专利名称：使用抗剪环连接若干钢构件的结构和方法
技术领域：
本发明的背景技术1.本发明的领域本发明涉及使用抗剪环连接钢构件的结构和方法，尤其地本发明涉及使用抗剪环连接钢构件从而得到下面的连接结构的结构和方法在构造钢结构如建筑物、桥和机器中，借助于使用螺栓和抗剪环来连接钢基本件和钢重叠板时把实际剪切力施加到该连接结构中，从而提高了连接强度和使用寿命。
2.现有技术总的来说，用来装配或者连接钢板或者钢构件的各种结构不仅用于建筑和桥、高层建筑物等的土木工程工作中，而且还可以用于造船业、航空工业和通用机器工业，这些领域中的结构使用了包括焊接、螺栓装配等在内的各种方法，从而装配或者连接钢板或者钢梁(下文中称之为钢构件)。
由于在工作时焊接起来比较困难并且存在腐蚀问题，因此焊接不是常用的方法。而目前普遍使用依赖于螺栓的轴向力的、所谓的摩擦连接方法。
但是，在依赖于轴向力的摩擦连接方法中，在钢构件被连接起来或者被装配之后，只在螺栓的沿着时间(along-time)轴向力的范围内或者在螺栓的简单剪切强度内保持初始状态。
因此，由于借助于螺栓轴向力产生的摩擦力来保持高达成百吨的钢构件的负荷，在装配或者连接钢构件时需要使用大量的螺栓，这需要大量的人工劳动和设备，尽管它不容易得到所需要的连接力，而且延长了工作。
为了解决上面问题，因此提出了一些发明，在这些发明中，把若干加强片插入到连接表面上，从而当螺栓和螺母装配在一起时连接到基本件上，或者在这些发明中，把连接表面形成不均匀的(摩擦连接方法)，从而提高摩擦力。但是，仍然存在这样的问题仍然需要大量的螺栓和螺母，因为只借助于提高摩擦力难以得到超过1.5倍的平均连接力。此外，大量的螺栓减少了有效横截面积，这依次减少了连接强度并且增加了工作步骤的数目。尤其长时间动态负荷会使螺栓松动，没有解决的方案。
当加强片设置在连接表面之间并且借助于粘结剂来连接时，它们在装配期间再一次被松动。此外，它难以得到螺栓挤压加强片的连接力，这意味着不可能采用这种方法。
在韩国专利申请第98-23239号中，该申请是本发明的发明人发明来克服上面问题的，要连接的物体1和2通过连接孔3借助于螺栓3、螺母7和垫圈8来连接，并且压配合环5插入到形成于物体1和2中的环形槽4内，因此剪切力施加到压配合环5上。
尽管通过上面的结构可以节省大量的螺栓和螺母，但是它的工作几乎不可能，因为在把一部分压配合环5插入到物体1和2中的第一个中的环形槽4之后，在重叠物体1和2的过程中它难以把压配合环5的剩余部分插入到物体1和2中的第二个的环形槽4中。假如压配合环5具有环形体5a的倾斜侧壁表面5b和倾斜拐角5c，那么插入压配合环5和连接物体1和2将变得更加容易。但是，由于倾斜侧壁表面5b的局部力的作用使严重的张力负荷施加到螺栓6上，从而促使螺栓6断裂。
作为在连接具有插入的压配合环5的物体1和2之后在各种负荷条件下进行实验的结果，我们发现，在温度变化、静态负荷、振动、地震、动态负荷等产生剪切力之前，与压配合环5相比具有较小的表面强度的物体1和2局部容易破裂或者损坏，如
图1 8和20所示一样，并且这种局部破裂或者损坏会引起螺栓断裂，这就干扰了这种技术的应用。
因此，本发明的发明人通过研究发明了本发明，而不用上面的技术。
本发明的概述本发明克服了现有技术中的上述问题，相应地，本发明的目的是提供一种使用抗剪环来连接钢构件的结构和方法，尤其地提供了一种使用抗剪环连接钢构件从而得到下面的连接结构的结构和方法借助于使用螺栓和抗剪环来连接钢基本件和钢重叠板时把实际剪切力施加到该连接结构中，从而提高了工作条件、减少了材料及提高了连接强度和使用寿命。
