连接结构（精选11篇）
连接结构 篇1
1 引言
目前, 对于海上桩基结构—导管架及组块的连接, 通常使用两种连接方式:一种是:使用过渡段的连接方式, 此种方式多用于有倾斜的桩基结构, 通过使用过渡段与桩基结构相连, 用以调整桩基结构的方向及桩基结构基础之间的间距。但此方法对于过渡段的安装要求较高, 需要现场多次测量桩基结构的间距, 才可以定位过渡段的安装角度及切割高度。另外一种连接方式是:直接将桩基结构基础与上部组块立柱连接, 此方法多适用于竖直的桩基结构, 此方法的弊端在于对陆地建造的上部组块立柱和桩基结构建造精度要求较高, 需要花费大量的人力、物力来控制连接位置的组对精度, 如果偏差稍大, 便可能导致海上连接的失败。
2 具体特征及形式
海上桩基结构的连接装置, 其特征在于:包括:承重盲板、导向口、定位环、加强筋板, 其中, 该称重盲板的下部与桩基结构连接, 称重盲板的上部依次安装有定位环及导向口, 该定位环及导向口外部安装上部组块立柱, 并与承重盲板连接为一体, 该加强筋板安装在导向口的内部。
加强筋板为十字形结构。
导向口为喇叭状结构。
定位环的外径小于上部组块立柱的内径。
定位环的外径小于上部组块立柱的内径的范围为:10-20毫米。
桩基结构及上部组块立柱的外侧安装有数个外部加强筋板。
承重盲板的外径大于桩基结构的外径。
3 本装置的有益效果
本装置由于采用上述技术方案, 其不需要特殊的控制, 便可以按一般常规桩基结构的控制精度建造上部组块立柱及桩基结构, 不仅降低了海上施工难度及安装失败的风险, 而且, 还提高了施工效率。
附图说明:
图中主要标号说明:
1.承重盲板、2.外部加强筋板、3.导向口、4.定位环、5.加强筋板、6.上部组块立柱、7.桩基结构。
4 具体实施方式
如图1至图2所示, 本装置包括:承重盲板1、外部加强筋板2、导向口3、定位环4、加强筋板5, 其中, 该称重盲板1的下部与桩基结构7连接, 称重盲板1的另一端采用焊接方式依次安装有定位环4及导向口3, 定位环4及导向口3的外部采用焊接方式安装上部组块立柱6, 上部组块立柱6通过导向口3快速定位, 并与承重盲板1采用焊接方式连接为一体, 加强筋板5采用焊接方式安装在导向口3的内部。上述加强筋板5为十字形结构;导向口3为喇叭状结构;定位环4的外径较上部组块立柱6的内径小10-20毫米, 以便于中和由于装配误差所导致的上部组块立柱6与桩基结构7之间的错位;承重盲板1的外径远大于桩基结构7的外径, 当海上桩基结构7的基础与上部组块立柱6的错皮较大时, 可以通过调整定位环4在承重盲板上1的位置, 来解决上部组块立柱6与桩基结构7不能对接的问题。与称重盲板1相连的桩基结构7及上部组块立柱6的外侧采用焊接方式安装有数个外部加强筋板2, 用以保证上部组块立柱6与桩基结构7的连接强度。
5 结束语
本装置的主要目的在于克服现有技术存在的缺点, 而提供一种海上桩基结构的连接装置, 其不需要特殊的控制, 便可以按一般常规桩基结构的控制精度建造上部组块立柱及桩基结构, 不仅降低了海上施工难度及安装失败的风险, 而且, 还提高了施工效率。
连接结构 篇2
计算结构构件或连接时，规定的强度设计值应乘以相应的折减系数，
1 单面连接的单角钢：
1)按轴心受力计算强度和连接乘以系数 0．85；
2)按轴心受压计算稳定性：
等边角钢乘以系数 0．6+0．0015λ，但不大于1．0；
短边相连的不等边角钢乘以系数 0．5+0．0025λ，但不大于1．0；
长边相连的不等边角钢乘以系数 0．70；
λ为长细比，对中间无联系的单角钢压杆，应按最小回转半径计算，当λ<20时，取λ＝20；
2 无垫板的单面施焊对接焊缝乘以系数 0．85；
3 施工条件较差的高空安装焊缝和铆钉连接乘以系数 0．90；
4 沉头和半沉头铆钉连接乘以系数 0．80，
液压支架连接头结构设计研究 篇3
【关键词】液压支架;连接头;结构设计
1、前言
液压支架主要是采用高压液体为动力，由许多元件与金属构件共同组成，用来防护与支撑矿井下的煤壁以及回采工作面的顶板。液压支架能够实现切顶、支撑、推溜以及自移等等工序，与采煤机上的大运量刮板输送机有机结合配套使用，这样就能够有效提高矿井下的生产效率与安全性。因此，液压支架连接在现代化的矿山生产中使用极为广泛。
2、液压支架连接头功能
