CN114991488B - 一种自预应力杆件连接器及使用连接器的钢筋连接方法 - Google Patents
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Abstract
一种自预应力杆件连接器及使用连接器的钢筋连接方法，包括外连接组件、内锚固组件、内连接接头以及自预加力组件，外连接组件包括外连接套筒、外连接接头，外连接接头连接在外连接套筒的封口端，外连接接头的顶端开设有螺纹孔，第一杆件通过螺纹紧固在外连接接头的螺纹孔内，外连接套筒的开口端通过螺纹连接有封端盖，内锚固组件设置在外连接套筒内，内连接接头一端与内锚固组件连接，内连接接头的另一端与第二杆件螺纹连接，自预加力组件安装在外连接套筒内腔的内锚固组件和封端盖间。本发明可以更好的实现工程构件的预制装配或者模块化施工，无需预留现浇段，真正实现结构各预制部分现场快速拼装。
Description
技术领域
本发明涉及建筑物钢筋及杆件的连接技术领域，尤其涉及一种自预应力杆件连接器及使用连接器的钢筋连接方法。
背景技术
在工程生产领域，尤其是在建筑工程领域，建筑结构的标准化设计、模块化生产、装配化施工以及智能化应用，得到了快速的发展，应用越来越普遍，预制装配式的生产建设过程中，普遍存在杆件连接的需要，最为常见的是受力钢筋的连接。
为解决预制装配式构件中预埋杆件的连接问题，建筑工程领域常用的连接方式有灌浆套筒连接、机械连接。灌浆套筒连接质量难以保证，且无法实现即时连接，施工周期较长；机械连接主要包括螺纹连接、焊接连接，螺纹连接以及焊接连接难以满足预制装配式构件的连接。由于施工误差等因素影响，现有机械连接存在连接不紧密、难以直接应用于预制拼装构件，难以施加预加力，同节点处连接构件受力不均匀的问题。
发明内容
本发明为解决上述问题提供一种现场施工方便快速、连接质量可靠、可自我施加预应力的杆件连接器，并提供一种利用该连接器进行钢筋快速、自预应力连接方法。
本发明所采取的技术方案：
一种自预应力杆件连接器，包括外连接组件、内锚固组件、内连接接头以及自预加力组件，外连接组件包括外连接套筒、外连接接头，外连接接头连接在外连接套筒的封口端，外连接接头的顶端开设有螺纹孔，第一杆件通过螺纹紧固在外连接接头的螺纹孔内，外连接套筒的开口端通过螺纹连接有封端盖，内锚固组件设置在外连接套筒内，内连接接头一端与内锚固组件连接，内连接接头的另一端与第二杆件螺纹连接，自预加力组件安装在外连接套筒内腔的内锚固组件和封端盖间。
所述的内锚固组件包括内连接套筒、内连接紧固件、第一内弹簧和第二内弹簧，第二内弹簧和第一内弹簧连接在外连接套筒的内腔顶部，且第二内弹簧套接在第一内弹簧内侧，内连接套筒通过第一内弹簧连接在外连接套筒内，内连接套筒内侧为锥形空腔，内连接紧固件通过第二内弹簧悬吊在内连接套筒的锥形空腔内。
所述的内连接紧固件为锥形，其锥形的坡度与内连接套筒内侧的锥坡度相同。
所述的内连接接头一端呈花瓣状，内连接接头的花瓣状端头插接在内连接套筒与内连接紧固件之间的空隙内，内连接接头的另一端开设有螺纹孔，第二杆件通过螺纹紧固在内连接接头的螺纹孔内。
所述的内连接接头的外侧与内连接套筒的接触面光滑，内连接接头的内侧与内连接紧固件锯齿状接触。
所述的自预加力组件包括自变形垫圈、电热丝以及导线，自变形垫圈位于内连接套筒与封端盖之间，电热丝缠绕在自变形垫圈的外侧，电热丝通过导线与外界电源连接。
所述的内连接套筒的外径小于外连接套筒的内径。
所述的自变形垫圈采用形状记忆合金材料，且为单向形状记忆合金。
所述单向形状记忆合金采用NiTi形状记忆合金。
所述的第一内弹簧选用螺旋状钢弹簧，第二内弹簧选用高硬度聚氨脂弹簧。
一种使用自预应力杆件连接器的钢筋连接方法，其步骤为：
S1.根据待连接钢筋可自由伸缩的长度L，钢筋弹性模量Eb，目标预加应力σ参数，计算自变形垫圈的无应力变形高度Δ：
Δ=(σ/Es)·H + (σ/Eb)·L + ΔS
其中H为无应力状态下，采用形状记忆合金的自变形垫圈形状恢复后的高度，Es为自变形垫圈弹性模量，ΔS为***附加变形；
S2.根据第S1步计算的无应力变形高度Δ，进行自变形垫圈参数设计，制定合适的自预应力杆件连接器；
S3.在待连接的钢筋端部加工出能与内连接接头、外连接接头相匹配的螺纹，并使待连接钢筋分别与内连接接头、外连接接头连接；
