩。

每个节点上的两个扣件①折角凹面相对，正好包住杆件⑥的端部连接部位，杆件⑥连接端外表面与扣件①内表面贴合一致。扣件①一侧为凹面，另一侧为凸面，凹面相对且螺栓孔对齐时所形成的空间正好卡住杆件⑥的端部连接部位，杆件⑥连接端外表面与扣件①的内表面紧密贴合，实际应用时如果需要在扣件与杆件连接端之间增加垫片，螺栓丝杆的长度和榫件突出扣件的长度相应增加，不影响榫卯连接和螺栓的紧固、不影响内力的传递。

杆件⑥连接端的榫件⑦对应扣件①上的卯孔⑩。榫件⑦与卯孔⑩是一一对应的，每一个节点，有多少个榫件就有多少个卯孔，榫件套入卯孔即形成榫卯连接，该榫卯连接发挥作用的前提是该节点正反两个扣件通过螺栓连接在一起，形成榫卯与螺栓组合连接。

每个节点可连接杆件⑥的肢数不低于两个，相邻两肢飞边连接过渡处有安装支撑或拉索的腰眼各肢截面形心线交会于主螺栓套管⑧圆心，但各肢截面形心线不仅限于在同一平面。扣件的作用是将两根或两根以上的杆件连接在一起，扣件的肢数等于该节点需要连接杆件的数量，不低于两个。次螺栓孔所在的折边称为飞边，在腰眼附近通过加宽飞边来减少转折部位(即飞边连接过渡处)的应力集中。各肢截面形心交汇于主螺栓套管圆心，避免各肢杆件内力偏心而产生附加弯矩。当各肢形心线在同一平面时，该节点为平面节点；当各肢形心线不尽在同一平面时，该节点为空间节点。腰眼用于安装结构支撑或拉索，腰眼的大小、形状和位置在正反扣件对扣时是一致的，支撑连接件或拉索能顺利穿过正反扣件的腰眼。

扣件各肢均有折弯状飞边，两个扣件①折角凹面对扣时飞边贴合，飞边贴合面不仅限于在同一平面，飞边上的螺栓孔数量、位置和大小一致。主螺栓连接处正反两个扣件的主螺栓限位套筒⑧紧密贴合，次螺栓④连接处次螺栓孔所在的飞边面也紧密贴合，从而保证所有螺栓的紧固。平面节点的飞边在同一平面，空间节点的飞边不尽在同一平面，但无论哪种节点，正反两个扣件上的飞边均为紧密贴合的，且贴合后螺栓孔的数量、位置和大小一致。

当杆端连接部位为空心管且管壁较薄时，在端部增加套筒或内衬加劲肋来增加局部强度和局部刚度，必要时通过封端板也能增加局部刚度。当杆端连接部位为空心管且管壁较薄时，管壁在榫件连接区域有可能发生翘曲而导致榫卯失效，通过外部增加套管、内部增加加劲肋或端部增加封端板几种措施之一种或几种来增加杆端连接部位的强度和刚度，满足连接部位使用要求。并不排除实心杆件增加套筒和封端板的可能。

当各肢截面形心线位于同一平面时，可以组成L型、T型、X型、Y型、V型、十字型、木字型或米字型平面节点；当各肢截面形心线不全在同一平面时，可以组成俯视图为L型、T型、X型、Y型、十字型、木字型或米字型空间节点。扣件的肢数即为被连接构件的肢数，无论各肢形心线是否在同一平面，两根或两根以上杆件正交、斜交或部分正交部分斜交的连接，可以组成平面或俯视图为L型、T型、X型、Y型、V型、十字型、木字型或米字型的节点。

非方形截面的受力构件可以在构件端部转换为方形截面后进行结构连接。被连接杆件的截面形式不受制约，非方形截面的杆件将端部连接部位设计为带榫件⑦的、与扣件匹配的方形截面即可套入扣件，进行榫卯与螺栓的组合连接。