连接头主要作用就是将刮板输送机与液压支架有机连接起来，实现两者之间传力的作用。在工作的时候，连接头就要移动支架和推动运输机进行作业，要完成这两个环节有机操作。因此，连接头除了还承受正常的拉压扭弯的交变应力之外，加之矿井下作业的环节比较差，且空气中湿气较重，还有可能会出现诸多意料不到的因素，导致连接头受力情况恶化。一旦连接出现损坏就可能导致刮板输送机与液压支架不能正常工作，可能会出现停机而停止生产，造成巨大的损失。
3、液压支架连接头结构设计
无论连接头材料还是结构上都必须要达到相应标准，才能承受较大拉扯力，才能确保刮板输送机与液压支架正常工作。本文就的从材料选择与结构设计上探究连接头。
3.1液压支架连接头选材要求
因为液压直接连接头至关重要，其选材上都不得马虎，必须要有一定的标准，必须要满足权威部门相关数据标准。对于新出来的材料，都必须要经过冶炼、性能检测、热处理、金相分析等工艺测试，相关的工艺参数必须符合标准才能投入使用。
3.2液压支架连接头结构模型设计
液压支架主要在作为矿用的支护设备，连接头仅仅是液压支架设备中的一个零部件，按照生产图纸上的要求采用锻件。本文就的从连接头几何形状入手，分析连接头的技术难度、可锻性、工艺特点等。
1）连接头初锻设计。在设计的过程中，要按照连接头形状以及大小、批量及不同的规格具有不同的特点，将连接头的设计分为了初锻与终锻两种情况，两次都使用了合模结构的形式。就是将上下两个模合二为一来使用
2）连接头终锻设计。经过初锻之后，连接头上有一端以及基本成型了，这个时候就需要再次加热，放进终锻模具之中，将连接头的另一端也成型，然后将飞边打磨掉，最后就两个成型后连接起来就成为了连接头锻件。
根据整个工艺，再结合连接头形成过程进行工艺分析，可知去制造过程为：制胚，模锻，切边三个基本工步。
4、液压支架连接头问题分析
按照平常所设计，连接头大都使用了铸钢结构，具有了连接可靠、制造方便等优点。但是铸钢也存在较大问题，那就是冶炼与结晶过程之中，内在并不均匀。有很多研究表明，这种不均匀在一定条件下有效提升材料弯曲强度与硬度，但是却恶化了铸件的韧性与塑性，严重一些的还会降低铸件的抗拉强度，这样势必造成铸件在使用中不能够充分的发挥金属材料潜在的性能。在很多矿井下采用这种连接头，经过大冲击、坚硬顶板的负载条件之下，就会导致连接头出现了严重断裂现象，必将影响到正常的生产。从很多使用实际情况来看，主要还存在如下一些问题：
①进行数控气割之时，因为气割的厚度都达到了150mm到200mm以上，加之气流的影响，就会造成切割线出现偏斜，不能够将切割面达到垂直度的要求。而且还有出现横截面较小，不能满足受力的状况而出现断裂，必然不能够正常的使用。
②因为传送机的联接板断头都是圆弧状，那么输送机与连接头的接触面也相应为圆弧面才能给相配合，但是实际操作中考虑到数控切割只能够出现直线状，就会将连接头与输送机的接触面转变为线接触，增大了磨损程度进而降低使用的寿命，并且直线切割还要确保连接够的强度，就只有使用加长连接头中心距离方法作为弥补，必将影响到移架的距离以及工作面的空顶距离。鉴于这些存在的问题，必须进行相应改进才能满足生产需要。
5、改进液压支架连接头结构
①根据实际使用情况对连接头结构进行相应的改进，就是将连接头改为了铆焊结构设计。具体如下图：
其中1为连接耳板（推杆），2是输送机连接的耳板，3是加强肋板。
在本研究结构设计中采用的是Q345板材，使用数控切割下料，能够满足各种比较复杂形状的下料要求，其中两种连接的耳板都使用了互相交错对接箱型结构，还使用2到3快肋板相互进行连接，不但具有良好工艺性能还有可靠焊接强度，大幅度降低了制造成本。这种改进技术投入到生产使用中，以使用效果良好、性能可靠受到使用者一致好评。
②经过改进之后的连接头具有如下一些优点：1）方便制造，中间连接板的断面能够随着切割的各种形成曲面结构，不但降低了互相磨损还提高了连接的精度；2）节省了原材料的投入降低生产成本；3）选材的要确保塑性、强度硬度以及韧性具備良好性能。
6、结束语
对液压支架连接头结构进行巧妙的改进，有效的增加了连接头质量，降低了断裂现象与严重变形现象，方便了生产降低了因接头损坏而带来的停机损失。而且这种设计不但方便用户还带来社会效益，极大满足了生产上对液压支架结构需求，具有十分广袤的应用前景。
参考文献
[1]高昆.液压支架连接头结构研究[J].河北能源职业技术学院学报,2008（2）:165-168.