根据本发明，为了实现上面目的，提供了一种使用抗剪环来连接若干钢构件的结构，所述结构包括至少一个第一钢构件和至少一个第二钢构件重叠在一起，第一钢构件和第二钢构件各自具有至少一个螺栓孔和至少一个环形槽，该螺栓孔形成通过每个第一钢构件和第二钢构件，环形槽形成于第一钢构件和第二钢构件的每个接触表面，借助于至少一个螺栓插入通过螺栓孔并且借助于螺母来紧固使第一钢构件和第二钢构件连接在一起，螺栓孔具有第一间隙，第一钢构件和第二钢构件中的一个的环形槽具有小于第一间隙的第二间隙，及至少一个抗剪环插入到第一钢构件和第二钢构件的环形槽中，从而防止与螺栓和螺母一起在第一钢构件和第二钢构件之间进行滑动，其特征在于第二间隙允许第一钢构件和第二钢构件反抗螺栓和螺母的紧固力而变形或者移动，直到达到预定极限为止，而在达到预定极限之后第二间隙借助于这种变形或者移动使剪切力施加到抗剪环中，螺栓在预定极限处与螺栓孔的侧壁形成接触，温度变化、静态负荷、振动、地震、动态负荷等产生这种变形或者移动，抗剪环具有布置在抗剪环侧壁表面上的中心侧壁表面，中心侧壁表面与上下来自第一钢构件和第二钢构件的接触表面、第一钢构件和第二钢构件的每个侧壁的至少一部分形成接触，从而在由变形或者移动所引起的接触发生在第二间隙时，把实际剪切力施加到抗剪环中。
根据本发明的另一个实施例，一种使用抗剪环连接若干钢构件的结构，所述结构包括至少一个第一钢构件和至少一个第二钢构件重叠在一起，第一钢构件和第二钢构件各自具有至少一个螺栓孔和至少一个环形槽，该螺栓孔形成通过每个第一钢构件和第二钢构件，环形槽形成于第一钢构件和第二钢构件的每个接触表面上，借助于至少一个螺栓插入通过螺栓孔并且借助于螺母来紧固使第一钢构件和第二钢构件连接在一起；及至少一个抗剪环插入到第一钢构件和第二钢构件的环形槽中，从而防止与螺栓和螺母一起在第一钢构件和第二钢构件之间进行滑动，其特征在于插入导向表面以分开的形式形成于抗剪环的上端的两个拐角上，因此在除了静态负荷之外的温度变化、振动、地震、动态负荷等几乎不使第一钢构件和第二钢构件产生变形或者移动的情况下，抗剪环甚至几乎没有余量地、容易地插入到第一钢构件的环形槽中，借助于这种结构，工作条件大大地改善了，因为抗剪环更加容易插入到第一钢构件的环形槽中。此外，第一和第二钢构件可以更加牢固地连接在一起，因为抗剪环可以几乎没有余量地插入到第一钢构件的环形槽中。
本发明还提供使用抗剪环连接若干钢构件的方法，所述方法包括下面步骤(1)在重叠并装配在一起的若干第一钢构件和若干第二钢构件处相应地形成螺栓孔；(2)在重叠起来的第一钢构件和第二钢构件的每个接触表面上形成至少一个环形槽，第二钢构件的环形槽具有这样的大小它可以紧紧地安装一部分抗剪环，而第一钢构件的环形槽具有这样的大小它可以以第二间隙安装抗剪环；(3)把一部分抗剪环强行插入和固定在第二钢构件的环形槽中；(4)在第一钢构件和第二钢构件处于重叠状态时，借助于相对移动和接近第一钢构件和第二钢构件，把抗剪环的剩余部分插入到第一钢构件的环形槽中，然后使之保持在该环形槽中，从而使第一钢构件和第二钢构件对准；(5)把每个螺栓插入到第一钢构件和第二钢构件的每个螺栓孔中；及(6)借助于每个螺母紧固插入在第一钢构件和第二钢构件的每个螺栓孔中的每个螺栓，因此抗剪环完全插入并且卡在第一钢构件和第二钢构件的环形槽中，从而实现借助于螺栓、螺母和抗剪环来连接第一钢构件和第二钢构件。
附图的简短说明参照附图，借助于详细描述优选实施例，本发明的上述目的、其它特征和其它优点将变得显而易见，在附图中图1是使用压力环连接钢构件的传统结构的透视图；图2是图1所示连接结构的剖视图；图3是图1所示连接结构的局部放大剖视图，它描述了在把压力环插入第一个物体中之后把压力环强行插入到要连接的第二个物体中的过程；图4是使用本发明实施例的抗剪环连接钢构件的结构的剖视图；图5是邻近图4所示结构的抗剪环的部分的放大剖视图；图6是沿图4的线6-6的剖视图；图7a和7b是邻近抗剪环的部分的放大剖视图；它示出了本发明的另一实施例的结构；图8是邻近抗剪环的部分的放大剖视图；它示出了本发明的另一实施例的结构；图9是本发明抗剪环的透视图；图10是局部放大剖视图，它描述了插入并且固定本发明抗剪环的过程；图11是剖视图，它描述了本发明的工作；图12是平面视图，它描述了本发明的工作；图13a和13b是剖视图，它描述了根据本发明把基本件和重叠板连接在一起的过程；图14是本发明的另一连接结构的剖视图；图15是图14的连接结构的透视图，在该图中抗剪环已经插入到重叠板上；
