專利名稱：使用抗剪環(huán)連接若干鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景技術(shù)1.本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及使用抗剪環(huán)連接鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和方法，尤其地本發(fā)明涉及使用抗剪環(huán)連接鋼構(gòu)件從而得到下面的連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和方法在構(gòu)造鋼結(jié)構(gòu)如建筑物、橋和機器中，借助于使用螺栓和抗剪環(huán)來連接鋼基本件和鋼重疊板時把實際剪切力施加到該連接結(jié)構(gòu)中，從而提高了連接強度和使用壽命。
2.現(xiàn)有技術(shù)總的來說，用來裝配或者連接鋼板或者鋼構(gòu)件的各種結(jié)構(gòu)不僅用于建筑和橋、高層建筑物等的土木工程工作中，而且還可以用于造船業(yè)、航空工業(yè)和通用機器工業(yè)，這些領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)使用了包括焊接、螺栓裝配等在內(nèi)的各種方法，從而裝配或者連接鋼板或者鋼梁(下文中稱之為鋼構(gòu)件)。
由于在工作時焊接起來比較困難并且存在腐蝕問題，因此焊接不是常用的方法。而目前普遍使用依賴于螺栓的軸向力的、所謂的摩擦連接方法。
但是，在依賴于軸向力的摩擦連接方法中，在鋼構(gòu)件被連接起來或者被裝配之后，只在螺栓的沿著時間(along-time)軸向力的范圍內(nèi)或者在螺栓的簡單剪切強度內(nèi)保持初始狀態(tài)。
因此，由于借助于螺栓軸向力產(chǎn)生的摩擦力來保持高達(dá)成百噸的鋼構(gòu)件的負(fù)荷，在裝配或者連接鋼構(gòu)件時需要使用大量的螺栓，這需要大量的人工勞動和設(shè)備，盡管它不容易得到所需要的連接力，而且延長了工作。
為了解決上面問題，因此提出了一些發(fā)明，在這些發(fā)明中，把若干加強片插入到連接表面上，從而當(dāng)螺栓和螺母裝配在一起時連接到基本件上，或者在這些發(fā)明中，把連接表面形成不均勻的(摩擦連接方法)，從而提高摩擦力。但是，仍然存在這樣的問題仍然需要大量的螺栓和螺母，因為只借助于提高摩擦力難以得到超過1.5倍的平均連接力。此外，大量的螺栓減少了有效橫截面積，這依次減少了連接強度并且增加了工作步驟的數(shù)目。尤其長時間動態(tài)負(fù)荷會使螺栓松動，沒有解決的方案。
當(dāng)加強片設(shè)置在連接表面之間并且借助于粘結(jié)劑來連接時，它們在裝配期間再一次被松動。此外，它難以得到螺栓擠壓加強片的連接力，這意味著不可能采用這種方法。
在韓國專利申請第98-23239號中，該申請是本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)明來克服上面問題的，要連接的物體1和2通過連接孔3借助于螺栓3、螺母7和墊圈8來連接，并且壓配合環(huán)5插入到形成于物體1和2中的環(huán)形槽4內(nèi)，因此剪切力施加到壓配合環(huán)5上。
盡管通過上面的結(jié)構(gòu)可以節(jié)省大量的螺栓和螺母，但是它的工作幾乎不可能，因為在把一部分壓配合環(huán)5插入到物體1和2中的第一個中的環(huán)形槽4之后，在重疊物體1和2的過程中它難以把壓配合環(huán)5的剩余部分插入到物體1和2中的第二個的環(huán)形槽4中。假如壓配合環(huán)5具有環(huán)形體5a的傾斜側(cè)壁表面5b和傾斜拐角5c，那么插入壓配合環(huán)5和連接物體1和2將變得更加容易。但是，由于傾斜側(cè)壁表面5b的局部力的作用使嚴(yán)重的張力負(fù)荷施加到螺栓6上，從而促使螺栓6斷裂。
作為在連接具有插入的壓配合環(huán)5的物體1和2之后在各種負(fù)荷條件下進(jìn)行實驗的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，在溫度變化、靜態(tài)負(fù)荷、振動、地震、動態(tài)負(fù)荷等產(chǎn)生剪切力之前，與壓配合環(huán)5相比具有較小的表面強度的物體1和2局部容易破裂或者損壞，如

圖1 8和20所示一樣，并且這種局部破裂或者損壞會引起螺栓斷裂，這就干擾了這種技術(shù)的應(yīng)用。
因此，本發(fā)明的發(fā)明人通過研究發(fā)明了本發(fā)明，而不用上面的技術(shù)。
本發(fā)明的概述本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，相應(yīng)地，本發(fā)明的目的是提供一種使用抗剪環(huán)來連接鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和方法，尤其地提供了一種使用抗剪環(huán)連接鋼構(gòu)件從而得到下面的連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和方法借助于使用螺栓和抗剪環(huán)來連接鋼基本件和鋼重疊板時把實際剪切力施加到該連接結(jié)構(gòu)中，從而提高了工作條件、減少了材料及提高了連接強度和使用壽命。
根據(jù)本發(fā)明，為了實現(xiàn)上面目的，提供了一種使用抗剪環(huán)來連接若干鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括至少一個第一鋼構(gòu)件和至少一個第二鋼構(gòu)件重疊在一起，第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件各自具有至少一個螺栓孔和至少一個環(huán)形槽，該螺栓孔形成通過每個第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件，環(huán)形槽形成于第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個接觸表面，借助于至少一個螺栓插入通過螺栓孔并且借助于螺母來緊固使第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件連接在一起，螺栓孔具有