[2]李金花.液压支架连接头结构设计探讨[J].煤矿机械,2006（7）；179-182.
[3]刘齐,卢云杰.液压支架结构件焊接防变形支撑间距初论[J].煤矿机械,2009（11）:27-29.
[4]杨家山.液压支架连接头的模具设计及热处理工艺研究[J].魅力中国,2010（13）:165-167.
混合结构的界面连接方式 篇4
目前我们普遍用到的高层或超高层混合结构类型就是钢-混凝土混合结构体系。在日常生活中, 我们选取钢结构包裹于结构的外部, 并将钢筋混凝土结构作为整体内部的不可或缺的一部分。使二者结构形式相互依靠, 既发挥了钢框架的刚度大、应变延性好的优势, 能经受住外来荷载的摧毁作用力, 又体现出了钢筋混凝土的柔性比钢结构强, 并弥补了钢结构的曲率延性不足等特点, 使整体结构的稳定性发展迈向了一个新的台阶。关于内部的钢筋混凝土的设计内容, 它是由内筒附带一些伸臂桁架, 叠合为带伸臂桁架的钢框架-混凝土内筒体系, 或者选用部分或全部的钢骨混凝土, 统一组成钢骨混凝土框架-混凝土内筒体系。
2 研究的价值
对我国的混合结构体系大量统计得出, 现如今中国的建筑市场中, 高度排名1~58的超高层建筑全都超过150m, 其中有14栋楼的修建形式是钢-混凝土混合结构体系;有30栋结构的总高度为170 m以上, 这30栋建筑中包含了11栋的钢-混凝土混合体系, 例如20世纪90年代就已竣工的上海金茂大厦 (共88层, 约365 m) , 还有已经修建完毕的上海环球金融中心 (共96层, 高度为460 m) , 香港东北大厦 (88层, 高度为420 m) 等超高层。尽管如此, 伴随着建筑高度增加, 房屋的抗震等级要求也越来越严格。故而关于混合结构界面连接的设计方案考验众多设计人员, 例如在框架-核心筒内设置各类伸臂连接构件、采用支撑斜杆组成的桁架、在某些部位设置转换层等方式, 是否导致整体结构的刚度发生较大变化, 是否会导致某一截面的刚度突变等。
3 钢框架-混凝土节点连接方式
3.1 梁和柱及墙的节点单元搭接
建筑的梁柱搭载方式对彼此间的相互约束有三种: (1) 铰接相接; (2) 半刚性相接; (3) 刚性相接。铰接作用的时候, 梁两侧的剪力作用能分化出一部分能量供给柱子, 有些情况下也能分化出全部能量, 但是梁两侧的弯矩作用却很少甚至没有可能传递到柱子上去;梁柱的半刚性搭接时, 其梁两侧的剪力不仅能将部分乃至全部能量流向柱子, 而且同时也会把自身的弯矩作用分享给与之接壤的柱;梁和柱的刚性搭载时囊括了其铰接与半刚性连接的能量传递形式, 不但梁两侧的剪力在某些情况下可以全部传递给与之相连的柱子端口, 而且能够把自身截面以及极限端口处的弯矩作用传递到柱子上, 该类作用方式不仅保证了上述二构件的使用延性, 而且还能体现出二者共同抵抗外力时的持续效应。设计者可在位于钢筋混凝土墙里面参设预埋构件, 再于预埋件至其他构件的连接处焊上连接板, 最后再使连接板和钢梁腹板取高强螺栓固定。
3.2 节点转动刚度的判定
如若通过计算, 发现节点的扭转刚度约为梁线刚度的0.5或低于0.5, 便可判定为铰接形式;如若经节点与梁线刚度相比较得到其结果超过了25, 说明该连接方式是刚性的;半刚性则介于以上两种类型之间。国外专家为了严格归类上述三者, 列出了如下陈述以示规范。
1) 当有外部荷载通过特定方式传递给节点时, 如果梁和柱中心线的角度数相差变动的数字与设计时假设的角度数相差不多甚至超过假设的80%, 即可视为铰接。
