專利名稱：竹結構的螺栓球預應力轉換接頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于建筑工程領域，涉及一種竹結構的螺栓球預應力轉換接頭。
背景技術：
竹材是地球上分布較為廣泛的一種天然綠色可再生材料，具有較高的比強度和比剛度和柔韌性等優(yōu)點。我國的竹材資源非常豐富，長期以來被廣泛應用于工農業(yè)生產和生活的各個方面，特別是在2010年世博會以后，社會各界更加重視低碳環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展，人們又開始研究如何把這個古老的材料運用于現(xiàn)代建筑領域中，使其重新煥發(fā)新的青春。為了使竹材能夠更加廣泛地應用于現(xiàn)代建筑領域，其關鍵點之一是如何解決竹材之間的連接問題。由于竹材生長過程的不可控性決定了其口徑、壁厚等截面幾何尺寸的不規(guī)則性，竹材不可能像經過人工制造生產出來的型鋼那樣具有很好的尺寸穩(wěn)定性。因此，在過去千百年的生產生活中，人們一直采用綁扎、榫卯、螺栓、套筒等方式將竹材連接，連接強度和剛度很難得到保障，因而直接影響到竹結構強度、剛度和穩(wěn)定性，制約了竹材的應用。授權公告號為CN 2761727，名稱為“用于傣家竹樓的原竹結構節(jié)點”的中國專利文獻中介紹了用于原竹結構常用節(jié)點構造，其中一字型、T型、X型、L型節(jié)點等均由一根或多根原竹完整貫穿節(jié)點，柱腳構造采用金屬杯口灌注混凝土方式對節(jié)點予以加強，盡管在節(jié)點處增加了螺栓等構造措施，但是連接的剛度和強度并不可靠；授權公告號CN2021171176U，名稱為“一種竹結構連接節(jié)點”和授權公告號為CN202023258U，名稱為“一種竹結構螺栓球連接節(jié)點”的中國專利文獻中分別公開了兩種用于竹結構連接的鋼節(jié)點，其主要特征是鋼節(jié)點與竹材之間采用預埋鋼筋加混凝土灌注的方式進行連接。這種連接的方式存在的問題是:混凝土與竹材之間的粘結強度很低，兩者之間會發(fā)生相對滑動，無法通過混凝土傳遞軸向力，因此在大多數(shù)情況下，軸向力實際上主要是通過十字加強筋在竹材和鋼箍之間進行傳遞的，在竹材與鋼箍的接觸點會產生應力集中現(xiàn)象，連接所能夠傳遞的荷載大小完全取決于十字加強筋與竹材之間的擠壓強度、竹材的抗劈裂能力，接觸點處會先于竹材破壞，不能充分發(fā)揮竹材的承載能力。由于連接的不可靠性，現(xiàn)有的結構分析理論和有限元計算方法以及實驗手段不能深入地應用于竹結構的分析計算中。由于竹結構連接方面存在的種種問題，竹結構的應用范圍收到了很大的制約，一般主要應用于重要性不高的臨時性的建筑結構中或者加工制作成板材。而目前大量應用的鋼結構網架和桁架所采用的球節(jié)點和板節(jié)點是一種十分成熟節(jié)點形式，如果能夠將竹材通過球節(jié)點或板節(jié)點相互連接，組成鋼節(jié)點的竹結構，一定會極大地促進竹材在建筑工程領域的應用。解決這個問題的關鍵是找到一種竹材與鋼節(jié)點之間的轉換接頭，并且能夠使其連接強度和剛度均高于竹材自身強度和剛度構造方式。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術中竹材之間的連接處強度低的缺陷，本發(fā)明提供了一種安裝簡單、連接可靠的竹材與螺栓球節(jié)點之間的轉換接頭。