第一間隙，第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件中的一個的環(huán)形槽具有小于第一間隙的第二間隙，及至少一個抗剪環(huán)插入到第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中，從而防止與螺栓和螺母一起在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件之間進(jìn)行滑動，其特征在于第二間隙允許第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件反抗螺栓和螺母的緊固力而變形或者移動，直到達(dá)到預(yù)定極限為止，而在達(dá)到預(yù)定極限之后第二間隙借助于這種變形或者移動使剪切力施加到抗剪環(huán)中，螺栓在預(yù)定極限處與螺栓孔的側(cè)壁形成接觸，溫度變化、靜態(tài)負(fù)荷、振動、地震、動態(tài)負(fù)荷等產(chǎn)生這種變形或者移動，抗剪環(huán)具有布置在抗剪環(huán)側(cè)壁表面上的中心側(cè)壁表面，中心側(cè)壁表面與上下來自第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的接觸表面、第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個側(cè)壁的至少一部分形成接觸，從而在由變形或者移動所引起的接觸發(fā)生在第二間隙時，把實際剪切力施加到抗剪環(huán)中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，一種使用抗剪環(huán)連接若干鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括至少一個第一鋼構(gòu)件和至少一個第二鋼構(gòu)件重疊在一起，第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件各自具有至少一個螺栓孔和至少一個環(huán)形槽，該螺栓孔形成通過每個第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件，環(huán)形槽形成于第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個接觸表面上，借助于至少一個螺栓插入通過螺栓孔并且借助于螺母來緊固使第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件連接在一起；及至少一個抗剪環(huán)插入到第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中，從而防止與螺栓和螺母一起在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件之間進(jìn)行滑動，其特征在于插入導(dǎo)向表面以分開的形式形成于抗剪環(huán)的上端的兩個拐角上，因此在除了靜態(tài)負(fù)荷之外的溫度變化、振動、地震、動態(tài)負(fù)荷等幾乎不使第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件產(chǎn)生變形或者移動的情況下，抗剪環(huán)甚至幾乎沒有余量地、容易地插入到第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中，借助于這種結(jié)構(gòu)，工作條件大大地改善了，因為抗剪環(huán)更加容易插入到第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中。此外，第一和第二鋼構(gòu)件可以更加牢固地連接在一起，因為抗剪環(huán)可以幾乎沒有余量地插入到第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中。
本發(fā)明還提供使用抗剪環(huán)連接若干鋼構(gòu)件的方法，所述方法包括下面步驟(1)在重疊并裝配在一起的若干第一鋼構(gòu)件和若干第二鋼構(gòu)件處相應(yīng)地形成螺栓孔；(2)在重疊起來的第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個接觸表面上形成至少一個環(huán)形槽，第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽具有這樣的大小它可以緊緊地安裝一部分抗剪環(huán)，而第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽具有這樣的大小它可以以第二間隙安裝抗剪環(huán)；(3)把一部分抗剪環(huán)強行插入和固定在第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中；(4)在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件處于重疊狀態(tài)時，借助于相對移動和接近第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件，把抗剪環(huán)的剩余部分插入到第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中，然后使之保持在該環(huán)形槽中，從而使第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件對準(zhǔn)；(5)把每個螺栓插入到第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個螺栓孔中；及(6)借助于每個螺母緊固插入在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個螺栓孔中的每個螺栓，因此抗剪環(huán)完全插入并且卡在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中，從而實現(xiàn)借助于螺栓、螺母和抗剪環(huán)來連接第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件。