2) 计算刚接时, 我们将其设想为梁柱中心线的角度数始终为固定值, 但实际应用过程中, 只要二者接壤时共同的制动效应大于或等于假象状态时的90%, 即可视为刚性作用。
经试验研究, 我们总结出三类刚接类别和铰接类别: (1) 刚接:包括了带加劲肋全焊型, 带加劲肋栓焊混合型, 带加劲肋外伸式端板型; (2) 铰接:包含了腹板双角钢型、端头板型和腹板单板型, 其中第三者的刚度较前二者较小, 看作是简支型。
3.3 应用软件对界面连接方式的探索
某实例的连接机理和试验研究情况为:专家在进行实际工程中的构件模拟运算时, 大致概括出了构件子单元相接的3种运行方式: (1) 梁单元与壳单元的搭接运转模式; (2) 梁单元和实体微型单元的搭接运转模式; (3) 壳单元及实体微型单元的搭接运转模式。
我们已然熟知将结构中的各个子构件划分为不同单元级别时, 这些单元自身的节点自由度和灵敏度互相是不一样的, 所以即便使用准确度很高的软件实行连接运作, 也很不容易达到完美无缺的连接效果。因此, 可以将上述3种单元组的运转模式做出从大到小的排列:梁单元-壳单元-实体微型单元;经过单元的排序有助于在其组合上获得更加直观的节点连接方式, 以达到简便快速的连接效果, 并且软件计算时能同时兼顾到构件单元相连的宏观上的自由度和微观上的其他相互作用力。将排好序的两两单元按相似精度进行搭配接壤后发现, 这些单元组的运转模式及构建原理并无太大区别。
研究上述单元组相互搭接后并分析出多余约束力与构件自由位移的关系图、宏观刚接铰接下的框架分担剪力比值图, 并以第 (3) 种运转原理为代表, 如图1所示。图1中反映结构自由位移的增长度基本上与它处在不同种类的约束力条件下的增长度呈正比曲线;从图2可以看出尽管构件的两种连接方式表现出了不同的承载变形状态, 构件从弹性阶段开始至中期构件刚接与铰接的分担剪力曲线紊乱且差异较大, 但是从中期至后期的弹塑性状态中能够发现两种连接方式下的构件分担剪力模式曲线重叠且一致。另外, 刚接形式下的结构, 处于总高度h/3附近的楼层处, 框架分担剪力作用有个别位置发生分担值较大的现象。
4 混合结构的优势
4.1 混合结构与钢筋混凝土结构的比较
当设计者于结构中加入钢构件方案时, 会让局部构件的抗压、抗剪和压弯承载力进一步提高, 使构件的变形能力变强, 提升了较大空间的延性;在相同承载力要求下, 结构构件尺寸减小, 增加房屋使用空间, 结构自重明显减轻。由于型钢混凝土构件的徐变变形发展缓慢, 所以设计基础采用钢筋混凝土结构以及上部结构为钢结构时, 可以采用型钢混凝土结构充当地上与地下之间的过渡层, 从而减小地面上下层的结构刚度突变, 还可以施工时利用型钢架承担施工荷载, 节省模板用量, 提高施工效率。
4.2 混合结构与钢结构的比较
混合结构同时具备参与构件受力与保护层的功能, 结构防火、防腐性能较好, 提高了结构的耐久性和耐火性, 经济性也较好;相对于单一钢结构而言, 混合结构具有更大的刚度和阻尼比, 在风荷载和地震作用下, 结构的水平侧移较小, 有利于改善建筑物的舒适度。混合结构还有利于提高型钢的整体稳定性, 钢板的局部屈曲, 从而使杆件弯曲失稳及梁的侧向失稳不易发生。
5 结语
混合结构的综合经济指标优于全钢结构和钢筋混凝土结构, 是一种符合我国国情的高层建筑结构形式, 被大量用于我国的高层建筑特别是超高层建筑结构中。
参考文献
[1]武则刚, 吕西林.超高层外钢框架-混凝土核心筒混合结构研究概况[J].现代土木工程理论与实践.