次螺栓丝杆④不仅限于两个联排的U型，单个的直螺丝杆、三个联排的E型丝杆及三个以上联排的丝杆均可用于两个扣件①的连接与紧固。U型(直弯)、E型及三根以上丝杆联排可以提高螺栓安装的效率，说明书附图以U型(直弯)为例，不排除单个的直螺丝杆、三个联排的E型丝杆及三个以上联排的丝杆用于两个扣件①的连接与紧固。

主螺栓②一端设小帽，用于篷布、绳、网的钩挂或屋盖系统(檩条、小型梁、围护结构)的安装、避雷装置的连接；主螺栓②另一端设保险栓孔避免主螺栓螺母松动造成危险，同时方便悬挂重物或其它需要的设施。

3、对照现有技术阐明本实用新型榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点的有益效果：

采用榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点，可以避免过去管卡连接过紧造成杆件损坏、过松造成管卡移位甚至滑脱的问题，杆件不必在节点处预留一定的长度，可以解决多根杆件交会于在同一节点的问题；可以避免杆件穿孔连接造成的局部翘曲、变形、锈蚀、腐烂、孔径扩大或孔边皲裂等问题；可以避免非永久性结构盲目滥用轻钢结构造成的材料浪费、避免非永久性结构采用轻钢结构时耗能较高的焊接安装与切割拆除、避免排放有害气体对环境造成的污染；扣件、杆件和零配件均采用标准化、工厂化生产，拆装式结构还节约物流配送与转运成本，现场作业工作量较少，还可以减少现场临时设施建设、降低人力和建设成本。榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点，广泛适用于篷房、营地建筑、展览或观演棚、临时构架、物流货框、广场花架、体育游乐设施、可移动房屋、工棚、应急蔽护所等需要多次拆装并重复使用的非永久性结构，也适用于缺乏电力供应的湿地、岛屿、草原和沙漠地区搭建临时建筑。

四、附图说明：

说明书附图是以方形杆件(带方形套筒、带加劲肋)、三肢扣件和次螺栓为U型(直弯)为代表来绘制的连接节点分解图，用以表述节点中扣件、杆件、榫件、卯孔和其它零部件的构成。附图中的编号仅表示构件或构件的部位名称，编号相同并非一定具有相同的规格或材质；附图中榫件和卯孔的样式及数量、次螺栓的样式和数量以及腰眼的数量均系示意，具体设计还要根据项目实际情况或本实用新型连接节点定型标准件进行具体分析。①是正反一对的两个扣件，②是主螺栓丝杆，③是主螺栓螺母及垫片，④是U型次螺栓丝杆，⑤是次螺栓螺母及垫片，⑥是被连接的结构受力杆件，⑦是榫件，⑧是主螺栓的限位套筒、是扣件①的组成部分，⑨是限位套管加劲肋、是扣件①的组成部分，⑩是卯孔、是扣件①的组成部分，是次螺栓孔、是扣件①的组成部分，是腰眼、是扣件①的组成部分，是杆件套筒，是杆件套筒加劲肋，是主螺栓丝杆端部小帽，是主螺栓丝杆另一端保险栓孔。

五、具体实施方式：

本实用新型“一种榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点”是一种全新的结构连接节点，可以将两根或多根结构杆件连接在一个节点，形成平面或空间杆系结构，方便多次拆装并重复使用。从形态上，该连接节点有许多种形式：扣件肢数两肢、三肢或三肢以上，杆件中段截面形式不作限制但与扣件的连接端必须是方形。次螺栓丝杆形式可以根据螺栓数量选择两根联排的U型(直弯)、三根联排的E型、三根以上联排丝杆或单根直螺栓或单根与两根、多根联排进行组合，如扣件单肢单个飞边计算需要五只次螺栓，可以从下列几种中选择：“5联排”、“4联排+1只直丝杆”、“3联排+2联排”或“2联排+2联排+1只直丝杆”。本实用新型说明书附图以三肢节点、方形杆件、U型(直弯)2联排次螺栓丝杆作为代表进行表述。