附圖的簡短說明參照附圖，借助于詳細(xì)描述優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述目的、其它特征和其它優(yōu)點將變得顯而易見，在附圖中圖1是使用壓力環(huán)連接鋼構(gòu)件的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的透視圖；圖2是圖1所示連接結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖3是圖1所示連接結(jié)構(gòu)的局部放大剖視圖，它描述了在把壓力環(huán)插入第一個物體中之后把壓力環(huán)強行插入到要連接的第二個物體中的過程；圖4是使用本發(fā)明實施例的抗剪環(huán)連接鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖5是鄰近圖4所示結(jié)構(gòu)的抗剪環(huán)的部分的放大剖視圖；圖6是沿圖4的線6-6的剖視圖；圖7a和7b是鄰近抗剪環(huán)的部分的放大剖視圖；它示出了本發(fā)明的另一實施例的結(jié)構(gòu)；圖8是鄰近抗剪環(huán)的部分的放大剖視圖；它示出了本發(fā)明的另一實施例的結(jié)構(gòu)；圖9是本發(fā)明抗剪環(huán)的透視圖；圖10是局部放大剖視圖，它描述了插入并且固定本發(fā)明抗剪環(huán)的過程；圖11是剖視圖，它描述了本發(fā)明的工作；圖12是平面視圖，它描述了本發(fā)明的工作；圖13a和13b是剖視圖，它描述了根據(jù)本發(fā)明把基本件和重疊板連接在一起的過程；圖14是本發(fā)明的另一連接結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖15是圖14的連接結(jié)構(gòu)的透視圖，在該圖中抗剪環(huán)已經(jīng)插入到重疊板上；
圖16是一種布置圖，它示出了本發(fā)明的各種連接結(jié)構(gòu)；圖17是用來同時形成螺栓孔和環(huán)形槽的工具的透視圖；圖18是傳統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)的局部平視圖，它表示當(dāng)施加過量負(fù)荷時壓力環(huán)所處的狀態(tài)；圖19是本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)的局部平視圖，它表示當(dāng)施加過量負(fù)荷時壓力環(huán)所處的狀態(tài)；圖20是傳統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)的局部前視圖，在該結(jié)構(gòu)中發(fā)生彎曲；及圖21是本發(fā)明連接結(jié)構(gòu)的局部前視圖，在該結(jié)構(gòu)中可以防止彎曲。
優(yōu)選實施例的描述參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例。
圖4是本發(fā)明實施例的、使用抗剪環(huán)來連接鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖5是鄰近圖4所示結(jié)構(gòu)的抗剪環(huán)的部分的放大剖視圖，及圖6是沿著圖4的線6-6的剖視圖。
在根據(jù)圖4到6所示的本發(fā)明實施例的、使用抗剪環(huán)10來連接鋼基本件110和鋼重疊板120的結(jié)構(gòu)中，各自具有螺栓孔111和121的基本件110和重疊板120被重疊起來，并且借助于通過螺栓孔111和121把螺栓30擰到螺母31中來進(jìn)行裝配。
在基本件110和重疊板120的每個接觸表面上形成至少一條環(huán)形槽112和122，把抗剪環(huán)10插入到基本件110和重疊板120的環(huán)形槽112和122中，因此它們與螺栓30及螺母31一起防止了在基本件110和重疊板120之間的滑動。
在這種結(jié)構(gòu)中，根據(jù)本發(fā)明，布置在基本件110的環(huán)形槽112中的第二間隙d2小于螺栓孔111和121的第一間隙d1。
布置在環(huán)形槽112中的第二間隙d2起著下面的作用。
即，假如把由于溫度變化、靜態(tài)負(fù)荷、振動、地震、動態(tài)負(fù)荷等所引起的外部應(yīng)力直接施加到抗剪環(huán)10中，那么具有較小表面強度的基本件110局部破裂或者受到損害，從而伸出到接觸表面之間，因此損壞了螺栓6，特別地，由于溫度變化所產(chǎn)生的收縮或者膨脹力(這種力根據(jù)鐵的線性膨脹系數(shù)1.2×10-51/℃來產(chǎn)生)使得這種現(xiàn)象更加嚴(yán)重。但是，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置在基本件110的環(huán)形槽112內(nèi)的第二間隙d2借助于溫度變化所引起的收縮或者膨脹可以吸收這種變形或者移動，并且只有產(chǎn)生大于第二間隙d2的變形或者移動的力起著抗剪環(huán)10的剪切力的作用。
因此，與沒有第二間隙d2的結(jié)構(gòu)一樣，這種較大的剪切力沒有作用到抗剪環(huán)10上。其結(jié)果是，即使如圖18所示一樣施加了變形力，假如如圖19所示一樣把第二間隙d2設(shè)置在環(huán)形槽112內(nèi)，那么抗剪環(huán)10和基本件110的螺栓孔111和121保持它們的原始形狀，從而使它們保持處于與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的安全狀態(tài)中。這可以采用抗剪環(huán)10而不是采用壓配合環(huán)。
此外，當(dāng)由于相同負(fù)荷的作用而產(chǎn)生彎曲時，就圖2和4的結(jié)構(gòu)而言，由于相同原因產(chǎn)生了圖20和21所示的結(jié)果。
即，圖20示出了這樣的現(xiàn)象基本件110沿著與基本件110的膨脹X或者收縮相一致的長度進(jìn)行彎曲D，由于連接部分不能吸收由于它的收縮、膨脹等所產(chǎn)生的基本件110的變形或者移動。