[2]龚炳年, 郝锐坤, 赵宁.钢-混凝土混合结构模型试验研究[J].建筑科学, 1994, 10 (1) :10-14.
[3]周向明, 李国强, 丁翔.高层钢-混凝土混合结构弹塑性地震反应简化分析模型[J].建筑结构, 2002, 32 (5) :26-30.
多体结构连接部件的有限单元模型 篇5
多体结构连接部件的有限单元模型
针对多体结构中连接部位带来的.运动不连续问题,提出了将连接部件不作节点处理而作单元看待的设想.从力学基本原理出发推导了单元的刚度矩阵与阻尼矩阵,并由拉格朗日方程推导了这种单元的平衡方程.
作 者：李东旭 孙丕忠 唐乾刚 LI Dong-xu SUN Pei-zhong TANG Qian-gang 作者单位：国防科技大学航天与材料工程学院,湖南,长沙,410073刊 名：国防科技大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF NATIONAL UNIVERSITY OF DEFENSE TECHNOLOGY年，卷(期)：22(6)分类号：V214.1关键词：多体结构 连接部件 连接单元
连接结构 篇6
【关键词】“夹”结构 连接方式
【中图分类号】G633.93 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）01-0241-02
通用技术连接结构问题是设计中一个重要的问题。构成产品的各个功能部件需要以各种方式连接固定在一起形成整体，以完成产品的设计功能。 “夹”是一种比较综合的连接结构。它的产生与形态、结构、机构、材料等都有一定的联系。当“夹”是利用材料本身的弹性时，它就是一种和被夹物品的锁扣连接；当“夹”是利用外部的机构或结构时，它则是另外一种连接结构。“夹”不等于夹子，但是，所有“夹”的现象都是夹子功能的扩展，只是侧重点不同而已。随着技术的发展，“夹”的连接方式运用的越来越多、越来越妙，本文着重介绍“夹”结构在生活中应用的实际作品案例，借以让大家领略“夹”结构的无穷魅力，为通用技术课结构的设计提供一些灵感。
一、利用本身材料特点设计“夹”结构实例分析
1.作品名称：聚甲醛树脂挂衣钉
制造商：杜邦公司
分析：这是一个利用材料本身特性的设计案例，设计师充分应用到了聚甲醛树脂的弹性和强韧特点。在此基础上外形设计简单，省略了一切可以省略的部件，因为它是一个不需要借外部机构和结构工作的衣服挂钉。
2.作品名称：眼镜盒
制造商：林德伯格公司
分析：林德伯格公司为其一款造型简洁独特的眼镜框专门设计了这个眼镜盒。不锈钢材料要具有亚光的效果，可以通过研磨、喷砂和化学处理等工艺达到。在这款设计中，研磨工艺的应用，使得眼镜盒的设计更加朴素，简洁。整个设计的理念在材料、造型和功能之间达到完美的和谐。更妙的是，产品采用不锈钢本身的弹性，达到锁扣关闭盒子的目的，无须其它零部件。
3.作品名称：夹子鼠标
设计师：tila Rossito巴西
分析：夹子鼠标遵循了少即是多、轻量化、简洁而富有意想不到的形式美的设计原则。可以很方便的携带，独特的“C”型和灵活的材料使得它很容易夹在笔记本电脑上，还起到点缀笔记本的作用。可以把它夹在你电脑的边缘，既好看，又安全。它还采用了触摸感应，以及多点触摸的技术。
4.其它的几个“夹”的设计
作品名称：（1）衣服夹，（2）壁挂式书夹，（3）花瓶式书夹，（4）名片夹
分析：“夹”的理念是如此的妙，以至于我不得不另外列举一些设计上的经典应用来向大家展示夹的妙用。通过这几个设计，我们可以看出，关于夹的设计都是十分简单的。它们有的已经不仅仅是部件之间的结构连接。这不仅是材料和结构的完美体现，更是设计师的智慧，是人类的胜利！
二、利用外部的机构、结构设计“夹”结构实例分析
1.作品名称：“自己能站立”的夹子
设计师：马西莫·瓦雷托（意大利）
