九游会老哥俱乐部:一种钢构钢管预应力连接器的制作方法

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  建设工程建设项目中，钢结构的使用量慢慢的变大，如：工业民用建筑的厂房、仓库、体育场馆、景观设施，基础施工、巷道的支撑系统等。

  随着钢结构应用增加，钢构钢管连结的一些问题也就显现出来，目前常用的联结方法在施工现场因受场地限制很难保证钢构钢管的正、平、直的联结要求，连接时费时，费劲，且各联结方式都会有焊接作业，而焊接质量又难以控制。建设大跨度楼层或屋面梁、板时，为改善视角错觉，也为了修正自重沉降，设计文件中也要求提前增加跨中高度（起拱）。

  发明人在寻找一种高效、可靠、易于安装/拆除的钢构钢管连接装置的过程中，发现在预应力混凝土施工中，有一种用于连接预应力钢绞线的连接器。但经过对比，发明人发现在钢构钢管中是不能直接应用这种连接器：1、占用体积大、重量大，结构较为复杂，加工难度大；2、在施工现场安装难度大，对于大型钢构钢管的对正、对接难度非常大，安装质量很难保证；3、无法拆卸。即使比照现有的预应力锚具连接器设计，焊接件的使用也是回避不了的问题：如螺栓连接的法兰盘，也是焊接到钢构钢管上的，且螺栓联接的对正、对中困难都是不争的事实，遇有特殊的工作位置时，全面焊接的难度更大，给实施工程人员也带来安全施工的风险。

  发明人认为：两根钢管用预应力钢绞线进行联接并不难，但是要满足可靠联接，同时又要拆卸方便、简单易操作、节省钢材的要求就很难，特别是大型钢构在施工现场的对正、对接环节特别多，往往会耗费大量的人工。另外，过长的钢绞线在高温、大应力状态下其松弛性能也将大打折扣；尽可能的少用或不用焊接，防止钢构钢管开裂，都是需要发明人在设计中考虑的，所以只能采用全新的预应力连接器，解决钢构钢管的联接问题。

  为克服现存技术的不足之处，本发明提供一种钢构钢管预应力连接器，以解决上述技术问题。

  本发明所采用的技术方案是：一种钢构钢管预应力连接器，其主体包括一截带有内螺纹的圆柱形钢管，该连接器主体内腔两端分别装有异位锚垫板和锚环，所述锚环通过外螺纹与所述连接器主体的内螺纹旋接；其中，所述锚环上设有多个上大下小的锥形孔，锥形孔内设置有用于锁紧钢绞线的夹片，所述夹片与锥形孔相配合，夹片由两弧形片组成，两弧形片围成圆台状；所述异位锚垫板上开有多个锚孔，所述锚孔集中分布于所述异位锚垫板中间线一侧的区域内，所述异位锚垫板锚孔内的钢绞线，通过其端部的握裹式挤压锚与所述异位锚垫板联接固定；所述异位锚垫板和锚环的外侧分别设有用于套接钢构钢管的钢管安装座，所述钢管安装座分别拧装在所述连接器主体两端的管口处；所述钢构钢管内腔中设有至少两个约束支架，所述约束支架的长度大致等于所述钢构钢管内径，且其端部固定于所述钢绞线上，相邻约束支架的端部位置相反，所述约束支架与异位锚垫板和锚环配合，使所述钢绞线在所述钢构钢管内腔中以曲折线形式分布。

  进一步的，所述连接器主体内腔一端设有异位锚垫板和定位圈，二者与所述连接器主体内壁滑配，所述连接器主体内壁位于异位锚垫板一侧至少设有三个挡块或开有多个通孔的环形凸台或齿圈，所述定位圈与异位锚垫板之间还设有两个半圆形垫片，所述定位圈通过螺钉穿过所述半圆形垫片与所述异位锚垫板拧接固定，从而将三者固定于所述连接器主体内壁的挡块、环形凸台或齿圈的两侧。