但是，本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)通過第二間隙d2吸收基本件110的膨脹X或者收縮來防止產(chǎn)生彎曲或者使彎曲達(dá)到最小，并且恢復(fù)到原始狀態(tài)，如圖21所示。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過插入抗剪環(huán)10時在基本件110和抗剪環(huán)10之間設(shè)置第二間隙d2可以大大地提高防止破裂或者彎曲的強度，并且借助于通過調(diào)整第二間隙d2來確保連接部分的移動，從而可以吸收較大的變形力。
而且，在本發(fā)明中，更加優(yōu)選的是，基本件110的環(huán)形槽112的第二間隙d2設(shè)置成小于螺栓孔111和121的第一間隙d1，如圖4和5所示一樣，因此，橫向負(fù)荷作用到抗剪環(huán)10中，而永遠(yuǎn)不會作用到螺栓30上。在這種情況下，首先施加橫向負(fù)荷以克服螺栓30和螺母31的連接力。而且，當(dāng)橫向負(fù)荷增加到大于連接力的阻力時，第二步把它施加到抗剪環(huán)10中，并且螺栓孔111和121的側(cè)壁部不會與螺栓30接觸，因此剪切力不會施加到螺栓30上。相應(yīng)地，由于綜合應(yīng)力不會施加到螺栓30上，因此與傳統(tǒng)摩擦連接方法相比，螺栓的數(shù)目大大減少了，由于基本件110和重疊板120的橫剖面積大大減少了，從而減少了它們的厚度和寬度，因此所使用的材料大大減少了。
而且，增加基本件110和重疊板120的有效橫剖面積可以使螺栓孔111和121的第一間隙d1增加，并且抗剪環(huán)10可以得到足夠的連接強度，從而實現(xiàn)采用更厚的鋼基本件110和更厚的鋼重疊板120。同時，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，抗剪環(huán)10具有中心側(cè)壁表面15，該表面沿重疊板120和基本件110的接觸表面的垂直方向與至少一部分基本件110的側(cè)壁接觸，因此當(dāng)基本件110或者重疊板120變形或者移動時，如圖5到8所示一樣，盡可能純的剪切力可以施加到抗剪環(huán)10上。
此外，在圖4到8中，環(huán)形槽112和12的中心圓相互一致，并且基本件110的環(huán)形槽122具有大于重疊板120的環(huán)形槽112的寬度，因此，所形成的第二間隙d2在兩側(cè)處相等。根據(jù)負(fù)荷的種類和條件，只在一邊形成第二間隙d2。
而且，在本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)中，抗剪環(huán)10可以構(gòu)造成當(dāng)它被局部插入到重疊板120的環(huán)形槽122內(nèi)時可以防止被分離開，從而使連接基本件110和重疊板120更加容易。為了防止這種分離，一部分抗剪環(huán)10可以被迫插入并且固定在環(huán)形槽122內(nèi)。如圖5和9所示一樣，形成于抗剪環(huán)10的側(cè)壁的外表面處的保持突起16可以進(jìn)一步防止插入抗剪環(huán)的分離。此外，粘合劑施加在抗剪環(huán)10和重疊板120的環(huán)形槽122之間，從而防止分離并且確保固定，或者抗剪環(huán)10可以被磁化，從而通過磁力固定地安裝在該槽內(nèi)。上面許多例子可以同時采用，尤其當(dāng)防止分離的力足夠大時，輔助表面17最好如圖7b和9所示一樣形成，從而減少了插入力。
此外，重疊板120的環(huán)形槽122和抗剪環(huán)10的側(cè)表面如圖8所示一樣形成有螺紋，因此抗剪環(huán)10不僅可以借助于螺旋接合防止分離，而且通過螺旋移動還可以更容易地插入到重疊板120的環(huán)形槽122中。
圖4到8示出了各種連接結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，一部分抗剪環(huán)10固定在重疊板120的環(huán)形槽112，然后，在把重疊板120設(shè)置成更加鄰近基本件110之后，如圖13a和13b的一樣，把抗剪環(huán)10的其它部分插入到基本件110的環(huán)形槽112內(nèi)。圖5示出了形成于抗剪環(huán)10的上拐角和下拐角上的倒角11。圖6示出了形成于中心側(cè)壁表面15的上部處的弧形表面12的局部橫剖剖面，圖7b示出了形成于中心側(cè)壁表面15的上部處的傾斜表面13。由于是弧形表面12、傾斜表面13或者倒角11，因此當(dāng)基本件110和重疊板120如圖13a所示一樣連接在一起時，借助于第二間隙d2的邊緣容易卡住抗剪環(huán)10并且使之安裝在基本件110的環(huán)形槽112中。這可以采用抗剪環(huán)10并且可以大大地改善結(jié)構(gòu)條件。
本發(fā)明另一實施例的連接結(jié)構(gòu)具有插入導(dǎo)向表面18，該表面形成于抗剪環(huán)10的上端的兩拐角處，而該抗剪環(huán)在幾乎沒有公差的情況下插入到基本件110的環(huán)形槽112內(nèi)，如圖13b所示一樣。即使在溫度變化等幾乎不能使基本件110和重疊板120變形或者移動的地方，也可以采用這種結(jié)構(gòu)。在這種情況下，抗剪環(huán)10的其它部分卡在基本件110的環(huán)形槽112內(nèi)，從而使插入容易實現(xiàn)。此外，裝配螺栓30時，借助于插入導(dǎo)向表面18來給抗剪環(huán)10的插入進(jìn)行導(dǎo)向，從而實現(xiàn)進(jìn)一步的容易插入。這還大大地改善了工作條件。此外，當(dāng)環(huán)形槽具有接觸表面時，可以實現(xiàn)更加牢固的連接，而在抗剪環(huán)10完全插入時，該接觸表面與插入導(dǎo)向表面18產(chǎn)生接觸。
只有環(huán)形槽112’和122’可能形成與螺栓孔111和121偏心，并且抗剪環(huán)10安裝在環(huán)形槽112’和122’，如圖16所示一樣。但是，圖17示出了同時工作的工具20，當(dāng)至少一個環(huán)形槽112和122形成與基本件110和重疊板120的螺栓孔111和121同心時，該工具可以同時形成環(huán)形槽112和122和螺栓30。這種同時工作的工具20具有用來形成螺栓孔的邊緣21和用來形成槽的另一邊緣22，這些邊緣形成一個整體并且在旋轉(zhuǎn)軸23處相互同心。同時工作的工具20消除了工作余量，從而可以更加精確地進(jìn)行工作。