分析：这款夹子设计则是借靠外部的机构和结构来达到“夹”的目的。很多设计师喜欢螺栓、螺钉、铆钉、铝制结构、弹簧远胜于钉子、胶水和各种焊接方式，因为后者缺乏灵活性，不能进行控制。我们常常会为那些其貌不扬的简单所感动，以至于再也看不到其它的东西。
由此拓展的站立式夹子的应用：
作品名称： “夹子”式台灯（一）
设计者：学生作品
该设计巧妙地运用了两个普通夹子的组合，一个夹子夹持灯罩、一个夹子夹持底座，两个夹子既各司其职又融为一体形成一个整体，简洁而又有富现代气息。
作品名称： “夹子”式台灯（二）
设计师：伯纳德·活尔纳森（法国）
分析：这款台灯采用PVC或聚丙烯（40%为再生材料）灯罩，不锈钢专利夹紧装置（两端固定在灯罩底缘，中部固定饮料罐上缘），任何标准的罐都可作底座使用。这款灯具的设计理念令人愉快，且结构简单。最终用户可以把它与他们所选择的饮料罐进行组装。基本的部件是：以至带线的灯座和一个以再生材料制成的灯罩。在灯罩中有一个不锈钢专利夹紧装置，可以把灯罩固定在饮料罐的上缘。
2.作品名称：夹子铅笔
设计者：学生作品
分析：使用传统的铅笔，当笔头太短无法书写的时候就该削铅笔了。但是铅笔外壳都是用木材制成的，这样一次又一次的削铅笔，每年所浪费的木材数量可不是个小数字。所以才发明了自动铅笔等替代品。但是在许多需要绘图的专业领域，传统的铅笔还是无法用自动铅笔来替代。不过通过巧妙的设计还是一样可以节约木材的。像这款夹子铅笔就是其中之一。它通过夹子式的笔杆设计来达到无需削铅笔却一样可以顺利使用的目的。笔芯不够了？那就打开夹子，把笔芯抽出来一段，继续使用。这样一来，你每次只需要更换笔芯而不必“削”掉笔杆了
3.作品名称：懒人手机支架
设计者：缺
分析：随着人们物质生活的提高，玩手机成为追赶时髦的一种生活方式，但因玩过头，就容易得颈椎病。那么有没有什么方式可以改变这种现状，玩起手机既要过瘾，又不会患病，懒人手机支架的确是一个不错的选择。这款设计注重用户体验，优秀的结构设计，根据人体工程学、人—机的设计理念的参与，让使用者获得更好的体验，让使用者可以用最舒适的方式来使用的、最简约、易用的数码支架，让你懒得健康、懒得舒服、懒得彻底。
以上产品的设计既满足了我们的实际使用，又给了我们一种美的享受。产品设计是技术与艺术相结合的产物。如果只是偏向技术，则失去设计的特色，但若缺少了技术支撑，产品华而不实，是一种空想，产品设计一切还得从使用者的实际使用这一角度出发。
4.产品名称：夹子插座
设计师：Sohyeon Kim
分析：夹子插座（Clip Socket），相当于把普通的插头变成了夹子，而把插座变成了塑料绝缘板正面和背面各一的金属条。使用的时候就不需要插拔了，直接把夹子往“插座”上一夹就搞定。这样的操作会让人们更加方便。但细心的我们肯定会发现这款设计虽有创意、操作虽然方便，但没有从实际使者的安全角度考虑，这样的设计只不过是让人眼前一亮，不过安全是个大问题，所以有些老外开玩笑说，这真是减少人口的一个好办法。当然，从另外一个角度而言，现有的插头和插座结构的确是存在诸多不便，那么，设计师Sohyeon Kim带来的这种夹子结构，会有其可取的地方吗？或者，我们给大家提供一个难题，有人可以在这个结构的基础上构思出一种更加安全的“夹子”出来吗？
产品是为人服务的，如果有安全隐患，是十分有害的。因此，从产品使用的角度对“夹”结构进行分析总结，对各种连接结构的特点，应用角度进行归纳，这对设计者进行产品设计是非常有参考作用的。
我们的“夹”结构如此富有特色，简洁而不缺灵动，单一而不显单调。“夹”结构的简洁可以让我们节省更多的材料，体现了我们技术中的可持续发展；“夹”结构可以最大限度地根据本身材料特性进行设计，大大提高了材料的使用效率；“夹”结构灵动而不单调，使得我们操作使用“夹”结构产品时能更方便、更舒适；“夹”结构是最具创意与表现力的连接方式之一，“夹”结构可以帮助我们获得设计的灵感，让设计的思维更加丰富。如此美妙的结构设计与连接方式正是我们设计中所期望的，就让我们在设计的过程中充分地去体现这种美妙、这种快乐吧！
