СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАЛЬНЫХ БАЛОК
STEEL BEAM JOINTING DEVICE

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ
Настоящее изобретение относится к соединительному устройству для соединения конструкционных элементов. Устройство выполнено с возможностью компенсировать разницу в толщине соединяемых конструкционных элементов без их механической обработки, а также с возможностью компенсировать перепад высоты и отклонения от прямолинейности, которые могут возникать при строительстве, при этом сохраняется прочное соединение между соединяемыми конструкционными элементами. Соединительное устройство легко и дешево в изготовлении и включает соединительный корпус, имеющий соединительные выемки, в которых размещены соединяемые конструкционные элементы, и вкладыши, размещенные в этих выемках, а также клинья, расположенные между вкладышами и соединяемыми конструкционными элементами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В области гражданского и архитектурного строительства в качестве средства соединения конструкций, например, для стыковки колонн, соединения балок с колоннами, стыковки балок и соединения арматурных прутьев широко применяют болтовое соединение. Для выполнения болтового соединения в соединяемых конструкционных элементах необходимо просверлить большое количество отверстий и разместить на одной или двух сторонах этих конструкционных элементов стыковые накладки или скобы для соединения элементов посредством болтов и гаек. Однако необходимость выполнения для болтового соединения большого количества отверстий приводит к таким проблемам, как уменьшение сечения, концентрация напряжений, снижение способности поглощения энергии и увеличение времени монтажа в опасных производственных условиях. Кроме того, диаметр болтов всегда меньше диаметра отверстий, и в силу этого под воздействием усилия натяжения или сжимающего усилия соединяемые конструкционные элементы могут смещаться. Чтобы избежать смещения элементов и возникновения концентрации напряжений используют фрикционное соединение, при котором создают большое усилие зажима для того, чтобы сила трения, действующая между соединенными поверхностями, препятствовала приложенному усилию. Однако недостатки болтового соединения не могут быть полностью устранены.
Для устранения недостатков болтового соединения авторы настоящего изобретения разработали способ соединения (PCT/KR 01/00572), при котором соединительное устройство включает соединительный корпус с соединительными выемками (20), в которых размещены соединяемые элементы (10), и клинья (30), вводимые в зазор между соединительным корпусом и соединяемым элементом, как показано на фиг.1. Клинья (30) выполнены с повышенным коэффициентом трения на поверхности, соприкасающейся с соединительным корпусом. По мере увеличения внешнего усилия, воздействующего на элемент (10), вертикальное усилие, прилагаемое к элементу (10) через клин (30), увеличивается из-за разницы между коэффициентом трения между наклонной стороной клина и соединительным корпусом (20) и коэффициентом трения между нижней стороной клина и элементом (10). Благодаря действию клина (30) между элементом (10) и соединительным корпусом (20) элемент (10) не выпадает из соединительного корпуса (20), если только сам корпус не разрушится.
Соединительное устройство, описанное в патенте №PCT/KR 01/00572, не требует просверливания в соединяемых конструкционных элементах болтовых отверстий и, следовательно, не имеет таких недостатков, как уменьшенное сечение, концентрация напряжений, снижение способности поглощения энергии. Стоимость выполнения соединительного устройства может быть менее стоимости выполнения болтового соединения, для которого необходимы болты, просверливание отверстий и соединительные планки, например стыковые накладки или скобы. Кроме того, установить соединительное устройство проще, чем болтовое соединение, требующее монтажа большого количества болтов, что увеличивает продолжительность строительства, затраты на рабочую силу и повышает вероятность несчастных случаев из-за необходимости выполнения высотных работ. Однако это соединительное устройство имеет следующие недостатки:
Во-первых, механическая обработка соединительных выемок корпуса для их точного соответствия размерам клина и соединяемого элемента дорога и трудоемка. Кроме того, вставить клин между очень точно выполненными соединительным корпусом и элементом весьма непросто, и следовательно, продолжительность сборки может возрастать.
Во-вторых, при выполнении соединений широкополочных балок разрешены допустимые отклонения от заданных размеров, поэтому для обеспечения простоты и надежности конструкции соединительное устройство должно обладать возможностью компенсировать разницу в толщине полок балки. Однако компенсировать эту разницу этим устройством только с использованием соединительной выемки и клина невозможно.