图16是一种布置图，它示出了本发明的各种连接结构；图17是用来同时形成螺栓孔和环形槽的工具的透视图；图18是传统连接结构的局部平视图，它表示当施加过量负荷时压力环所处的状态；图19是本发明的连接结构的局部平视图，它表示当施加过量负荷时压力环所处的状态；图20是传统连接结构的局部前视图，在该结构中发生弯曲；及图21是本发明连接结构的局部前视图，在该结构中可以防止弯曲。
优选实施例的描述参照附图详细描述本发明的一些优选实施例。
图4是本发明实施例的、使用抗剪环来连接钢构件的结构的剖视图。图5是邻近图4所示结构的抗剪环的部分的放大剖视图，及图6是沿着图4的线6-6的剖视图。
在根据图4到6所示的本发明实施例的、使用抗剪环10来连接钢基本件110和钢重叠板120的结构中，各自具有螺栓孔111和121的基本件110和重叠板120被重叠起来，并且借助于通过螺栓孔111和121把螺栓30拧到螺母31中来进行装配。
在基本件110和重叠板120的每个接触表面上形成至少一条环形槽112和122，把抗剪环10插入到基本件110和重叠板120的环形槽112和122中，因此它们与螺栓30及螺母31一起防止了在基本件110和重叠板120之间的滑动。
在这种结构中，根据本发明，布置在基本件110的环形槽112中的第二间隙d2小于螺栓孔111和121的第一间隙d1。
布置在环形槽112中的第二间隙d2起着下面的作用。
即，假如把由于温度变化、静态负荷、振动、地震、动态负荷等所引起的外部应力直接施加到抗剪环10中，那么具有较小表面强度的基本件110局部破裂或者受到损害，从而伸出到接触表面之间，因此损坏了螺栓6，特别地，由于温度变化所产生的收缩或者膨胀力(这种力根据铁的线性膨胀系数1.2×10-51/℃来产生)使得这种现象更加严重。但是，根据本发明设置在基本件110的环形槽112内的第二间隙d2借助于温度变化所引起的收缩或者膨胀可以吸收这种变形或者移动，并且只有产生大于第二间隙d2的变形或者移动的力起着抗剪环10的剪切力的作用。
因此，与没有第二间隙d2的结构一样，这种较大的剪切力没有作用到抗剪环10上。其结果是，即使如图18所示一样施加了变形力，假如如图19所示一样把第二间隙d2设置在环形槽112内，那么抗剪环10和基本件110的螺栓孔111和121保持它们的原始形状，从而使它们保持处于与传统结构不同的安全状态中。这可以采用抗剪环10而不是采用压配合环。
此外，当由于相同负荷的作用而产生弯曲时，就图2和4的结构而言，由于相同原因产生了图20和21所示的结果。
即，图20示出了这样的现象基本件110沿着与基本件110的膨胀X或者收缩相一致的长度进行弯曲D，由于连接部分不能吸收由于它的收缩、膨胀等所产生的基本件110的变形或者移动。
但是，本发明的连接结构通过第二间隙d2吸收基本件110的膨胀X或者收缩来防止产生弯曲或者使弯曲达到最小，并且恢复到原始状态，如图21所示。
如上所述，根据本发明，通过插入抗剪环10时在基本件110和抗剪环10之间设置第二间隙d2可以大大地提高防止破裂或者弯曲的强度，并且借助于通过调整第二间隙d2来确保连接部分的移动，从而可以吸收较大的变形力。
而且，在本发明中，更加优选的是，基本件110的环形槽112的第二间隙d2设置成小于螺栓孔111和121的第一间隙d1，如图4和5所示一样，因此，横向负荷作用到抗剪环10中，而永远不会作用到螺栓30上。在这种情况下，首先施加横向负荷以克服螺栓30和螺母31的连接力。而且，当横向负荷增加到大于连接力的阻力时，第二步把它施加到抗剪环10中，并且螺栓孔111和121的侧壁部不会与螺栓30接触，因此剪切力不会施加到螺栓30上。相应地，由于综合应力不会施加到螺栓30上，因此与传统摩擦连接方法相比，螺栓的数目大大减少了，由于基本件110和重叠板120的横剖面积大大减少了，从而减少了它们的厚度和宽度，因此所使用的材料大大减少了。
