一种建筑结构拉索瞬间断开装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种建筑结构拉索瞬间断开装置，该装置设置在拉索的两个断头之间，包括与一个断头连接的卡头和与另一个断头连接的卡座；卡头包括与相应断头连接的单孔夹片锚具Ⅰ和卡柱，卡柱的上下两端分别通过一个连接钢板与单孔夹片锚具Ⅰ连接；卡座包括与相应断头连接的单孔夹片锚具Ⅱ、连接座和一对钳夹板，钳夹板的中部与连接座铰接，前部形成有与卡柱适配的卡口，后部由凸轮传动，凸轮位于一对钳夹板之间，钳夹板通过螺钉与凸轮接触，凸轮与连接座铰接，凸轮上连接有施力部件。本实用新型能够反映拉索突然断开的动力冲击作用，不会输入额外外力，不会对结构产生额外影响。特别适用于张弦结构模型的断索结构试验。安全性高、控制便捷。
【专利说明】一种建筑结构拉索瞬间断开装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种建筑结构拉索的断索试验装置，特别是一种建筑结构拉索瞬 间断开装置。
【背景技术】
[0002] 张弦结构是一种形式新颖的预应力钢结构体系，通过在传统钢结构中引入预应力 来提高结构的刚度和承载力、减少上部结构的挠度、节省建筑材料、增加结构安全储备。在 张弦结构中，拉索是结构的核心构件，拉索能否正常工作严重影响着结构的安全，然而在结 构施工或使用过程中，由于施工意外、节点破坏、锈蚀或其他意外因素等，结构的拉索会出 现突然断开的情况。拉索瞬间断开将会对两端的连接节点和杆件产生很大的冲击力，冲击 力作用在结构上会对结构产生较大的影响，同时，拉索断开将会导致结构产生内力重分配。
[0003] 目前针对断索的研究主要集中在数值模拟上，且大部分数值模拟均未考虑拉索瞬 间断开对结构产生的冲击力作用，即使考虑了冲击力作用，有限元数值模拟的结果和实际 情况是否相符也有待研究，因此有必要开展建筑结构拉索瞬间断开的试验，以研究断索对 结构的影响。然而，在断索试验中采用何种措施使拉索瞬间断开成为了试验的关键。目前 暂未有断索装置的相关文献。已有的使结构构件突然失效的方法主要有静力卸载法、炸药 爆破法、外部撞击力法等。然而各种方法都有其各自的优缺点和适用范围，其中静力卸载 法不能反映构件突然失效的动力本质；炸药爆破法又会对试验模型产生难以估计的能量输 入，且会对附近杆件产生额外的爆炸冲击影响，给后期数据分析及数值比对带来困难；外部 撞击力法同样具有控制性差的特点。因此，目前对张弦结构拉索的断索试验研究迫切需要 一种既安全实用又能有效模拟拉索瞬间断开的试验装置。
【发明内容】
[0004] 本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种建筑结构拉索瞬间断 开装置，该装置能够真实模拟拉索的瞬间断开，并且可控性能好，安全、高效、实用。
[0005] 本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种建筑结 构拉索瞬间断开装置，该装置设置在拉索的两个断头之间，包括与一个断头连接的卡头和 与另一个断头连接的卡座；所述卡头包括与相应断头连接的单孔夹片锚具I和卡柱，所述 卡柱的上下两端分别通过一个连接钢板与所述单孔夹片锚具I连接；所述卡座包括与相应 断头连接的单孔夹片锚具II、连接座和一对钳夹板，所述钳夹板的中部与所述连接座铰接， 前部形成有与所述卡柱适配的卡口，后部由凸轮传动，所述凸轮位于一对所述钳夹板之间， 所述钳夹板通过螺钉与所述凸轮接触，所述凸轮与所述连接座铰接，所述凸轮上连接有施 力部件；所述单孔夹片锚具II与所述连接座固接。
[0006] 所述施力部件上连接有搬把。
[0007] 所述施力部件通过两个第二销钉与所述凸轮连接。
[0008] 本实用新型具有的优点和积极效果是：能够反映拉索突然断开的动力冲击作用， 且不会对试验模型输入额外的外力，不会对结构产生额外的影响。特别适用于张弦结构模 型的断索结构试验。本实用新型具有简单高效、制作成本低、安全性高、控制便捷等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为本实用新型在锁定状态的三维示意图；