В-третьих, существуют ограничения по применению соединительного устройства в случае перепада высоты и/или отклонения от прямолинейности в соединении.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение разработано для преодоления недостатков вышеописанного соединительного устройства. Целью настоящего изобретения является создание простого и недорогого в изготовлении улучшенного соединительного устройства для соединения стальных конструкций, выполненного с возможностью компенсировать разницу в толщине соединяемых конструкционных элементов без их механической обработки, а также с возможностью компенсировать перепад высоты и отклонения от прямолинейности, возникающие во время строительства, сохраняя при этом жесткое соединение между соединяемыми конструкционными элементами. Для этого настоящее изобретение предлагает соединительное устройство, включающее соединительный корпус, имеющий соединительные выемки, в которых размещены соединяемые конструкционные элементы, и два вкладыша, размещенных в этих выемках так, что они соприкасаются с их поверхностью, а также клинья, установленные между вкладышами и соединяемыми конструкционными элементами.
В соответствии с настоящим изобретением соединительная выемка в данном соединительном устройстве выполнена в форме круглого отверстия, диаметр которого больше ширины щели для ввода соединяемого элемента. Таким образом, соединительная выемка технологически проще, чем выемка прототипа, в которой имеются две наклонные поверхности, требующие точной механической обработки. Вкладыш, размещенный в соединительной выемке, имеет наружную поверхность, соприкасающуюся с соединительным корпусом, и внутреннюю поверхность, соприкасающуюся с клином. Внутренняя поверхность вкладыша имеет наклонную сторону 1 и наклонную сторону 2, сходящиеся на клин в наружном направлении. Клин имеет наружную поверхность с наклонной стороной 1 и наклонной стороной 2, соответствующие наклонной стороне 1 и наклонной стороне 2 вкладыша, и внутреннюю сторону, соприкасающуюся с элементом.
В другом предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения указанный клин разделен вдоль границы между наклонной стороной 1 и наклонной стороной 2, при этом между разделенными клиньями для их разведения размещены пружины.
Еще в одном предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения клин разделен поперек, причем наружные поверхности разделенных клиньев сходятся на клин в наружном направлении, а внутренняя сторона вкладыша сходится на клин во внутреннем направлении, соответственно наружной поверхности клина. Для разведения разделенных клиньев между ними установлено регулирующее приспособление для регулирования зазора. После установки соединительного устройства регулирующее приспособление приводят в действие для разведения разделенных клиньев, обеспечивая тем самым лучшее расклинивающее действие.
Еще в одном предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения для обеспечения плотного контакта между клином и элементом и для повышения надежности соединительного устройства к поверхности элемента прикреплен штифт, а на внутренней поверхности клина сформировано соответствующее отверстие.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает соединительное устройство предшествующего изобретения и иллюстрирует его принцип действия, предложенный авторами настоящего изобретения.
Фиг.2 изображает предлагаемое соединительное устройство в разобранном состоянии.
Фиг.3 подробно изображает стык широкополочной балки, выполненный с использованием предлагаемого соединительного устройства.
Фиг.4 изображает поперечное сечение соединительного корпуса предлагаемого соединительного устройства.
Фиг.5 изображает вкладыш предлагаемого соединительного устройства.
Фиг.6 изображает клин предлагаемого соединительного устройства.
Фиг.7 изображает поперечное сечение соединительного устройства, выполненного в соответствии еще с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения.
Фиг.8 иллюстрирует подвижность конструкционных элементов, соединенных посредством соединительного устройства, изображенного на фиг.7.
Фиг.9 изображает соединительное устройство в разобранном состоянии в соответствии еще с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения.
Фиг.10 изображает соединительное устройство в собранном состоянии, изображенное на фиг.9.
Фиг.11 изображает соединительное устройство в разобранном состоянии в соответствии еще с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения.
Фиг.12 изображает соединительное устройство, изображенное на фиг.11, в собранном состоянии.
Фиг.13 изображает клин соединительного устройства, изображенного на фиг.11.
Фиг.14 изображает вкладыш соединительного устройства, изображенного на фиг.11.
Фиг.15 изображает соединительное устройство, соединяющее конструкционные элементы, расположенные на разной высоте.
ПРИМЕРЫ
На чертежах проиллюстрированы действительные и предпочтительные на настоящий момент варианты выполнения данного изобретения, в которых могут осуществляться модификации и улучшения в пределах объема изобретения.
На фиг.2 показано предлагаемое соединительное устройство в разобранном состоянии, а на фиг.3 показано предлагаемое соединительное устройство, использованное для стыковки широкополочных балок стальных конструкций.