而且，增加基本件110和重叠板120的有效横剖面积可以使螺栓孔111和121的第一间隙d1增加，并且抗剪环10可以得到足够的连接强度，从而实现采用更厚的钢基本件110和更厚的钢重叠板120。同时，根据本发明的另一个实施例，抗剪环10具有中心侧壁表面15，该表面沿重叠板120和基本件110的接触表面的垂直方向与至少一部分基本件110的侧壁接触，因此当基本件110或者重叠板120变形或者移动时，如图5到8所示一样，尽可能纯的剪切力可以施加到抗剪环10上。
此外，在图4到8中，环形槽112和12的中心圆相互一致，并且基本件110的环形槽122具有大于重叠板120的环形槽112的宽度，因此，所形成的第二间隙d2在两侧处相等。根据负荷的种类和条件，只在一边形成第二间隙d2。
而且，在本发明的连接结构中，抗剪环10可以构造成当它被局部插入到重叠板120的环形槽122内时可以防止被分离开，从而使连接基本件110和重叠板120更加容易。为了防止这种分离，一部分抗剪环10可以被迫插入并且固定在环形槽122内。如图5和9所示一样，形成于抗剪环10的侧壁的外表面处的保持突起16可以进一步防止插入抗剪环的分离。此外，粘合剂施加在抗剪环10和重叠板120的环形槽122之间，从而防止分离并且确保固定，或者抗剪环10可以被磁化，从而通过磁力固定地安装在该槽内。上面许多例子可以同时采用，尤其当防止分离的力足够大时，辅助表面17最好如图7b和9所示一样形成，从而减少了插入力。
此外，重叠板120的环形槽122和抗剪环10的侧表面如图8所示一样形成有螺纹，因此抗剪环10不仅可以借助于螺旋接合防止分离，而且通过螺旋移动还可以更容易地插入到重叠板120的环形槽122中。
图4到8示出了各种连接结构，在这种结构中，一部分抗剪环10固定在重叠板120的环形槽112，然后，在把重叠板120设置成更加邻近基本件110之后，如图13a和13b的一样，把抗剪环10的其它部分插入到基本件110的环形槽112内。图5示出了形成于抗剪环10的上拐角和下拐角上的倒角11。图6示出了形成于中心侧壁表面15的上部处的弧形表面12的局部横剖剖面，图7b示出了形成于中心侧壁表面15的上部处的倾斜表面13。由于是弧形表面12、倾斜表面13或者倒角11，因此当基本件110和重叠板120如图13a所示一样连接在一起时，借助于第二间隙d2的边缘容易卡住抗剪环10并且使之安装在基本件110的环形槽112中。这可以采用抗剪环10并且可以大大地改善结构条件。
本发明另一实施例的连接结构具有插入导向表面18，该表面形成于抗剪环10的上端的两拐角处，而该抗剪环在几乎没有公差的情况下插入到基本件110的环形槽112内，如图13b所示一样。即使在温度变化等几乎不能使基本件110和重叠板120变形或者移动的地方，也可以采用这种结构。在这种情况下，抗剪环10的其它部分卡在基本件110的环形槽112内，从而使插入容易实现。此外，装配螺栓30时，借助于插入导向表面18来给抗剪环10的插入进行导向，从而实现进一步的容易插入。这还大大地改善了工作条件。此外，当环形槽具有接触表面时，可以实现更加牢固的连接，而在抗剪环10完全插入时，该接触表面与插入导向表面18产生接触。
只有环形槽112’和122’可能形成与螺栓孔111和121偏心，并且抗剪环10安装在环形槽112’和122’，如图16所示一样。但是，图17示出了同时工作的工具20，当至少一个环形槽112和122形成与基本件110和重叠板120的螺栓孔111和121同心时，该工具可以同时形成环形槽112和122和螺栓30。这种同时工作的工具20具有用来形成螺栓孔的边缘21和用来形成槽的另一边缘22，这些边缘形成一个整体并且在旋转轴23处相互同心。同时工作的工具20消除了工作余量，从而可以更加精确地进行工作。