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案是:一種竹結構的螺栓球預應力轉換接頭，包括圓套管、錐頭、螺栓桿、套筒和銷栓，所述錐頭為空心圓臺結構，其上底面中部設有圓孔，下底面固定在圓套管的一端邊緣上，螺栓桿穿出錐頭的圓孔，套筒套設在螺栓桿穿出錐頭的螺桿上，銷栓將套筒固定在螺栓桿上，所述圓套管內設有預應力楔形膨脹桿、預應力楔形套筒和驅動齒輪，預應力楔形膨脹桿呈漏斗形，其包括兩個部分，第一部分為圓柱形桿件，其外側帶有若干齒槽，第二部分為錐臺體，其截面圓形直徑最小的一端與第一部分連接，所述預應力楔形套筒套設在預應力楔形膨脹桿上，預應力楔形套筒的內徑小于預應力楔形膨脹桿的最大外徑，大于預應力楔形膨脹桿第一部分圓柱形桿件的外徑，預應力楔形套筒沿圓周方向開有若干個與其軸線平行的切口，切口的長度均小于預應力楔形套筒的長度，所述圓套管的內側沿圓周設有用于限制預應力楔形套筒的位移的環(huán)肋，圓套管外表面上對稱地設有耳板，圓套管側壁的耳板安裝位置上設有驅動齒輪安裝孔，驅動齒輪安裝在耳板上并穿過管套管側壁，所述驅動齒輪圓周上設有與預應力楔形膨脹桿上的齒槽配合的若干齒牙。圓套管嵌套在竹材端部的外側，預應力楔形套筒插入在竹材內側，圓套管的內側沿圓周設有環(huán)肋，用于限制楔形套筒的位移，使竹材端部位于楔形套筒和圓套管之間，預應力楔形膨脹桿呈漏斗狀，位于在預應力楔形套筒的內，在驅動齒輪的作用，預應力楔形膨脹桿向錐頭一側移動，預應力楔形膨脹桿的錐臺體部分嵌入楔形套筒內，使預應力套筒沿圓周向外膨脹，將竹材端部緊緊的夾在楔形套筒和圓套管之間，使竹材和轉換接頭形成穩(wěn)定的連接。優(yōu)選的，預應力楔形套筒外徑為等直徑，內徑為變直徑，其壁厚從切口側向未切口側沿軸線方向連續(xù)增加。優(yōu)選的，所述的切口的長度小于預應力楔形套筒的長度。進一步的，所述的切口的長度大于1/2預應力楔形套筒的長度。優(yōu)選的，所述轉換接頭還包括若干緊固螺釘，圓套管上開有若干與緊固螺釘配合的螺紋孔。優(yōu)選的，所述錐頭上底面上設有封板，封板上對應的設有圓孔。優(yōu)選的，所述驅動齒輪上設有旋轉把手，所述旋轉把手包括位于驅動齒輪上的凸塊和可套設在凸塊上的套筒把手。本發(fā)明的有益效果是:
(1)預應力楔形膨脹桿能夠使預應力套筒沿圓周向外膨脹，從而使位于圓套管和預應力楔形套筒之間的竹材受到很大的擠壓力。考慮到竹材橫截面的非圓形幾何特點，如果在竹材的端部沿周向開設一定數(shù)量的與竹材軸線平行的切口，則能夠使圓套管與竹材之間的接觸更加均勻，連接更加牢固；
(2)所述的轉換接頭連接牢固可靠，不會產生因連接處應力集中現(xiàn)象，能夠均勻地將竹材的內力通過圓套管傳遞到節(jié)點上。也使得現(xiàn)有的結構分析理論、有限元分析方法和實驗方法可以應用于竹結構的分析計算中，可大大地拓展竹材的應用領域；
(3)所述的轉換接頭加工制作簡單，由于不用灌注混凝土材料，所以安裝快速，能夠實現(xiàn)即插即用；同時拆卸方便，可回收再利用，不會產生廢棄物，有利于環(huán)境保護； (4)所述的轉換接頭能夠適應各種截面尺寸和形狀的竹材，應用范圍廣；
(5)安裝好轉換接頭的竹材可以像鋼構件一樣通過球節(jié)點進行連接組成各種空間結構，充分利用了現(xiàn)有的技術和設備條件，生產效率高，經濟效益好。