本实用新型“一种榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点”的目的是解决非永久性结构构件方便地进行多次反复拆装并重复使用而不损坏扣件连接副和杆件及连接接头的问题。榫卯连接是最直接的易拆装连接方式，本实用新型利用这一特性结合螺栓连接的安全可靠性和较易拆装的特点，专门设计出这一全新结构连接节点形式。杆件⑥、扣件①、主螺栓②③和次螺栓④⑤都是在工厂分别完成单体制作，在施工安装现场的工作量就是拼装。杆件⑥上杆端连接部位的榫件⑦是在工厂预先固定在杆件上的，根据不同材质采取相应的固定方法，如焊接、钉钉连接、铆接、熔融连接等。榫件⑦成对出现与卯孔⑩一一对应，扣件对扣紧固后能在榫卯连接处传递轴力、扭矩和弯矩，剪力在杆件与扣件之间直接传递或通过套筒传递。榫卯的规格、数量和定位尺寸由具体项目细部节点设计或工厂定型标准件的细部节点设计决定，榫件和卯孔的形状用圆形或方形便于加工。杆件⑥与扣件①完成榫卯的先决条件是一组扣件连接副的两个扣件能紧密地、牢固地结合在一起，为了多次重复拆装使用的方便，采用一枚主螺栓②及螺母垫片③和若干次螺栓④及螺母垫片⑤将两个扣件进行连接。主螺栓②位于节点中心，是保证两个扣件①紧密结合的关键，主螺栓套管⑧和套管加劲肋⑨能增加扣件的强度和刚度，主螺栓一端根据需要加设小帽用于固定篷布、绳、网等围护材料或屋盖系统或檩条、格栅等较小外围构件，另一端加设保险栓孔防止螺栓滑脱或悬挂重物。次螺栓孔位于扣件①折弯状飞边上，满足每一肢上的榫卯连接的要求。本实用新型的次螺栓不仅限于U型(直弯)丝杆④，附图中次螺栓采用两个联排的U型(直弯)丝杆④为例进行描述，较单只直螺栓拆装效率高一些，三个联排的E型丝杆及三个以上联排的丝杆均可保证两个扣件⑤的连接与紧固，根据螺栓数量而定。

附图中的杆件①以空心管带套筒不封端板为例进行描述，杆件强度和刚度满足设计要求时可以不带套筒杆端刚度不满足设计要求时也可以封端板增加刚度。非方形截面的受力杆件可以在构件端部转换为方形截面后采用本实用新型连接节点进行结构连接。

本实用新型“一种榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点”，通过在工厂制作绝大多数该实用新型涉及的标准构件、标准扣件和标准配件，在工厂制作少量非标准构配件和少量非标准扣件(用于异形非标结构)，在施工或安装现场仅需要拼装即可完成整体结构。施工或安装现场完全避免现场焊接或粘接，特别适合多次拆装并重复使用的结构。

用该连接节点替代传统摩擦型扣件和杆件穿孔螺栓连接的领域。该连接节点彻底解决了传统扣件光靠摩擦紧固的松动或滑脱问题，避免了传统通过杆件穿孔来进行螺栓连接的局部翘曲和孔眼锈蚀、腐蚀、损坏等问题。通常一些临时建筑物会采用焊接的轻钢结构，如果采用榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点，可以避免材料的浪费、避免安装焊接与拆除切割带来的有害气体排放。

利用该连接节点材质多选，加工简单的特性，充分发挥各种材料的优点进行材质组合。金属扣件通过冲压、焊接或铸造成型，工程塑料和玻璃钢扣件通过整体模压浇铸成型；套筒与榫件为同质金属材质时通过焊接成型，套筒与榫件为工程塑料和玻璃钢材质时通过模压浇铸成型；金属杆件与同质金属榫件直接焊接或通过套筒焊接连接；竹、木、工程塑料棒材与金属套筒采用带有钉钉小孔的套筒钉钉连接。杆件、套筒、扣件可以为同质材料，也可以为不同质材料，根据具体情况进行优化设计。