考虑到这种工作，优选的是，环形槽112和122及抗剪环10的周边是圆形的。即，当采用图12所示的圆形抗剪环10时，剪切力如箭头所示一样以各种角度在平面内进行分散，并且相应地传递到环形槽112和122的侧壁表面的几乎整个区域和抗剪环10的侧壁表面的几乎整个区域内。因此，圆形抗剪环10表明最有效。当然，本发明不排除采用多边形抗剪环。此外，尽管在上面的实施例中描述了具有封闭边缘的抗剪环10，但是本发明包括具有断开边缘的抗剪环10，这意味着一部分边缘被切去。
最好，抗剪环10可以由防腐蚀或者氧化的材料如称之为SUS630的、热处理过的不锈钢来形成，或者在抗剪环由普通结构钢形成的情况下，该环在热处理之后要进行防锈处理，从而防止氧化。更加优选的是，抗剪环10可以由强度和刚度不小于基本件110和重叠板120的材料形成，并且该环可以由合成树脂形成，而该合成树脂的强度与钢梁相同，或者合成树脂的强度和刚度大于钢梁的强度和刚度。抗剪环10可以含有与无损探伤相符合的材料，因此在构造完之后，借助于无损探伤探测如辐射探测、X射线探测和磁探测可以探测到抗剪环10的存在和位置。此外，把标志符如条型码粘附到抗剪环10中，从而与探测一起识别它的大小、种类等。
图14和15示出了连接结构，在该结构中，基本件110和重叠板120各自具有三条环形槽112和122，在这些槽内，各自插入了相互直径不相同的三个抗剪环10。此外，在图16所示连接结构的布置中，抗剪环10设置在一个与螺栓孔111和121同轴的环形槽112和122中，两个抗剪环10设置在两条与螺栓孔111和121同心的环形槽112和122中，及另一抗剪环设置在与螺栓孔111和121偏心的环形槽112’和122’中。本发明包括宽度变化的抗剪环10的布置。
在为了体现具有上面结构的本发明而连接钢构件的方法中，首先，把一部分抗剪环10插入到重叠板120的环形槽122中，然后借助于使重叠板120移动和连接到基本件110的两侧附近而把另一部分抗剪环10插入到基本件110的环形槽112中。之后，使螺栓30插入通过基本件110和重叠板120的螺栓孔111和121，然后借助于螺母来紧固。然后，完成同时装配抗剪环10。
为了实现上面这些，首先，在若干基本件110和若干重叠板120上相应形成螺栓孔111和121，而这些重叠板被重叠起来并且装配起来(螺栓孔形成步骤)，然后在重叠在一起的基本件110和重叠板120的接触表面处形成至少一条环形槽112和122(环形槽形成步骤)。在这种情况下，重叠板120的环形槽122具有可以紧紧地安装一部分抗剪环10的大小，基本件110的环形槽112具有可以以具有第二间隙d2安装抗剪环10的大小。第二间隙d2可以确定成小于第一间隙d1一个具有一定范围的差值，其中0＜d2＜1.5mm。根据材料标准如基本件110和重叠板120的质量、所使用的螺栓(它包括用于结构和土木工程中的螺栓)的质量和种类及螺栓孔的大小，第二间隙d2可以改变。
在这样的设计中如图13b所示一样，抗剪环10几乎没有余量地插入到基本件110的环形槽112中，在没有第二间隙d2的情况下形成基本件110的环形槽112。此外，在这样的设计中环形槽112和122与基本件110和重叠板120的螺栓孔111和121同心，螺栓孔形成步骤和环形槽形成步骤如图17所示一样借助于同时工作的工具20来同时实现。还有，借助于多轴钻孔机来同时形成若干螺栓孔111和121或者若干环形槽112和122。