圖1為本發(fā)明竹結構的螺栓球預應力轉換接頭的分解結構示意 圖2為本發(fā)明竹結構的螺栓球預應力轉換接頭與竹材端部連接剖面 圖3為本發(fā)明竹結構的螺栓球預應力轉換接頭的左視 圖4為本發(fā)明竹結構的螺栓球預應力轉換接頭與螺栓球節(jié)點之間的連接結構示意圖； 圖5為本發(fā)明竹結構的螺栓球預應力轉換接頭的組裝過程示意
:圓套管1、竹材2、預應力楔形套筒3、預應力楔形膨脹桿4、緊固螺釘5、樹脂膠6、驅動齒輪7、銷釘8、錐頭9、封板10、套筒把手11、圓套管內側環(huán)肋12、耳板13、螺栓桿14、套筒15、銷栓16、螺栓球節(jié)點17。
具體實施例方式下面結合具體附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明:
如圖1-3所示，本發(fā)明的竹結構的螺栓球預應力轉換接頭，包括圓套管1、錐頭9、螺栓桿14、套筒15和銷栓16，所述錐頭9為空心圓臺結構，其上底面中部設有圓孔，下底面與圓套管I的一端邊緣焊接，螺栓桿14的頭部位于錐頭9內，桿部穿出錐頭9上底面的圓孔，套筒15套設在螺栓桿15穿出錐頭的螺桿上，銷栓16嵌入到套筒15和螺栓桿14的銷孔內，使套筒15固定在螺栓桿14上。圓套管I內設有預應力楔形膨脹桿4、預應力楔形套筒3和驅動齒輪7。預應力楔形膨脹桿4呈漏斗形，其包括兩個部分，第一部分為圓柱形桿件，其外側帶有5個齒槽，第二部分為錐臺體，其截面圓形直徑最小的一端與第一部分連接。所述預應力楔形套筒3套設在預應力楔形膨脹桿4上，預應力楔形套筒3的內徑小于預應力楔形膨脹桿4的最大外徑，大于預應力楔形膨脹桿4第一部分圓柱形桿件的外徑，預應力楔形套筒3沿圓周方向開有若干個與其軸線平行的切口，切口的長度等于3/4預應力楔形套筒的長度。預應力楔形套筒3外徑為等直徑，內徑為變直徑，其壁厚從切口側向未切口側沿軸線方向連續(xù)增加。所述圓套管I的內側沿圓周設有用于限制預應力楔形套筒3的位移的環(huán)肋12，圓套管I外表面上對稱地設有耳板13，圓套管I側壁的耳板13安裝位置上設有驅動齒輪7的安裝孔，驅動齒輪7通過銷釘8與耳板13固定，并穿過管套管I側壁，驅動齒輪7可繞銷釘8轉動，驅動齒輪7圓周上均勻的分布有與預應力楔形膨脹桿4上的齒槽配合的10個齒牙。轉換接頭還包括八個緊固螺釘5，圓套管I上開有八個與緊固螺釘配合的螺紋孔，緊固螺釘5共有分為四組，每兩個沿軸向設置圓套管I的緊固螺釘5分為一組，每組之間的安裝間隔90度圓周角，緊固螺釘?shù)膶嶋H使用情況可視竹材直徑大小而定。所述錐頭9上底面上設有封板10，封板10上對應錐頭9的上底面圓孔位置也設有圓孔。所述驅動齒輪7上設有旋轉把手，所述旋轉把手包括位于驅動齒輪上的凸塊和可套設在凸塊上的套筒把手11。如圖4，安裝好轉換接頭的竹材構件可以采用鋼結構工程中普遍使用的球節(jié)點連接方式組成各種空間結構。用螺栓扳手將轉換接頭端部的螺栓桿14旋入螺栓球節(jié)點17的螺栓孔中，使套筒15與螺栓球節(jié)點17壓緊。竹材2的拉力由螺栓桿14傳遞至螺栓球節(jié)點17 ;竹材2的壓力由套筒15傳遞至螺栓球節(jié)點17。如圖5所示，本發(fā)明的組裝和使用步驟如下:
(a)螺栓桿14從錐頭的內側插入封板10的孔中，在錐頭的外側將套筒15套在螺栓桿14上，并用銷栓16固定；
(b)將組裝好的錐頭7焊接在圓套管I上；
(c)將預應力楔形套筒3插入圓套管I中；
(d)將預應力楔形膨脹桿4插入預應力楔形套筒3中；
(e)將驅動齒輪7與預應力楔形膨脹桿4嚙合，并用銷釘8將驅動齒輪7固定在耳板13上；