参考文献：
[1]刘宝顺《产品结构设计》2012-11
[2]钟元《面向制造和装配的产品设计指南》2013-5
连接结构 篇7
温州一商住楼处在繁华地段信河街南段, 该建筑结构形式主要是框架剪力墙结构, 地上25~31 层, 地下一层局部是二层, 建筑面积达到了133791 平方米。该工程中中间C座同D座两座主楼之间的26~31 层主要是通过钢结构连接体连接的。双塔连体钢结构是上下炼成。从该结构来看总重量310 吨, 高度21.45M, 宽度8.89m, 跨度则29.05m。
为了能够实现顺利施工, 在工作中主要采用分段进场, 现场对接拼装并利用液压技术和计算机控制从而来实现整体吊装到位。
2 钢结构连接体安装及施工控制
(1) 安装。在实际安装过程中, 对于连接体钢结构拼装场地通常是设置在设计位置正下方地面。在拼装过程中也应该是按照顺序来进行, 按照外形几何特点来进行拼装。从本工程的实际情况来看, 在工作中主要是要把钢结构连体分成上下两部分, 实际拼装过程中首先是要拼装上半部, 其次再来拼装下半部。当第一次提升高度达到6m之后就应该停止提升, 上下锚也应该锁紧。之后进行29/31 层构件安装。依次类推, 进行重复安装。对于杆件而言, 在实际拼装过程中主要是按照从下向上, 先桁架构件后桁架间杆件顺序来进行, 这样做主要是为了能够有效保证拼装精度。
这一系列工作完成之后就需要仔细检查提升支架、下吊点, 要观察预埋件安装是否符合设计要求。对于两座主楼之间的楼面的垂直度也应该进行仔细测量, 要准确提供数据。
(2) 施工控制。施工控制是整个施工的关键环节, 为了提升施工质量就应该进行严格的施工控制, 这样才能够真正满足要求。在施工过过程中, 重点是要能够保证提升过程的受力平衡, 要使得提升速度必须要匀速。
对于各个吊点都需要均匀受力, 由于本工程采用的是对称结构, 因此能够保证各个吊点能够实现均匀受力。同时还应该保证提升结构的姿态要稳定, 这样才能够使得结构能够正确就位。为了实现这一目的就要求各个提升吊点无论是在上升还是在下降过程中都应该是要能够保持同步的。
在实际控制过程中就应该把钢结构连体的一侧的两台液压提升其并联, 这一侧应该设置成为主令吊点A, 另外两台液压提升其则应该分别设置为从令吊点B、C。在实际工作中主要是通过计算机来实现从零点对主令点的跟踪, 在实际跟踪过程中主要是通过高差的方式来进行跟踪。这样做的主要目的是为了能够保证吊点在提升过程中始终能够保证同步。为了进一步保证连廊能够在提升过成长的稳定和平衡就应该利用三点来确定一个平面的几何原理。对于提升速度, 影响因素是比较多的。锚具切换、泵站流量以及其他辅助工作所占用的时间都是需要认真考虑的。
液压系统是实现顺利施工的重要设备, 对于该系统的性能应该有深入了解。通常情况下在液压提升系统安装完成之后就应该进行系统检查, 对于传感器如形成传感器、上、下锚具缸传感器等都是要手动控制的, 对于控制信号也可以利用手动控制的方式来进行检查。
钢结构连体主要是通过分级加载预提升的方式来实现。当液压系统检测无误之后就应该进行正式提升。首先开始提升的时候, 加正常提升所需压力的20%, 40%, 加载之后一切正常的情况下再来继续加载。当设备离地之后就应该停止提升。对于连体钢结构杆件工作情况, 预埋管件是否存在异常变化都应该进行全面检查, 对于整体结构平衡状态都应该进行科学检查。只有在确认了整体结构稳定性和安全性没有问题的前提下才能继续提升。无论是第一次提升到6m, 还是第二次提升到12m后, 每次都应该需要上下锚锁紧。整体提升策略的选择会直接影响到能否实现顺利提升的。