  发明原理：利用预应力连接器制作钢构件，能大大的提升钢构的承载能力；改善钢构的受力状态；提高钢构刚度及稳定性；降低用钢量，节省本金。所以要把预应力钢绞线和钢结构结合一起使用。预应力钢绞线，因其具有更加好的柔韧性、高强度、低松弛性能等，故较其他预应力钢筋可以方便的布置，通过张拉施力，就可以使构件在工作前就具有一定应力（预应力），使未施加预应力前的受拉应力段被施加上压应力，（“存储”部分应力，待正常使用时“释放”）。

  人们都知道较长的钢结构都会在自重或荷载的作用下，其中间部位会有向下弯曲的现象，这样既不美观也减小了钢结构的承载能力，而要减少这种影响只有在中间部位增加支撑体。

  但如果用预应力钢绞线、锚具加上异位锚垫板、约束支架等，使钢绞线以曲折线形式分布，通过对钢绞线的张拉作业，钢构钢管的中间部位便会受到一个来自于钢绞线的向上托力，使其向上弯曲（起拱）。当钢构钢管受到垂直（轴线）方向上外力（自重或荷载）的作用时会有“变直”的倾向，其通过异位垫板、约束支架传递到低松弛的钢绞线和锚具上，使钢构钢管垂直（轴线）方向上外力部分转化为压力，同时，外界的力的作用也会让钢构钢管上部的张应力和下部的压应力都趋于减小，应力分布更趋合理，提高了钢构钢管的承载能力。

  如图5示意，上部受张应力，下部受压应力，其弯曲计算公式是：y=PL3/48EJ

  公式中，P 为各个集中荷载标准值之和(kN)， L为钢管的长度， E为钢的弹性模量, J为钢构钢管的惯性矩。

  当使用“起拱”后，在钢构钢管的中部来自于钢绞线的向上托力，将通过约束支架传递给钢构钢管，略去所有摩擦阻力，如图11所示，该力的大小应为：

  N =2F钢绞线牛；力的方向向上，且该力远大于引起钢构钢管下垂的自重力，所以有：

  当然，我们还能调整约束支架的高低使sinα变化，使“起拱”量的大小随之发生变化。也就是这样，可以让我们在“起拱”后的钢构钢管上面去安置其他的荷载而不至于下垂。

  使用时，相邻的连接器分别套接在一钢构钢管的两端，钢绞线穿过该钢管，两端分别固定在相邻连接器的异位锚垫板和锚环的锚孔中，用千斤顶张拉后固定住异位锚垫板即可，操作格外的简单。本发明采用的异位锚垫板上的锚孔采用异位设置（锚孔集中分布于所述异位锚垫板中间线一侧的区域内），相邻的预应力连接器的异位锚垫板和锚环上的锚孔相互错开固定，这样串接了多个连接器及钢管的钢绞线整体呈曲折线状态，改善了其受力状态及变形（起拱），更好地发挥钢构钢管和钢绞线的综合性能。握裹式挤压锚是用挤压机将挤压套压结在钢绞线上的一种锚具，是将端部带有挤压簧的钢绞线穿进挤压套内并压紧得到的。本发明公开的钢构钢管预应力连接器，可以给钢构钢管一个施加预应力的刚性平台，可以方便的连接和拆除；能够完全满足要求使钢构钢管“起拱”需要。

  有益效果：1、本发明采用钢管安装座及预应力锚具组成的联接体系，无需焊接，用螺丝刀和千斤顶就能实现两根钢构钢管的对接，省工、省力；

  2、使用带有异位锚孔的异位锚垫板，控制钢绞线在连接器内或钢构钢管内的分布路径，更大地发挥钢构钢管和钢绞线、连接器两端的钢管安装座，可随相配用的钢管加工成相应的形状和尺寸，适用面广。

  图中出现的标识有：连接器主体1、异位锚垫板2、异位锚垫板2’、锚环3、钢绞线’、定位圈8、螺钉9、半圆形垫片10、钢构钢管11、约束支架12。

  为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

  在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，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。