(f)將組裝好的轉換接頭嵌套在涂抹樹脂膠6的竹材2的端部，并使圓套管I位于竹材2外側，預應力楔形套筒3位于竹材2內側，然后用套筒把手11沿圖示方向旋轉驅動齒輪7，使竹材2被擠壓在圓套管I和預應力楔形套筒3之間，將緊固螺釘5安裝在圓套管I和竹材2上的螺紋孔內，將轉換接頭與竹材2牢固連接。
權利要求
1.一種竹結構的螺栓球預應力轉換接頭，包括圓套管、錐頭、螺栓桿、套筒和銷栓，所述錐頭為空心圓臺結構，其上底面中部設有圓孔，下底面固定在圓套管的一端邊緣上，螺栓桿穿出錐頭的圓孔，套筒套設在螺栓桿穿出錐頭的螺桿上，銷栓將套筒固定在螺栓桿上，其特征在于:所述圓套管內設有預應力楔形膨脹桿、預應力楔形套筒和驅動齒輪，預應力楔形膨脹桿呈漏斗形，其包括兩個部分，第一部分為圓柱形桿件，其外側帶有若干齒槽，第二部分為錐臺體，其截面圓形直徑最小的一端與第一部分連接，所述預應力楔形套筒套設在預應力楔形膨脹桿上，預應力楔形套筒的內徑小于預應力楔形膨脹桿的最大外徑，大于預應力楔形膨脹桿第一部分圓柱形桿件的外徑，預應力楔形套筒沿圓周方向開有若干個與其軸線平行的切口，切口的長度均小于預應力楔形套筒的長度，所述圓套管的內側沿圓周設有用于限制預應力楔形套筒的位移的環(huán)肋，圓套管外表面上對稱地設有耳板，圓套管側壁的耳板安裝位置上設有驅動齒輪安裝孔，驅動齒輪安裝在耳板上并穿過管套管側壁，所述驅動齒輪圓周上設有與預應力楔形膨脹桿上的齒槽配合的若干齒牙。
2.根據(jù)權利要求1所述的竹結構的螺栓球預應力轉換接頭，其特征在于:預應力楔形套筒外徑為等直徑，內徑為變直徑，其壁厚從切口側向未切口側沿軸線方向連續(xù)增加。
3.根據(jù)權利要求1所述的竹結構的螺栓球預應力轉換接頭，其特征在于:所述的切口的長度小于預應力楔形套筒的長度。
4.根據(jù)權利要求3所述的竹結構的螺栓球預應力轉換接頭，其特征在于:所述的切口的長度大于1/2預應力楔形套筒的長度。
5.根據(jù)權利要求1所述的竹結構的螺栓球預應力轉換接頭，其特征在于:所述轉換接頭還包括若干緊固螺釘，圓套管上開有若干與緊固螺釘配合的螺紋孔。
6.根據(jù)權利要求1所述的竹結構的螺栓球預應力轉換接頭，其特征在于:所述錐頭上底面上設有封板，封板上對應的設有圓孔。
7.根據(jù)權利要求1所述的竹結構的螺栓球預應力轉換接頭，其特征在于:所述驅動齒輪上設有旋轉把手，所述旋轉把手包括位于驅動齒輪上的凸塊和可套設在凸塊上的套筒把手。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種竹結構的螺栓球預應力轉換接頭，包括圓套管、錐頭、螺栓桿、套筒和銷栓，所述圓套管內設有預應力楔形膨脹桿、預應力楔形套筒和驅動齒輪，所述預應力楔形套筒套設在預應力楔形膨脹桿上，圓套管外表面上對稱地設有耳板，圓套管側壁的耳板安裝位置上設有驅動齒輪安裝孔，驅動齒輪安裝在耳板上并穿過管套管側壁，所述驅動齒輪圓周上設有與預應力楔形膨脹桿上的齒槽配合的若干齒牙。本發(fā)明的竹結構的螺栓球預應力轉換接頭安裝簡單、連接可靠。
文檔編號E04C5/08GK103184769SQ20131009363
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權日2013年3月22日
發(fā)明者文獻民, 呂金炭, 劉大衛(wèi), 張云蓮, 楊建輝, 程澤海 申請人:浙江科技學院, 福建榮盛鋼結構實業(yè)有限公司