考慮到這種工作，優(yōu)選的是，環(huán)形槽112和122及抗剪環(huán)10的周邊是圓形的。即，當(dāng)采用圖12所示的圓形抗剪環(huán)10時，剪切力如箭頭所示一樣以各種角度在平面內(nèi)進(jìn)行分散，并且相應(yīng)地傳遞到環(huán)形槽112和122的側(cè)壁表面的幾乎整個區(qū)域和抗剪環(huán)10的側(cè)壁表面的幾乎整個區(qū)域內(nèi)。因此，圓形抗剪環(huán)10表明最有效。當(dāng)然，本發(fā)明不排除采用多邊形抗剪環(huán)。此外，盡管在上面的實施例中描述了具有封閉邊緣的抗剪環(huán)10，但是本發(fā)明包括具有斷開邊緣的抗剪環(huán)10，這意味著一部分邊緣被切去。
最好，抗剪環(huán)10可以由防腐蝕或者氧化的材料如稱之為SUS630的、熱處理過的不銹鋼來形成，或者在抗剪環(huán)由普通結(jié)構(gòu)鋼形成的情況下，該環(huán)在熱處理之后要進(jìn)行防銹處理，從而防止氧化。更加優(yōu)選的是，抗剪環(huán)10可以由強度和剛度不小于基本件110和重疊板120的材料形成，并且該環(huán)可以由合成樹脂形成，而該合成樹脂的強度與鋼梁相同，或者合成樹脂的強度和剛度大于鋼梁的強度和剛度?？辜舡h(huán)10可以含有與無損探傷相符合的材料，因此在構(gòu)造完之后，借助于無損探傷探測如輻射探測、X射線探測和磁探測可以探測到抗剪環(huán)10的存在和位置。此外，把標(biāo)志符如條型碼粘附到抗剪環(huán)10中，從而與探測一起識別它的大小、種類等。
圖14和15示出了連接結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，基本件110和重疊板120各自具有三條環(huán)形槽112和122，在這些槽內(nèi)，各自插入了相互直徑不相同的三個抗剪環(huán)10。此外，在圖16所示連接結(jié)構(gòu)的布置中，抗剪環(huán)10設(shè)置在一個與螺栓孔111和121同軸的環(huán)形槽112和122中，兩個抗剪環(huán)10設(shè)置在兩條與螺栓孔111和121同心的環(huán)形槽112和122中，及另一抗剪環(huán)設(shè)置在與螺栓孔111和121偏心的環(huán)形槽112’和122’中。本發(fā)明包括寬度變化的抗剪環(huán)10的布置。
在為了體現(xiàn)具有上面結(jié)構(gòu)的本發(fā)明而連接鋼構(gòu)件的方法中，首先，把一部分抗剪環(huán)10插入到重疊板120的環(huán)形槽122中，然后借助于使重疊板120移動和連接到基本件110的兩側(cè)附近而把另一部分抗剪環(huán)10插入到基本件110的環(huán)形槽112中。之后，使螺栓30插入通過基本件110和重疊板120的螺栓孔111和121，然后借助于螺母來緊固。然后，完成同時裝配抗剪環(huán)10。
為了實現(xiàn)上面這些，首先，在若干基本件110和若干重疊板120上相應(yīng)形成螺栓孔111和121，而這些重疊板被重疊起來并且裝配起來(螺栓孔形成步驟)，然后在重疊在一起的基本件110和重疊板120的接觸表面處形成至少一條環(huán)形槽112和122(環(huán)形槽形成步驟)。在這種情況下，重疊板120的環(huán)形槽122具有可以緊緊地安裝一部分抗剪環(huán)10的大小，基本件110的環(huán)形槽112具有可以以具有第二間隙d2安裝抗剪環(huán)10的大小。第二間隙d2可以確定成小于第一間隙d1一個具有一定范圍的差值，其中0＜d2＜1.5mm。根據(jù)材料標(biāo)準(zhǔn)如基本件110和重疊板120的質(zhì)量、所使用的螺栓(它包括用于結(jié)構(gòu)和土木工程中的螺栓)的質(zhì)量和種類及螺栓孔的大小，第二間隙d2可以改變。
在這樣的設(shè)計中如圖13b所示一樣，抗剪環(huán)10幾乎沒有余量地插入到基本件110的環(huán)形槽112中，在沒有第二間隙d2的情況下形成基本件110的環(huán)形槽112。此外，在這樣的設(shè)計中環(huán)形槽112和122與基本件110和重疊板120的螺栓孔111和121同心，螺栓孔形成步驟和環(huán)形槽形成步驟如圖17所示一樣借助于同時工作的工具20來同時實現(xiàn)。還有，借助于多軸鉆孔機來同時形成若干螺栓孔111和121或者若干環(huán)形槽112和122。
之后，如圖10所示一樣，一部分抗剪環(huán)10被迫插入并且固定在重疊板120的環(huán)形槽122內(nèi)(部分抗剪環(huán)固定步驟)。如圖8所示一樣，當(dāng)抗剪環(huán)10形成有螺紋時，可以旋轉(zhuǎn)它從而使之固定，而不是被迫插入來固定。如上面一樣使抗剪環(huán)10固定于其中的重疊板120移近基本件110的連接表面，并且相對于基本件10而移動。當(dāng)抗剪環(huán)10卡在具有第二間隙d2的基本件110的環(huán)形槽112內(nèi)時，其它部分的抗剪環(huán)10插入到環(huán)形槽112內(nèi)(其它部分抗剪環(huán)插入步驟)。然后，螺栓30插入到重疊板120和基本件110的螺栓孔111和121中(螺栓插入步驟)。
如圖5到7b所示一樣，當(dāng)在除了抗剪環(huán)10的中心側(cè)壁表面15之外的兩端附近形成有弧形表面12、傾斜表面13或者倒角11時，上面部分抗剪環(huán)固定步驟容易實現(xiàn)，并且當(dāng)形成有插入導(dǎo)向表面18時，更加容易實現(xiàn)上面的其它部分抗剪環(huán)插入步驟和螺栓插入步驟。
之后，插入到螺栓孔111和121中的螺栓30借助于螺母31來緊固(螺栓緊固步驟)，因此抗剪環(huán)10完全插入并且擠壓在基本件110和重疊板120的環(huán)形槽112和122中。然后，借助于螺栓30、螺母31和抗剪環(huán)10來實現(xiàn)基本件10和重疊板120的連接。