  参见图1、2、10，如图所示，一种钢构钢管预应力连接器，连接器主体1包括一截带有内螺纹的圆柱形钢管，该钢管内腔两端分别装有异位锚垫板2和锚环3，锚环3通过外螺纹与连接器主体1的内螺纹旋接；其中，锚环3上设有多个上大下小的锥形孔，锥形孔内设置有用于锁紧钢绞线由两弧形片组成，两弧形片围成圆台状；异位锚垫板2上开有多个锚孔，锚孔集中分布于异位锚垫板2中间线一侧的区域内，异位锚垫板锚孔内的钢绞线，通过其端部的握裹式挤压锚6与异位锚垫板2联接固定；异位锚垫板2和锚环3的外侧分别设有用于套接钢构钢管11的钢管安装座，钢管安装座的A端7和B端7’分别拧装在连接器主体1两端的管口处。

  如图5所示，钢构钢管11内腔中设有三个约束支架12，约束支架的12长度大致等于钢构钢管11内径（能放入钢构钢管11即可），且其端部固定于的钢绞线上，相邻约束支架的端部位置相反，约束支架12与异位锚垫板2和锚环3配合，使钢绞线内腔中以曲折线形式分布。

  异位锚垫板2和定位圈8位于连接器主体1内腔一端，二者与连接器主体1内壁滑配，连接器主体1内壁位于异位锚垫板2一侧至少设有三个挡块或开有多个通孔的环形凸台或齿圈（图中为开有多个通孔的环形凸台），定位圈8与异位锚垫板2之间还设有两个半圆形垫片10，定位圈8通过螺钉9穿过半圆形垫片10与异位锚垫板2拧接固定，从而将三者固定于环形凸台的两侧。

  2、将握裹式挤压锚6及异位锚垫板2等塞入第一个连接器内250毫米左右，使连接器内的钢绞线束尽量挤靠一边后，再半片、半片地将半圆形垫片10放入连接器内，安装定位圈8和螺钉9；

  3、在钢构钢管11的另一端，将钢管安装座的一端放入第一根钢构钢管中，依次、依序将钢绞线的两端顺入钢管安装座A端7和B端7’，给锚环3和钢绞线和钢管安装座对中后就可以实施张拉（注意两个钢管安装座A端7和B端7’与连接器的关系）。

  4、张拉过程应遵守相关规程，张拉结束后锚环3外出露的钢绞线应留有开始张拉时的余量，待拆卸（放张）时用。

  6、设计中钢绞线’时可做基本定位，但因锚环3与钢管安装座为平面接触定位，所以在张拉钢绞线时应加装对正装置（护罩），确保锚环3和钢管安装座的位置，方便后续旋入连接器。

  1、如图10所示，以能够放入钢构钢管11内腔的尺寸，切割出钢板的外轮廓，在钢绞线的预设位置钻出六个直径15毫米的圆孔；

  5、将钢绞线束穿入圆孔，再将被一分为二的钢板夹住并用螺栓紧固，确保钢绞线的位置，其他位置的约束支架安装类同；

  6、将三个约束支架12固定在钢绞线上，再拖入事前清理过的钢构钢管11中的相应位置。

  参见图6、7，如图所示，一种钢构钢管预应力连接器，其主体包括一截带有内螺纹的圆柱形钢管，该钢管内腔两端分别装有异位锚垫板2’和锚环3，锚环3通过外螺纹与连接器主体1的内螺纹旋接；异位锚垫板2’通过其外圆面的螺纹与连接器主体1的内螺纹旋接，其余部分与实施例1相同。

  2、同样将握裹式挤压锚6塞入第一个连接器内250毫米左右，旋入异位锚垫板2’到设计位置;

  3、在钢构钢管11的另一端，将钢管安装座的一端放入第一根钢构钢管中，依次、依序将钢绞线的两端顺入钢管安装座A端7和B端7’，给锚环3和钢绞线和钢管安装座对中后就可以实施张拉了（注意钢管安装座A端7和B端7’与连接器的关系）。