之后，如图10所示一样，一部分抗剪环10被迫插入并且固定在重叠板120的环形槽122内(部分抗剪环固定步骤)。如图8所示一样，当抗剪环10形成有螺纹时，可以旋转它从而使之固定，而不是被迫插入来固定。如上面一样使抗剪环10固定于其中的重叠板120移近基本件110的连接表面，并且相对于基本件10而移动。当抗剪环10卡在具有第二间隙d2的基本件110的环形槽112内时，其它部分的抗剪环10插入到环形槽112内(其它部分抗剪环插入步骤)。然后，螺栓30插入到重叠板120和基本件110的螺栓孔111和121中(螺栓插入步骤)。
如图5到7b所示一样，当在除了抗剪环10的中心侧壁表面15之外的两端附近形成有弧形表面12、倾斜表面13或者倒角11时，上面部分抗剪环固定步骤容易实现，并且当形成有插入导向表面18时，更加容易实现上面的其它部分抗剪环插入步骤和螺栓插入步骤。
之后，插入到螺栓孔111和121中的螺栓30借助于螺母31来紧固(螺栓紧固步骤)，因此抗剪环10完全插入并且挤压在基本件110和重叠板120的环形槽112和122中。然后，借助于螺栓30、螺母31和抗剪环10来实现基本件10和重叠板120的连接。
上面的其它部分抗剪环插入步骤和螺栓插入步骤还包括螺栓孔对准步骤，在该螺栓孔对准步骤中，借助于横向移动基本件110和重叠板120中一个直到抗剪环10的内壁和外壁处的第二间隙d2相互相等为止，从而使基本件110和重叠板120的螺栓孔111和121精确对准。优选地，螺栓孔对准步骤可以在这样的状态中进行螺母被紧固，以致在重叠板120和基本板110之间不会由于它们的重力作用而产生滑动，然后，可以使螺母完全紧固。
另一方面，根据本发明，第二间隙d2可以形成于重叠板120的环形槽122内，在这种情况下，首先把抗剪环10固定在基本件110的环形槽112内。即使在抗剪环10固定在基本件110中的状态下，可以容易地设置重叠板120的位置从而大大地改善了工作条件，因为根据上面所描述的本发明的连接方法可以把重叠板120和包括抗剪环10的基本件110连接在一起。
借助于具有抗剪环10的实验可以得到下面的结果。
首先，假如抗剪环10相对于M20的高强度螺栓安装在同心圆上，那么所采用的大小如下抗剪环10的外径和内径各自为60mm和40mm；重叠板120的环形槽122具有相同的外径和内径；基本件110的环形槽112的外径和内径各自为60.5mm和39.5mm；及第二间隙为0.5mm。此外，螺栓孔111和121的第一间隙d1采用了至少0.5mm的大小。
与传统摩擦连接方法相比，这种条件下的压缩实验示出了下面结果。即，在本发明的连接结构中，初始滑动发生在大约为38.5吨负荷的情况下，而在传统连接结构中，初始滑动发生在大约为7.5吨负荷的情况下，这意味着，本发明的结构比传统结构牢固5倍。
此外，本发明的连接结构具有4.28的平均摩擦系数，而传统的摩擦连接结构具有0.8的平均摩擦系数，这意味着，本发明结构的摩擦系数比传统结构大约大6.5倍。而且，在变形实验中，本发明的连接结构可以防止的剪切力比传统结构大6倍。
在节省材料方面，传统结构需要32个高强度螺栓30来承受240吨的预期摩擦力，而本发明的结构只需要8个高强度螺栓30和8个抗剪环10来承受308吨的预期剪切阻力。因此，与传统结构相比，本发明的连接结构总计提高了68吨的抗剪切力，并且使每个螺栓的连接力平均增加了6.3倍，这使装配起来的螺栓的数目减少到它的最大值的1/6.3。相应地，当有效横截面积保持相同时，基本件110和重叠板120的材料大大地减少了。
此外，就地震、振动等引起螺栓30松动来说，抗剪环10可以使保持安全方面的危险因素达到最少。
在钢梁根据较大温度或者负荷所引起的膨胀而进行弯曲变形时，在相同的条件下，传统摩擦连接方法如图20所示一样显示了弯曲变形D，而在本发明的连接结构中，第二间隙d2吸收了膨胀从而防止防止弯曲并且保持原来的形状。这解释了本发明的连接结构具有吸收弯曲力的调节能力。