上面的其它部分抗剪環(huán)插入步驟和螺栓插入步驟還包括螺栓孔對準(zhǔn)步驟，在該螺栓孔對準(zhǔn)步驟中，借助于橫向移動基本件110和重疊板120中一個直到抗剪環(huán)10的內(nèi)壁和外壁處的第二間隙d2相互相等為止，從而使基本件110和重疊板120的螺栓孔111和121精確對準(zhǔn)。優(yōu)選地，螺栓孔對準(zhǔn)步驟可以在這樣的狀態(tài)中進(jìn)行螺母被緊固，以致在重疊板120和基本板110之間不會由于它們的重力作用而產(chǎn)生滑動，然后，可以使螺母完全緊固。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明，第二間隙d2可以形成于重疊板120的環(huán)形槽122內(nèi)，在這種情況下，首先把抗剪環(huán)10固定在基本件110的環(huán)形槽112內(nèi)。即使在抗剪環(huán)10固定在基本件110中的狀態(tài)下，可以容易地設(shè)置重疊板120的位置從而大大地改善了工作條件，因為根據(jù)上面所描述的本發(fā)明的連接方法可以把重疊板120和包括抗剪環(huán)10的基本件110連接在一起。
借助于具有抗剪環(huán)10的實驗可以得到下面的結(jié)果。
首先，假如抗剪環(huán)10相對于M20的高強度螺栓安裝在同心圓上，那么所采用的大小如下抗剪環(huán)10的外徑和內(nèi)徑各自為60mm和40mm；重疊板120的環(huán)形槽122具有相同的外徑和內(nèi)徑；基本件110的環(huán)形槽112的外徑和內(nèi)徑各自為60.5mm和39.5mm；及第二間隙為0.5mm。此外，螺栓孔111和121的第一間隙d1采用了至少0.5mm的大小。
與傳統(tǒng)摩擦連接方法相比，這種條件下的壓縮實驗示出了下面結(jié)果。即，在本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)中，初始滑動發(fā)生在大約為38.5噸負(fù)荷的情況下，而在傳統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)中，初始滑動發(fā)生在大約為7.5噸負(fù)荷的情況下，這意味著，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)牢固5倍。
此外，本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)具有4.28的平均摩擦系數(shù)，而傳統(tǒng)的摩擦連接結(jié)構(gòu)具有0.8的平均摩擦系數(shù)，這意味著，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的摩擦系數(shù)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)大約大6.5倍。而且，在變形實驗中，本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)可以防止的剪切力比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)大6倍。
在節(jié)省材料方面，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要32個高強度螺栓30來承受240噸的預(yù)期摩擦力，而本發(fā)明的結(jié)構(gòu)只需要8個高強度螺栓30和8個抗剪環(huán)10來承受308噸的預(yù)期剪切阻力。因此，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)總計提高了68噸的抗剪切力，并且使每個螺栓的連接力平均增加了6.3倍，這使裝配起來的螺栓的數(shù)目減少到它的最大值的1/6.3。相應(yīng)地，當(dāng)有效橫截面積保持相同時，基本件110和重疊板120的材料大大地減少了。
此外，就地震、振動等引起螺栓30松動來說，抗剪環(huán)10可以使保持安全方面的危險因素達(dá)到最少。
在鋼梁根據(jù)較大溫度或者負(fù)荷所引起的膨脹而進(jìn)行彎曲變形時，在相同的條件下，傳統(tǒng)摩擦連接方法如圖20所示一樣顯示了彎曲變形D，而在本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)中，第二間隙d2吸收了膨脹從而防止防止彎曲并且保持原來的形狀。這解釋了本發(fā)明的連接結(jié)構(gòu)具有吸收彎曲力的調(diào)節(jié)能力。
借助于使用上面所描述的本發(fā)明的許多實施例的抗剪環(huán)來連接鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和方法，通過提供抗剪環(huán)10可以防止鋼梁根據(jù)負(fù)荷、地震、較大溫度變化等進(jìn)行變形如收縮、膨脹和彎曲，并且連接結(jié)構(gòu)可以保持在高度穩(wěn)定的狀態(tài)中。此外，基本件110和重疊板120的連接位置容易調(diào)整，調(diào)整過的鋼構(gòu)件可以以穩(wěn)定的方式保持在它們的位置上。
而且，第二間隙d2使連接工作更加容易，并且連接力的增加、螺栓數(shù)目和螺栓裝置工作的減少及有效橫截面積的增加使結(jié)構(gòu)的強度增加或者減少了材料，因此減少了用于連接工作的時間、費用和材料。此外，需要使用較高價格的、較重的傳統(tǒng)機器的持續(xù)時間減少了，而代之以在較短的時間內(nèi)可以進(jìn)行簡單的、容易的、安全的及精確的工作。此外，可以得到下面這些優(yōu)點牢固的連接力；提高了使用壽命；容易維護(hù)等。
參照特殊的實施例特別地示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，在沒有脫離附加的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍內(nèi)可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.