Как показано на фиг.2 и 3, в соответствии с настоящим изобретением соединительное устройство включает соединительный корпус (200), имеющий соединительные выемки (210), в которых размещены соединяемые конструкционные элементы (100), и пару вкладышей (300), размещенных в выемках (210), так что они соприкасаются с внутренней поверхностью (212) выемок (210), а также клинья (400), расположенные между вкладышами (300), размещенными в выемках (210), и соединяемыми конструкционными элементами (100).
В настоящем изобретении элементы (100) включают различные стальные конструкционные элементы, используемые в качестве балок или колонн для стальных строительных конструкций, стальные элементы конструкций для мостов, а также элементы из цветных металлов и волокнита без ограничений по материалу, размеру или форме. На следующих чертежах показаны только соединения внахлестку несмотря на то, что указанные элементы могут быть соединены как внахлестку, так и с пересечением.
Как показано на фиг.4, соединительный корпус (200) устройства имеет по меньшей мере одну соединительную выемку (210), выполненную в форме круглого отверстия, диаметр (D) которого больше ширины (d) щели (214) для вставки соединяемого элемента.
Ширина корпуса (200) может быть выполнена в соответствии с шириной соединяемого элемента, например полки широкополочной балки. Соединительная выемка (210) имеет круглое сквозное отверстие для вставки вкладышей и клиньев, а также щель (214) для введения соединяемого элемента.
При соединении элементов внахлестку соединительные выемки (210) в корпусе (200) могут быть выполнены симметричными, как показано на фиг.4. Когда конструкционные элементы пересекаются под прямым углом, соединительные выемки могут быть соответственно сформированы под прямым углом. Количество и расположение соединительных выемок (210) может быть изменено в соответствии с типом соединения конструкционных элементов. Форма корпуса (200) не ограничена только кругом. При необходимости корпус может быть выполнен треугольным, многоугольным или овальным.
На фиг.5 показан вкладыш (300), который является одним из компонентов предлагаемого соединительного устройства и предназначен для приведения элемента (100) и клина (400) в состояние плотного контакта. Вкладыш имеет наружную поверхность (310), радиус инерции которой равен радиусу инерции внутренней поверхности круглого отверстия соединительной выемки (210) корпуса (200), и внутреннюю поверхность (320), соприкасающуюся с клином (400). Внутренняя поверхность (320) вкладыша имеет наклонную сторону 1 и наклонную сторону 2 (322, 324), выполненные сходящимися на клин для предотвращения выхода клина из соединительного корпуса.
Размеры вкладыша (300) могут быть разными для компенсации разницы в толщине конструкционных элементов. Для уменьшения коэффициента трения внутренняя поверхность (320) вкладыша, соприкасающаяся с клином, подвергнута механической обработке.
Кроме того, вкладыш (300) может быть выполнен длиннее клина (400) для компенсации отклонения от заданных размеров посредством регулирования длины его введения. Для облегчения вставки вкладыша (300) его один его конец может иметь уменьшенную ширину и толщину по внутренней поверхности (320).
На фиг.6 изображен клин (400) соединительного устройства, выполненного в соответствии с настоящим изобретением. Клин имеет наружную поверхность (410), которая имеет наклонную сторону 1 и наклонную сторону 2 (412, 414), соответствующие наклонной стороне 1 и наклонной стороне 2 (322, 324) внутренней поверхности (320) вкладыша (300), и внутреннюю сторону (420), соприкасающуюся с элементом (100).
Наружная поверхность (410) клина (400) подвергнута механической обработке для уменьшения коэффициента трения. Внутренняя поверхность (420), соприкасающаяся с элементом (100), подвергнута обработке с приданием ей грубости или созданием выступающих зубцов (не показано).
На фиг.7 изображено в поперечном сечении соединительное устройство, выполненное в соответствии еще с одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения, а на фиг.8 проиллюстрирована подвижность конструкционных элементов, соединенных посредством устройства, изображенного на фиг.7.
В данном предпочтительном варианте выполнения к поверхности элемента (100), расположенного в соединительной выемке (210) корпуса (200), прикреплен штифт (110), а на внутренней поверхности клина (400), соприкасающейся с конструкционным элементом, сформировано отверстие (422), соответствующее штифту (110). Остальные детали аналогичны деталям, выполненным в соответствии с первым предпочтительным вариантом выполнения.