[0010] 图2为本实用新型在断开状态的三维示意图；
[0011] 图3为本实用新型在锁定状态的剖面示意图；
[0012] 图4为本实用新型在断开状态的剖面示意图；
[0013] 图5为本实用新型中凸轮的三维示意图；
[0014] 图6为本实用新型中凸轮的平面示意图；
[0015] 图7为本实用新型中施力部件和搬把的三维示意图；
[0016] 图8为本实用新型中卡头的三维示意图；
[0017] 图9为图8的主视图；
[0018] 图10为本实用新型中连接座与锚环的连接示意图。
[0019] 图中：1、单孔夹片锚具I，2、连接钢板，3、卡柱，4、钳夹板，5、施力部件，6、搬把，7、 凸轮，8、第一销钉，9、第二销钉，10、第三销钉，11、螺钉，12、垫圈，13、连接座，14、拉索，15、 销钉孔，16、圆弧线，17、椭圆线，18、焊缝，19、圆弧通槽，20、单孔夹片锚具II。
【具体实施方式】
[0020] 为能进一步了解本实用新型的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合 附图详细说明如下：
[0021] 请参阅图1?图10,一种建筑结构拉索瞬间断开装置，该装置设置在拉索14的两 个断头之间，包括与一个断头连接的卡头和与另一个断头连接的卡座。
[0022] 所述卡头包括与相应断头连接的单孔夹片锚具I1和卡柱3,所述卡柱3的上下两 端分别通过一个连接钢板2与所述单孔夹片锚具I1连接。
[0023] 所述卡座包括与相应断头连接的单孔夹片锚具II20、连接座13和一对钳夹板4， 所述钳夹板4的中部与所述连接座13铰接，前部形成有与所述卡柱3适配的卡口，后部由 凸轮7传动，所述凸轮7位于一对所述钳夹板4之间，所述钳夹板4通过螺钉11与所述凸 轮7接触，所述凸轮7与所述连接座13铰接，所述凸轮7上连接有施力部件5 ;所述单孔夹 片锚具II20与所述连接座13固接。施力部件5可带动凸轮7相对连接座13转动，连接座 13上开有圆弧通槽19,以避免凸轮7转动时连接座13与第二销钉9发生干涉。
[0024] 在本实施例中，为了便于操作，在所述施力部件5上连接有搬把6。搬把6可焊接 于施力部件5上，也可在施力部件5上加工螺栓孔，搬把6 -端加工螺纹，通过螺纹配合连 接。在本实施例中，所述施力部件5通过两个第二销钉9与所述凸轮7连接。所述钳夹板 4与所述连接座13通过第三销钉10铰接，所述凸轮7与所述连接座13通过第一销钉8铰 接，第一销钉8上下两端与连接座13固接。为了实现上述连接，在连接座13和凸轮7上开 设有销钉孔15。连接座13与钳夹板4之间设置有垫圈12 ;钳夹板4上加工螺纹孔，用于安 装螺钉11，螺钉11通过在螺栓孔中旋紧来压紧凸轮7 ;连接座13通过焊缝18与单孔夹片 锚具II20相连。
[0025] 制作上述装置时，首先根据拉索14的公称直径选取单孔夹片锚具I1和单孔夹 片锚具II20,夹片锚具中的锚环材质一般为40Cr热处理合金钢，因此本装置中的连接座 13和连接钢板2的材质最好采用与锚环相同的40Cr热处理合金钢，若采用常用建筑钢材 如Q235、Q345等也可，但要采用低匹配原则进行施焊。同时，在制作时要保证单孔夹片锚具 I1和单孔夹片锚具II20的轴线重合。
[0026] 上述卡头的有关参数设计：
[0027] 设定根据拉索14的公称直径选用的单孔夹片锚具I1的锚环的外径为D，卡柱3 的高度h应与锚环的外径D相同，即h=D。
[0028] 卡柱3和单孔夹片锚具I1的锚环之间的净距应满足使夹片锚具的夹片能够方便 的从此处塞入锚环中。
[0029] 连接钢板2的宽度：为保证连接钢板2与单孔夹片锚具I1的锚环方便施焊，且为 拉索14的安装预留足够的空间，其宽度不应大于单孔夹片锚具I1的锚环外径D，设定其宽 度取为b。 T