一種使用抗剪環(huán)來連接若干鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括至少一個第一鋼構(gòu)件和至少一個第二鋼構(gòu)件重疊在一起，第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件各自具有至少一個螺栓孔和至少一個環(huán)形槽，該螺栓孔形成通過每個第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件，環(huán)形槽形成于第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個接觸表面上，借助于至少一個螺栓插入通過螺栓孔并且借助于螺母來緊固使第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件連接在一起，螺栓孔具有第一間隙，第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件中的一個構(gòu)件的環(huán)形槽具有小于第一間隙的第二間隙，及至少一個抗剪環(huán)插入到第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中，從而防止與螺栓和螺母一起在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件之間進(jìn)行滑動，其特征在于第二間隙允許第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件反抗螺栓和螺母的緊固力而變形或者移動，直到達(dá)到預(yù)定極限為止，而在達(dá)到預(yù)定極限之后第二間隙借助于這種變形或者移動使剪切力施加到抗剪環(huán)中，螺栓在預(yù)定極限處與螺栓孔的側(cè)壁形成接觸，溫度變化、靜態(tài)負(fù)荷、振動、地震、動態(tài)負(fù)荷等產(chǎn)生這種變形或者移動，抗剪環(huán)具有布置在抗剪環(huán)側(cè)壁表面上的中心側(cè)壁表面，中心側(cè)壁表面與上下來自第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的接觸表面、第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個側(cè)壁的至少一部分形成接觸，從而在由變形或者移動所引起的接觸發(fā)生在第二間隙時，把實際剪切力施加到抗剪環(huán)中。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于借助于使所形成的第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽寬于第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽來布置第二間隙，其中第一鋼構(gòu)件是基本件，該基本件與第二鋼構(gòu)件重疊，并且進(jìn)行了下面的一個處理從而防止在重疊和裝配過程中使抗剪環(huán)分離強制一部分抗剪環(huán)插入到第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中；在抗剪環(huán)的外壁表面上形成防止分離的突出部；借助于粘結(jié)劑把抗剪環(huán)粘附到第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中；磁化抗剪環(huán)；及，在抗剪環(huán)的一個例壁表面和第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽處形成螺紋。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于在抗剪環(huán)中，中心側(cè)壁表面至少形成了弧形表面、傾斜表面和倒角中的一個，因此當(dāng)?shù)谝讳摌?gòu)件和第二鋼構(gòu)件相對移動并且接近第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件被重疊的狀態(tài)時，抗剪環(huán)的剩余部分容易被卡在第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中并且被強制地插入到該環(huán)形槽中。
4.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于所形成的第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽與螺栓孔同心，螺栓孔和同心環(huán)形槽借助于同時工作的工具來形成，該工具具有用來形成螺栓孔的邊緣和用來形成相互同心的環(huán)形槽的另一邊緣，環(huán)形槽和抗剪環(huán)各自具有成形為多邊形和圓中的一個形狀的邊緣，該抗剪環(huán)的邊緣是敞開型和封閉型中的一種，與傳統(tǒng)摩擦連接方法相比，抗剪環(huán)由于它的抗剪強度而借助于減少裝配螺栓的數(shù)目增加了有效橫截面積，從而允許增加螺栓孔的第一間隙和第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的厚度，該抗剪環(huán)進(jìn)行防腐蝕處理，并且形成含有與無損傷探測相一致的材料。
5.一種使用抗剪環(huán)連接若干鋼構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括至少一個第一鋼構(gòu)件和至少一個第二鋼構(gòu)件重疊在一起，第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件各自具有至少一個螺栓孔和至少一個環(huán)形槽，該螺栓孔形成通過每個第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件，環(huán)形槽形成于第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個接觸表面上，借助于至少一個螺栓插入通過螺栓孔并且借助于螺母來緊固，從而把第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件連接在一起；及至少一個抗剪環(huán)插入到第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中，從而防止與螺栓和螺母一起在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件之間進(jìn)行滑動，其特征在于插入導(dǎo)向表面以分開的形式形成于抗剪環(huán)的上端的兩個拐角上，因此在除了靜態(tài)負(fù)荷之外的溫度變化、振動、地震、動態(tài)負(fù)荷等幾乎不使第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件產(chǎn)生變形或者移動的情況下，抗剪環(huán)甚至幾乎沒有余量地、容易地插入到第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中。