Для увеличения надежности этого предпочтительного варианта выполнения соединение между штифтом (110) и отверстием (422) может быть выполнено с нагрузкой в дополнение к исходному трению контактной поверхности, при котором возможен сдвиг элемента (100) и клина (400) относительно друг друга из-за их недостаточно плотного контакта.
На фиг.8. проиллюстрировано, что конструкционные элементы (100) могут перемещаться в определенных пределах в соединительных выемках (210) и вращаться в любом направлении вокруг центра круглого отверстия выемки (210). Таким образом, обеспечена некоторая подвижность соединительного устройства для компенсации отклонения от прямолинейности элементов (100) из-за ошибки при монтаже конструкции.
На фиг.9 изображено соединительное устройство в разобранном состоянии, выполненное в соответствии с еще одним предпочтительным вариантом настоящего изобретения, а на фиг.10 изображено соединительное устройство, изображенное на фиг.9, в собранном состоянии.
В этом предпочтительном варианте соединительный корпус (200) и вкладыши (300) выполнены аналогично корпусу и вкладышам первого и второго предпочтительного варианта изобретения. Особенность данного варианта выполнения заключается в том, что клин (400) на каждой стороне элемента (100) разделен пополам. Таким образом, в соответствии с этим предпочтительным вариантом клин (400) разделен на две части (400a, 400b) вдоль границы между наклонной стороной 1 (412) и наклонной стороной 2 (414) перпендикулярно направлению конструкционного элемента, причем для разведения разделенных клиньев (400a, 400b) в соединительной выемке (210) корпуса (200) между клиньями (400a, 400b) размещены пружины (400c), обеспечивающие плотный контакт между клиньями (400a, 400b) и элементом (100).
На фиг.11 изображено соединительное устройство в разобранном состоянии, выполненное в соответствии с другим предпочтительным вариантом настоящего изобретения, а на фиг.12 показано соединительное устройство, изображенное на фиг.11, в собранном состоянии. На фиг.13 и 14 соответственно показаны клин и вставка соединительного устройства, изображенного на фиг.11.
В этом предпочтительном варианте изобретения клин (400) и вкладыш (300) выполнены разной формы, тогда как соединительный корпус (200) выполнен аналогично корпусам в соответствии с первым, вторым и третьим предпочтительными вариантами изобретения. В отличие от клина третьего варианта клин (400) разделен на две части по направлению к конструкционному элементу (перпендикулярно направлению клина). Наружная поверхность разделенных клиньев (400a, 400e) сходится на клин в наружном направлении, как показано на фиг.13, а внутренняя поверхность (320) вкладыша (300) сводится на клин во внутреннем направлении в соответствии с наружной поверхностью (410) клина (400), как показано на фиг.14. Между разделенными клиньями (400d, 400e) установлено регулирующее приспособление для регулирования зазора, выполненное в виде винта (400f). Регулируя приспособление (400f), клин (400) вводят в плотный контакт с элементом (100) или выводят из контакта с ним для развода или сведения разделенных клиньев (400d, 400е).
На фиг.15 показано соединительное устройство, выполненное в соответствии с настоящим изобретением и соединяющее конструкционные элементы, расположенные на разной высоте. Благодаря компенсации разницы в толщине соединяемых конструкционных элементов (100), а также компенсации перепада высоты и отклонения от прямолинейности посредством регулировки степени ввода вкладыша (300) или подбора его размеров облегчается установка устройства, которая может производиться прямо на строительной площадке.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Предлагаемое соединительное устройство может соединять конструкционные элементы благодаря расклинивающему действию, при котором клин и элемент приводятся в плотный контакт путем ввода вкладыша или разведения клина после установки клина и элемента в соединительной выемке корпуса. Благодаря способности устройства компенсировать разницу в толщине соединяемых конструкционных элементов и перепад высоты соединения установка устройства на строительной площадке упрощена. При вводе вкладыша клин приводится в плотный контакт с элементом, и расклинивающее действие усиливается. Если плотный контакт клина с элементом не обеспечен, расклинивающее действие может обеспечивать штифт, прикрепленный к элементу. Разделенный клин выполнен с возможностью легко компенсировать разницу в толщине элементов и усиливать расклинивающее действие благодаря раздвигающей силе гибких пружин или регулирующих приспособлений для регулирования зазора. Таким образом значительно уменьшается время сооружения и затраты на рабочую силу по сравнению со стандартным болтовым соединением и прототипом.