  4、张拉过程应遵守相关规程，张拉结束后锚环3外出露的钢绞线应留有开始张拉时的余量，待拆卸（放张）时用。

  本发明实施例1和2采用的异位锚垫板2和2’的锚孔均采用异位设置（参见图2、图7，锚孔集中分布于所述异位锚垫板中间线一侧的区域内），相邻的预应力连接器的异位锚垫板和锚环上的锚孔相互错开固定，这样串接了多个连接器及钢管的钢绞线整体呈曲折线），改善了其受力状态。

  1、设计选择被连接的钢管材质为Q345，尺寸为150×150mm的方管(如选择被连接的钢管为圆管时其几何尺寸和连接端部略有调整，连接方式不变)，壁厚为8mm，长度5m，屈服强度为345MPa，抗拉强度为470MPa，安全系数选择1.5，许用应力[σ]=345/1.5=230MPa；钢绞线kN、屈服荷载229kN；取屈服荷载的80%为最终张拉力，即：229×80%=183.2kN ，用5孔锚具对其实施张拉，于是有：5×183.2=916kN；先对Q345的钢管进行强度及稳定性进行校验，根据钢材的拉、压公式：σ=N/F=916×103/（0.152-0.1342）=201.6MPa＜[σ]，说明该状态下满足钢管的强度条件。

  即：λ（=86.06）﹥λp（81.15），根据公式的应用条件，故选择欧拉公式对其进行稳定性校验：

  σlj（=267MPa）﹥σ（=201.6MPa），即临界应力大于工作应力，该钢管在以上条件下应用是安全的。

  注：上述计算公式见《机械原理及机械零件》南京工学院，人民教育出版社，1981年5月。

  3.2螺纹部分，螺母的大径134毫米，小径130毫米，螺距4毫米，牙高2毫米。假定荷载集中作用在螺纹的以平均直径为直径的圆周上，然后把螺纹展开，并作为悬臂梁来计算，根据相关经验：螺杆螺母材料相同时，只需校核螺杆螺纹的强度：

  N：为连接器受到的轴向力，用于深基坑内支撑的连接时，该螺纹上受力很小，但用于其他方面的连接时就必须进行相应的校验。

  《机械原理及机械零件》南京工学院，人民教育出版社，1981年5月，《机械设计手册》成大先主编，化学工业出版社，2008年4月，第五版。

  半圆形垫片是设计中较有特点的，其破坏形式以剪切为主，剪切强度的条件是：τ=N/F≤[τ]---（8）

  考察危险断面时有：τ=N/F=N/лdt=916×103/л×0.102×0.022=129.9MPa≤[τ],故满足规定的要求。（因切割成半圆而影响强度部分忽略未计）。

  按抗弯校验：假定荷载集中作用在以平均直径为直径的圆周上然后将其展开，作为悬臂梁来计算，即：

  注：上述计算公式见《机械原理及机械零件》南京工学院，人民教育出版社，1981年5月

  其中，d为大径与小径的平均值，本例为（130+102）/2=116毫米；

  6、螺纹的自锁性能：螺纹大径134毫米，螺纹小径130毫米，螺距4毫米，牙高2毫米。

  注：上述计算公式见《机械设计手册》成大先主编，化学工业出版社，2008年4月，第五版。

  通过以上计算，能够准确的看出该设计的具体方案从强度要求到使用上的要求均可满足钢构钢管预应力连接器的要求。

  2、如需对钢构钢管注浆时，注浆孔的位置应低于排气孔，采用边注入水泥浆边震动的方法，辅助排出钢构钢管或水泥浆中的空气，确保注浆质量；

  5、如将两根钢管的对接接口制作成一定角度，连接后的两根钢管的轴线也将按该角度产生相应的安装夹角；

  7、因各部件在使用的过程中需承受较大拉、压力的作用，所以对连接器应进行探伤检验，不符合标准要求的部件不得使用，防止发生意外事故。

  尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，能够理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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