6.一種使用抗剪環(huán)連接若干鋼構(gòu)件的方法，所述方法包括下面步驟(1)在重疊并裝配在一起的若干第一鋼構(gòu)件和若干第二鋼構(gòu)件處相應(yīng)地形成螺栓孔；(2)在重疊起來的第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個接觸表面上形成至少一個環(huán)形槽，第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽具有這樣的大小它可以緊緊地安裝一部分抗剪環(huán)，而第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽具有這樣的大小它可以以第二間隙安裝抗剪環(huán)；(3)把一部分抗剪環(huán)強行插入和固定在第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中；(4)在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件處于重疊狀態(tài)時，借助于相對移動和接近第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件，把抗剪環(huán)的剩余部分插入到第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中，然后使之保持在該環(huán)形槽中，從而使第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件對準(zhǔn)；(5)把每個螺栓插入到第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個螺栓孔中；及(6)借助于每個螺母緊固插入在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個螺栓孔中的每個螺栓，因此抗剪環(huán)完全插入并且卡在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中，從而實現(xiàn)借助于螺栓、螺母和抗剪環(huán)來連接第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在完全緊固每個螺母之前，所述方法還包括這樣的步驟借助于橫向移動第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件中的一個構(gòu)件使第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的螺栓孔精確對準(zhǔn)，因此當(dāng)?shù)谝讳摌?gòu)件和第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽具有相同的中心線時，在抗剪環(huán)的內(nèi)壁和外壁處，第二間隙相互變成相等；其特征在于除了抗剪環(huán)的中心側(cè)壁表面外，在兩端的附近形成弧形表面、傾斜表面和倒角中的至少一個，因此在步驟3、4和6中，抗剪環(huán)的剩余部分容易被卡在第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中并且強制地使它插入到該環(huán)形槽中；借助于在步驟4和6中在抗剪環(huán)的上端的兩拐角處所形成的插入導(dǎo)向表面，抗剪環(huán)被導(dǎo)向從而幾乎沒有余量地插到第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中，在除了靜態(tài)負(fù)荷之外的溫度變化、振動、地震、動態(tài)負(fù)荷等幾乎不會使第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件產(chǎn)生變形或者移動的情況下，第一鋼構(gòu)件的環(huán)形槽沒有第二余量；環(huán)形槽是圓形，并且與螺栓孔同心，螺栓孔和同心環(huán)形槽借助于同時工作的工具來形成，該工具具有用來形成螺栓孔的邊緣和用來形成相互同心的槽的另一邊緣，及由于它的抗剪強度使抗剪環(huán)借助于減少裝配螺栓的數(shù)目來增加有效截面積，從而增加了螺栓孔的第一間隙和第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的厚度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種使用抗剪環(huán)來連接鋼構(gòu)件從而得到實際剪切力施加于其中的連接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和方法,從而改善了工作條件、提高了連接強度和使用壽命并且減少了材料。該結(jié)構(gòu)具有:至少一個第一鋼構(gòu)件和至少一個第二鋼構(gòu)件,第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件重疊在一起,并且各自具有至少一個螺栓孔和至少一個環(huán)形槽;及至少一個抗剪環(huán),它插入到第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的環(huán)形槽中,從而防止第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件之間的滑動。在第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件的每個接觸表面處形成環(huán)形槽,螺栓孔具有第一間隙,而第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件中的至少一個構(gòu)件的環(huán)形槽具有小于第一間隙的第二間隙。第二間隙允許第一鋼構(gòu)件和第二鋼構(gòu)件進(jìn)行變形或者移動,以防螺栓和螺母的裝配力,直到螺栓與螺栓孔的側(cè)壁產(chǎn)生接觸時為止。
文檔編號E01D1/00GK1338018SQ99815048
公開日2002年2月27日 申請日期1999年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月26日
發(fā)明者金南英 申請人:賽達(dá)技術(shù)有限公司