借助于使用上面所描述的本发明的许多实施例的抗剪环来连接钢构件的结构和方法，通过提供抗剪环10可以防止钢梁根据负荷、地震、较大温度变化等进行变形如收缩、膨胀和弯曲，并且连接结构可以保持在高度稳定的状态中。此外，基本件110和重叠板120的连接位置容易调整，调整过的钢构件可以以稳定的方式保持在它们的位置上。
而且，第二间隙d2使连接工作更加容易，并且连接力的增加、螺栓数目和螺栓装置工作的减少及有效横截面积的增加使结构的强度增加或者减少了材料，因此减少了用于连接工作的时间、费用和材料。此外，需要使用较高价格的、较重的传统机器的持续时间减少了，而代之以在较短的时间内可以进行简单的、容易的、安全的及精确的工作。此外，可以得到下面这些优点牢固的连接力；提高了使用寿命；容易维护等。
参照特殊的实施例特别地示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员知道，在没有脱离附加的权利要求所限定的本发明的精神实质和范围内可以在形式和细节上进行各种变化。
权利要求
1.一种使用抗剪环来连接若干钢构件的结构，所述结构包括至少一个第一钢构件和至少一个第二钢构件重叠在一起，第一钢构件和第二钢构件各自具有至少一个螺栓孔和至少一个环形槽，该螺栓孔形成通过每个第一钢构件和第二钢构件，环形槽形成于第一钢构件和第二钢构件的每个接触表面上，借助于至少一个螺栓插入通过螺栓孔并且借助于螺母来紧固使第一钢构件和第二钢构件连接在一起，螺栓孔具有第一间隙，第一钢构件和第二钢构件中的一个构件的环形槽具有小于第一间隙的第二间隙，及至少一个抗剪环插入到第一钢构件和第二钢构件的环形槽中，从而防止与螺栓和螺母一起在第一钢构件和第二钢构件之间进行滑动，其特征在于第二间隙允许第一钢构件和第二钢构件反抗螺栓和螺母的紧固力而变形或者移动，直到达到预定极限为止，而在达到预定极限之后第二间隙借助于这种变形或者移动使剪切力施加到抗剪环中，螺栓在预定极限处与螺栓孔的侧壁形成接触，温度变化、静态负荷、振动、地震、动态负荷等产生这种变形或者移动，抗剪环具有布置在抗剪环侧壁表面上的中心侧壁表面，中心侧壁表面与上下来自第一钢构件和第二钢构件的接触表面、第一钢构件和第二钢构件的每个侧壁的至少一部分形成接触，从而在由变形或者移动所引起的接触发生在第二间隙时，把实际剪切力施加到抗剪环中。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于借助于使所形成的第一钢构件的环形槽宽于第二钢构件的环形槽来布置第二间隙，其中第一钢构件是基本件，该基本件与第二钢构件重叠，并且进行了下面的一个处理从而防止在重叠和装配过程中使抗剪环分离强制一部分抗剪环插入到第二钢构件的环形槽中；在抗剪环的外壁表面上形成防止分离的突出部；借助于粘结剂把抗剪环粘附到第二钢构件的环形槽中；磁化抗剪环；及，在抗剪环的一个例壁表面和第二钢构件的环形槽处形成螺纹。
3.如权利要求1所述的结构，其特征在于在抗剪环中，中心侧壁表面至少形成了弧形表面、倾斜表面和倒角中的一个，因此当第一钢构件和第二钢构件相对移动并且接近第一钢构件和第二钢构件被重叠的状态时，抗剪环的剩余部分容易被卡在第一钢构件的环形槽中并且被强制地插入到该环形槽中。
4.如权利要求1所述的结构，其特征在于所形成的第一钢构件和第二钢构件的环形槽与螺栓孔同心，螺栓孔和同心环形槽借助于同时工作的工具来形成，该工具具有用来形成螺栓孔的边缘和用来形成相互同心的环形槽的另一边缘，环形槽和抗剪环各自具有成形为多边形和圆中的一个形状的边缘，该抗剪环的边缘是敞开型和封闭型中的一种，与传统摩擦连接方法相比，抗剪环由于它的抗剪强度而借助于减少装配螺栓的数目增加了有效横截面积，从而允许增加螺栓孔的第一间隙和第一钢构件和第二钢构件的厚度，该抗剪环进行防腐蚀处理，并且形成含有与无损伤探测相一致的材料。