[0030] 连接钢板2的厚度：设连接钢板2的厚度为d，则= *式中T为拉索14的实 际受力大小的预估值、b为连接钢板2的宽度、f为连接钢板2材料的抗拉强度设计值。
[0031] 连接钢板2与卡柱3的搭接长度L1 =L1的取值应满足式。<2^J-〔冬)和式 ,*T* 、 T--^\.22x〇JXhnXbxJJ 1--q--;.:..万:--一 +?的要求，式中/=+为焊缝18的强度设计值；hfl为连接 V) 钢板2与卡柱3的焊脚尺寸。
[0032] 连接钢板2与单孔夹片锚具I1的锚环的搭接长度L2 =L2的取值可取与L1相同， 且不应大于单孔夹片锚具I1的锚环的长度，保证能够实施三面围焊。
[0033] 单孔夹片锚具II20的锚环与连接座13处的焊缝18的焊脚尺寸hf2 :hf2的取值应 满足式}.....；22χ_____〇j￡'xZx______Jf的要求，式中//为焊缝…的强度设计值；hf2为连接座13 与单孔夹片锚具II20的锚环的焊脚尺寸。
[0034] 凸轮7的轮廓线由两段圆弧线16和两段椭圆线17构成，椭圆线17的椭圆长轴半 径与圆弧线16的圆半径相同。圆弧线16和椭圆线17之间采用圆弧倒角连接，倒角半径根 据加工铣刀半径确定，在保证轮廓线光滑的同时也便于机械加工。另外，凸轮7的轮廓线也 可采用阿基米德曲线，保证装置的自锁性。
[0035] 搬把6通过焊缝与施力部件5连接，当拉索14的索力较小时，通过绳索与搬把6 相连，人工拉动绳索即可使搬把6顺时针转动，使装置由锁定状态突然变为断开状态，实现 了远程控制。当拉索14的索力较大时，一方面可以加大搬把6的长度，另一方面连接搬把 6的绳索可采用电动葫芦等工具提供拉力，使搬把6顺时针转动，使装置由锁定状态突然变 为断开状态，实现远程控制。
[0036] 使用时，在拟断索点处将拉索14打断，首先将拉索14的一个断头与卡头的单孔夹 片锚具I1连接，将拉索14的另一个断头与卡座的单孔夹片锚具II20连接；然后，将卡柱 3放置在两块钳夹板4的卡口中并卡紧，此时整个装置组装完毕并已处于锁定状态，对拉索 14进行张拉，施加预应力至预定水平。试验时，通过绳索与搬把6相连，在距离断索点一定 安全距离处通过突然拉动绳索，搬把6在拉力的作用下顺时针转动，凸轮7跟随顺时针转 动，螺钉11滑动至凸轮7的凹槽中，钳夹板4卡口端张开，拉索14在预拉力的作用下带动 卡柱3瞬间从卡口中脱离，实现了拉索14瞬间断开的模拟。
[0037] 尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不 局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领 域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的 范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种建筑结构拉索瞬间断开装置，其特征在于，该装置设置在拉索的两个断头之间， 包括与一个断头连接的卡头和与另一个断头连接的卡座； 所述卡头包括与相应断头连接的单孔夹片锚具I和卡柱，所述卡柱的上下两端分别通 过一连接钢板与所述单孔夹片锚具I连接； 所述卡座包括与相应断头连接的单孔夹片锚具II、连接座和一对钳夹板，所述钳夹板 的中部与所述连接座铰接，前部形成有与所述卡柱适配的卡口，后部由凸轮传动，所述凸轮 位于一对所述钳夹板之间，所述钳夹板通过螺钉与所述凸轮接触，所述凸轮与所述连接座 铰接，所述凸轮上连接有施力部件；所述单孔夹片锚具II与所述连接座固接。
2. 根据权利要求1所述的建筑结构拉索瞬间断开装置，其特征在于，所述施力部件上 连接有搬把。
3. 根据权利要求1所述的建筑结构拉索瞬间断开装置，其特征在于，所述施力部件通 过两个第二销钉与所述凸轮连接。
【文档编号】E04C5/16GK204081273SQ201420549294
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】陈志华, 王霄翔, 董成林, 刘红波 申请人:天津大学