S4.轴向对齐第一杆件与第二杆件，其中所述的第一杆件为第一根钢筋，所述的第二杆件为第二根钢筋，对齐误差在自预应力杆件连接器允许范围之内，将内连接接头***内连接套筒内形成对接，进行钢筋的初步连接固定；
S5.导线接通电源，对电热丝加热，自变形垫圈受热形状发生变化，实现自预应力，完成钢筋连接。
本发明的有益效果：本发明可以更好的实现工程构件的预制装配或者模块化施工，无需预留现浇段，真正实现结构各预制部分现场快速拼装；杆件连接端的加工处理、大部分连接工序均可在工厂完成，减小了现场工作量；现场施工简便，对施工设备要求低，场地要求小，工人操作简单，施工速度快；对杆件对中要求低，允许连接杆件存在一定偏位，安装快速方便，质量可靠可测。可实现自预应力的施加，扩大了应用范围，保证了连接的牢固性与可靠性。
附图说明
图1为本发明在杆件连接前的结构示意图。
图2为本发明在杆件连接后的结构示意图。
图3为本发明内连接接头与内连接套筒、内连接紧固件的接触关系示意图。
图4为本发明自变形垫圈加热变形前主视图。
图5为本发明自变形垫圈加热变形前俯视图。
图6为本发明自变形垫圈加热变形后主视图。
图7为本发明自变形垫圈加热变形后俯视图。
图8为本发明内连接接头花瓣状端截面示意图。
其中：1-自变形垫圈；2-内连接套筒；3-内连接接头；4-第一内弹簧；5-电热丝；6-第二内弹簧；7-内连接紧固件；8-外连接套筒；9-外连接接头；10-封端盖；11-第一杆件；12-导线；13-第二杆件。
具体实施方式
一种自预应力杆件连接器，包括外连接组件、内锚固组件、内连接接头3以及自预加力组件，外连接组件包括外连接套筒8、外连接接头9，外连接接头9连接在外连接套筒8的封口端，外连接接头9的顶端开设有螺纹孔，第一杆件11通过螺纹紧固在外连接接头9的螺纹孔内，外连接套筒8的开口端通过螺纹连接有封端盖10，内锚固组件设置在外连接套筒8内，内连接接头3一端与内锚固组件连接，内连接接头3的另一端与第二杆件13螺纹连接，自预加力组件安装在外连接套筒8内腔的内锚固组件和封端盖10间。
所述的内锚固组件包括内连接套筒2、内连接紧固件7、第一内弹簧4和第二内弹簧6，第二内弹簧6和第一内弹簧4连接在外连接套筒8的内腔顶部，且第二内弹簧6套接在第一内弹簧4内侧，内连接套筒2通过第一内弹簧4连接在外连接套筒8内，内连接套筒2内侧为锥形空腔，内连接紧固件7通过第二内弹簧6悬吊在内连接套筒2的锥形空腔内。
所述的内连接紧固件7为锥形，其锥形的坡度与内连接套筒2内侧的锥坡度相同。
所述的内连接接头3一端呈花瓣状，内连接接头3的花瓣状端头插接在内连接套筒2与内连接紧固件7之间的空隙内，内连接接头3的另一端开设有螺纹孔，第二杆件13通过螺纹紧固在内连接接头3的螺纹孔内，使用时，内连接接头3的花瓣状一端可***内连接套筒2与内连接紧固件7之间的空隙，***过程中，花瓣状端头逐渐张开，形成与内连接套筒2一致的锥坡度。内连接接头3***内连接套筒2与内连接紧固件7之间的空隙过程中，内弹簧形成顶推力，保证内连接紧固件7与内连接接头3的贴合。
所述的内连接接头3的外侧与内连接套筒2的接触面光滑，内连接接头3的内侧与内连接紧固件7锯齿状接触。
所述的自预加力组件包括自变形垫圈1、电热丝5以及导线12，自变形垫圈1位于内连接套筒2与封端盖10之间，电热丝5缠绕在自变形垫圈1的外侧，电热丝5通过导线12与外界电源连接。所述的自变形垫圈1采用形状记忆合金材料，且为单向形状记忆合金。所述的自变形垫圈1采用NiTi形状记忆合金。自变形垫圈1采用形状记忆合金材料，可通过电热丝5加热后发生变形，使得自变形垫圈1高度发生变化，顶紧内连接套筒2，实现自预加力的施加，自预加力的施加应当在内连接接头3完全***内锚固组件后进行。
所述的内连接套筒2的外径小于外连接套筒8的内径，可容许第一杆件11与第二杆件13在轴向不对齐，具有一定偏差时仍然可以可靠对接，提高了施工容许误差。
所述的第一内弹簧4选用螺旋状钢弹簧，第一内弹簧4保证内连接套筒2与自变形垫圈1的紧密贴合，第二内弹簧6选用高硬度聚氨脂弹簧，既可以保证内连接接头3与内连接紧固件7之间相互顶紧过程中的紧密贴合，又可以实现顶紧后施加弹性后保证连接的可靠性。
一种使用自预应力杆件连接器的钢筋连接方法，其步骤为：
S1.根据待连接钢筋可自由伸缩的长度L，钢筋弹性模量Eb，目标预加应力σ参数，计算自变形垫圈1的无应力变形高度Δ。
Δ=(σ/Es)·H + (σ/Eb)·L + ΔS