5.一种使用抗剪环连接若干钢构件的结构，所述结构包括至少一个第一钢构件和至少一个第二钢构件重叠在一起，第一钢构件和第二钢构件各自具有至少一个螺栓孔和至少一个环形槽，该螺栓孔形成通过每个第一钢构件和第二钢构件，环形槽形成于第一钢构件和第二钢构件的每个接触表面上，借助于至少一个螺栓插入通过螺栓孔并且借助于螺母来紧固，从而把第一钢构件和第二钢构件连接在一起；及至少一个抗剪环插入到第一钢构件和第二钢构件的环形槽中，从而防止与螺栓和螺母一起在第一钢构件和第二钢构件之间进行滑动，其特征在于插入导向表面以分开的形式形成于抗剪环的上端的两个拐角上，因此在除了静态负荷之外的温度变化、振动、地震、动态负荷等几乎不使第一钢构件和第二钢构件产生变形或者移动的情况下，抗剪环甚至几乎没有余量地、容易地插入到第一钢构件的环形槽中。
6.一种使用抗剪环连接若干钢构件的方法，所述方法包括下面步骤(1)在重叠并装配在一起的若干第一钢构件和若干第二钢构件处相应地形成螺栓孔；(2)在重叠起来的第一钢构件和第二钢构件的每个接触表面上形成至少一个环形槽，第二钢构件的环形槽具有这样的大小它可以紧紧地安装一部分抗剪环，而第一钢构件的环形槽具有这样的大小它可以以第二间隙安装抗剪环；(3)把一部分抗剪环强行插入和固定在第二钢构件的环形槽中；(4)在第一钢构件和第二钢构件处于重叠状态时，借助于相对移动和接近第一钢构件和第二钢构件，把抗剪环的剩余部分插入到第一钢构件的环形槽中，然后使之保持在该环形槽中，从而使第一钢构件和第二钢构件对准；(5)把每个螺栓插入到第一钢构件和第二钢构件的每个螺栓孔中；及(6)借助于每个螺母紧固插入在第一钢构件和第二钢构件的每个螺栓孔中的每个螺栓，因此抗剪环完全插入并且卡在第一钢构件和第二钢构件的环形槽中，从而实现借助于螺栓、螺母和抗剪环来连接第一钢构件和第二钢构件。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于在完全紧固每个螺母之前，所述方法还包括这样的步骤借助于横向移动第一钢构件和第二钢构件中的一个构件使第一钢构件和第二钢构件的螺栓孔精确对准，因此当第一钢构件和第二钢构件的环形槽具有相同的中心线时，在抗剪环的内壁和外壁处，第二间隙相互变成相等；其特征在于除了抗剪环的中心侧壁表面外，在两端的附近形成弧形表面、倾斜表面和倒角中的至少一个，因此在步骤3、4和6中，抗剪环的剩余部分容易被卡在第一钢构件的环形槽中并且强制地使它插入到该环形槽中；借助于在步骤4和6中在抗剪环的上端的两拐角处所形成的插入导向表面，抗剪环被导向从而几乎没有余量地插到第一钢构件的环形槽中，在除了静态负荷之外的温度变化、振动、地震、动态负荷等几乎不会使第一钢构件和第二钢构件产生变形或者移动的情况下，第一钢构件的环形槽没有第二余量；环形槽是圆形，并且与螺栓孔同心，螺栓孔和同心环形槽借助于同时工作的工具来形成，该工具具有用来形成螺栓孔的边缘和用来形成相互同心的槽的另一边缘，及由于它的抗剪强度使抗剪环借助于减少装配螺栓的数目来增加有效截面积，从而增加了螺栓孔的第一间隙和第一钢构件和第二钢构件的厚度。
全文摘要
本发明公开了一种使用抗剪环来连接钢构件从而得到实际剪切力施加于其中的连接结构的结构和方法,从而改善了工作条件、提高了连接强度和使用寿命并且减少了材料。该结构具有:至少一个第一钢构件和至少一个第二钢构件,第一钢构件和第二钢构件重叠在一起,并且各自具有至少一个螺栓孔和至少一个环形槽;及至少一个抗剪环,它插入到第一钢构件和第二钢构件的环形槽中,从而防止第一钢构件和第二钢构件之间的滑动。在第一钢构件和第二钢构件的每个接触表面处形成环形槽,螺栓孔具有第一间隙,而第一钢构件和第二钢构件中的至少一个构件的环形槽具有小于第一间隙的第二间隙。第二间隙允许第一钢构件和第二钢构件进行变形或者移动,以防螺栓和螺母的装配力,直到螺栓与螺栓孔的侧壁产生接触时为止。
文档编号E01D1/00GK1338018SQ99815048
公开日2002年2月27日 申请日期1999年12月27日 优先权日1998年12月26日
发明者金南英 申请人:赛达技术有限公司