由于扣件本身是多向的空间体，用较薄的材料厚度即可获得较大强度和刚度，节约材料成本、优化经济指标。

利用该连接节点“易拆装”的特点，构件储存和运输能节省空间，节约物流和储运成本。

非永久性结构，更多地使用支撑和拉索与结构本身协同作用来抵抗风荷载。该连接节点的扣件设计考虑到这一实际需求预留腰眼作为安装孔，并使支撑或拉索的轴力作用在扣件的中心，避免偏心附加不均匀荷载或附加弯矩。

广泛应用于篷房、营地建筑、展览或观演棚、临时构架、物流货框、广场花架、体育游乐设施、可移动房屋、工棚、应急蔽护所等需要多次拆装重复使用的非永久性结构中，结构多次拆装并重复使用均不会对杆件或扣件副造成损坏，在安全、经济、实用和美观各方面均可收到较好的效果，在减少存在污染的现场焊接、电气切割作业或粘胶连接、促进材料向低碳环保可持续发展、社会财富循环利用方面有较好的社会效益。

Claims (10)

1.一种榫卯与螺栓组合连接的易拆装结构构件连接节点，其特征在于：两根或多根连接端为方形的杆件⑥通过扣件连接副连接形成节点，杆件⑥与扣件①为榫卯连接，扣件连接副由一对扣件①、一枚主螺栓②、主螺栓螺母及垫片③、若干次螺栓丝杆④和次螺栓螺母及垫片⑤组成，杆件⑥和扣件连接副均便于结构拆装并多次重复使用。

2.根据权利要求1所述的连接节点，其特征在于：杆件⑥连接端为方形截面，每一连接端有至少一对榫件⑦，安装后榫件⑦与扣件①形成榫卯连接，传递轴力、剪力、扭矩和弯矩。

3.根据权利要求1所述的连接节点，其特征在于：每个节点上的两个扣件①折角凹面相对，正好包住杆件⑥的端部连接部位，杆件⑥连接端外表面与扣件①内表面贴合一致。

4.根据权利要求1所述的连接节点，其特征在于：杆件⑥连接端的榫件⑦对应扣件①上的卯孔⑩。

5.根据权利要求1所述的连接节点，其特征在于：每个节点可连接杆件⑥的肢数不低于两个，相邻两肢飞边连接过渡处有安装支撑或拉索的腰眼各肢截面形心线交会于主螺栓套管⑧圆心，但各肢截面形心线不仅限于在同一平面。

6.根据权利要求1所述的连接节点，其特征在于：扣件各肢均有折弯状飞边，两个扣件①折角凹面对扣时飞边贴合，飞边贴合面不仅限于在同一平面，飞边上的螺栓孔数量、位置和大小一致。

7.根据权利要求1所述的连接节点，其特征在于：当杆端连接部位为空心管且管壁较薄时，在端部增加套筒或内衬加劲肋来增加局部强度和局部刚度，必要时通过封端板也能增加局部刚度。

8.根据权利要求5所述的连接节点，其特征在于：当各肢截面形心线位于同一平面时，可以组成L型、T型、X型、Y型、V型、十字型、木字型或米字型平面节点；当各肢截面形心线不全在同一平面时，可以组成俯视图为L型、T型、X型、Y型、十字型、木字型或米字型空间节点。

9.根据权利要求所述的1所连接节点，其特征在于：非方形截面的受力构件可以在构件端部转换为方形截面后进行结构连接。

10.根据权利要求所述的1所连接节点，其特征在于：次螺栓丝杆④不仅限于两个联排的U型，单个的直螺丝杆、三个联排的E型丝杆及三个以上联排的丝杆均可用于两个扣件①的连接与紧固。