其中H为无应力状态下，采用形状记忆合金的自变形垫圈1形状恢复后的高度，Es为自变形垫圈1弹性模量，ΔS为***附加变形；
S2.根据第S1步计算的无应力变形高度Δ，进行自变形垫圈1参数设计，制定合适的自预应力杆件连接器；
S3.在待连接的钢筋端部加工出能与内连接接头3、外连接接头9相匹配的螺纹，并使待连接钢筋分别与内连接接头3、外连接接头9连接；
S4.轴向对齐第一杆件11与第二杆件13，其中所述的第一杆件11为第一根钢筋，所述的第二杆件13为第二根钢筋，对齐误差在自预应力杆件连接器允许范围之内，将内连接接头3***内连接套筒2内形成对接，进行钢筋的初步连接固定；
S5.导线12接通电源，对电热丝5加热，自变形垫圈1受热形状发生变化，实现自预应力，完成钢筋连接。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (4)
1.一种自预应力杆件连接器，其特征在于，包括外连接组件、内锚固组件、内连接接头（3）以及自预加力组件，外连接组件包括外连接套筒（8）、外连接接头（9），外连接接头（9）连接在外连接套筒（8）的封口端，外连接接头（9）的顶端开设有螺纹孔，第一杆件（11）通过螺纹紧固在外连接接头（9）的螺纹孔内，外连接套筒（8）的开口端通过螺纹连接有封端盖（10），内锚固组件设置在外连接套筒（8）内，内连接接头（3）一端与内锚固组件连接，内连接接头（3）的另一端与第二杆件（13）螺纹连接，自预加力组件安装在外连接套筒（8）内腔的内锚固组件和封端盖（10）间；
所述的内锚固组件包括内连接套筒（2）、内连接紧固件（7）、第一内弹簧（4）和第二内弹簧（6），第二内弹簧（6）和第一内弹簧（4）连接在外连接套筒（8）的内腔顶部，且第二内弹簧（6）套接在第一内弹簧（4）内侧，内连接套筒（2）通过第一内弹簧（4）连接在外连接套筒（8）内，内连接套筒（2）内侧为锥形空腔，内连接紧固件（7）通过第二内弹簧（6）悬吊在内连接套筒（2）的锥形空腔内；
所述的内连接紧固件（7）为锥形，其锥形的坡度与内连接套筒（2）内侧的锥坡度相同；
所述的内连接接头（3）一端呈花瓣状，内连接接头（3）的花瓣状端头插接在内连接套筒（2）与内连接紧固件（7）之间的空隙内，内连接接头（3）的另一端开设有螺纹孔，第二杆件（13）通过螺纹紧固在内连接接头（3）的螺纹孔内；
所述的内连接接头（3）的外侧与内连接套筒（2）的接触面光滑，内连接接头（3）的内侧与内连接紧固件（7）锯齿状接触；
所述的自预加力组件包括自变形垫圈（1）、电热丝（5）以及导线（12），自变形垫圈（1）位于内连接套筒（2）与封端盖（10）之间，电热丝（5）缠绕在自变形垫圈（1）的外侧，电热丝（5）通过导线（12）与外界电源连接；
所述的内连接套筒（2）的外径小于外连接套筒（8）的内径。
2.根据权利要求1所述的自预应力杆件连接器，其特征在于，所述的自变形垫圈（1）采用形状记忆合金材料，且为单向形状记忆合金，采用NiTi形状记忆合金。
3.据权利要求2所述的自预应力杆件连接器，其特征在于，所述的第一内弹簧（4）选用高硬度聚氨酯弹簧，第二内弹簧（6）选用螺旋状钢弹簧。
4.一种钢筋连接方法，其特征在于，使用权利要求1所述的自预应力杆件连接器进行钢筋连接，具体步骤为：
S1.根据待连接钢筋可自由伸缩的长度L，钢筋弹性模量Eb，目标预加应力σ参数，计算自变形垫圈（1）的无应力变形高度Δ：
Δ=(σ/Es)·H + (σ/Eb)·L + ΔS
其中H为无应力状态下，采用形状记忆合金的自变形垫圈（1）形状恢复后的高度，Es为自变形垫圈（1）弹性模量，ΔS为***附加变形；
S2.根据第S1步计算的无应力变形高度Δ，进行自变形垫圈（1）参数设计，制定合适的自预应力杆件连接器；
S3.在待连接的钢筋端部加工出能与内连接接头（3）、外连接接头（9）相匹配的螺纹，并使待连接钢筋分别与内连接接头（3）、外连接接头（9）连接；
S4.轴向对齐第一杆件（11）与第二杆件（13），即第一根钢筋与第二根钢筋，对齐误差在自预应力杆件连接器允许范围之内，将内连接接头（3）***内连接套筒（2）内形成对接，进行钢筋的初步连接固定；
S5.导线（12）接通电源，对电热丝（5）加热，自变形垫圈（1）受热形状发生变化，实现自预应力，完成钢筋连接。
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