为了保证施工安全也需要采取专门措施。这些措施的选择应该根据实际情况来进行。当准备工作完成之后需要经过系统全面的检查, 只有在检查无误的前提下才能够正式提升。当钢结构连接体提升离开胎架之后就应该停止提升。此时是要全面检查连体钢结构杆件、剪力墙筒体以及提升系统工作情况。各项都符合要求之后才能够进行正常提升。在实际提升过程中对于系统的荷载变化情况也应该进行科学观测, 对于地面测量人员而言就是要利用激光测距仪及悬吊钢卷尺测量各吊点离地高度。在实际提升过程中对于提升器、地锚、安全锚、计算机控制系统、传感检测系统、液压泵站、钢绞线等工作状态要实时检测。
3 结构加固
为了保证钢结构连接体性能, 还应该进行专门的结构加固。在实际加固过程中主要是对连接节点进行加固。在加固过程中可以采用多种方式来进行加固。对于钢结构加固连接方法的选择应该是在充分考虑加固原因、受力状态、施工条件加固目的以及施工条件等因素之后来进行科学选择。通常情况下, 在同一手里部位连接的加固中, 是不能够采用刚度相差较大的加固措施的。从以往的经验来看, 栓焊并用连接能有效提升连接的抗剪强度, 这已经成为一种非常有效的加固改造方法。
从本工程的实际情况来看, 在施工中主要是要对地下室进行局部加固。地下室主要是要求在行走吊车的时候, 先在反梁上铺铺设路基箱、路基箱下面则是要铺面黄沙, 这样做是为了能够保证吊车行走的时候能够形成均匀荷载。在这里需要注意的是, 路基箱指点主要是在两反梁上连接的, 因而此时反梁就需要承担绝大部分的竖向荷载。正因为如此就需要对砼反梁进行单独加固处理。
在实际计算过程中结构楼板是受弯结构, 应该验算其看抗弯强度及刚度。在通过精心计算之后, 工作人员发现对于地下室而言是需要采用219×10 的钢管支撑顶撑加固。除了地下室之外, 对于裙房的加固也应该引起重视。裙房大堂处加固主要采用扣件式钢管支撑加固地上部分架体搭设高度为8.65m。
4 结束语
大型钢结构连接体施工直接关系到建筑物自身的质量, 为了能够满足需要, 在今后工作中就应该从实际出发来对其进行研究。为了能够实现顺利施工, 提升就应该进一步加强施工控制。本文重点分析了施工控制内容和加固控制方法。在施工控制过程中关键是要实现对速度的控制, 加固主要是要对地下室进行加固。
参考文献
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对钢结构连接节点的探讨 篇8
1 焊缝连接
焊接连接在工程中的利用率比较高, 基本所有的钢结构构件都可以采用这种方法。采用这种连接方法时, 不仅对钢结构构造的要求少, 而且施工工艺也简单, 不会因为焊缝的存在而削弱截面强度, 结构整体不会发生大的变形, 刚度也比较强。在焊接管道的过程中, 采用这种方法能够保证结构的密闭性, 实现自动化操作。焊接连接与其他连接方法相比更为经济, 其操作过程也已经实现了自动化。但是, 这种连接方法的缺点也比较明显。由于局部受热, 钢材的化学构造有所变化, 许多元素的含量也发生了变化, 导致结构容易受到脆性破坏。在施工过程中, 要保证焊接后节点处没有裂缝。因为裂缝的存在会使节点承受较大的力而产生新的裂缝, 它会沿着之前的裂缝迅速蔓延。在焊接的过程中, 加热、散热不均匀, 残余应力和残余应变的存在都会导致结构受到荷载时断裂。
焊接方法主要有4 种: (1) 手工电弧焊。利用电弧产生的3 000 ℃的高温将涂有药皮的、与焊件钢材相似的焊条滴落在熔池中。药皮的作用是保护焊缝, 降低焊缝的脆性。这种焊法很难控制, 对工人的操作水平也有很高的要求。 (2) 埋弧焊有自动和半自动2 种操作方式, 其生产效率高, 所形成的焊缝结构均匀, 力学性能好。焊接时间越短, 残余应变和残余应力对焊缝的影响就越小。与手工电弧焊相比, 这种焊接方法装配精密, 埋弧焊中没有药皮, 而是多了焊剂。因为电弧埋在焊剂的下面, 热量集中, 所以, 多将其用于厚杆件的焊接工程中。 (3) 气体保护焊与埋弧焊相反, 它适用于一些比较薄、比较小的焊件。在焊接过程中, 它用气体的保护代替了药皮, 将焊缝与有害气体隔绝起来, 而且焊缝熔化区内并没有熔渣, 施工人员可以清晰地看到焊缝的形成过程。 (4) 电阻焊主要运用的是电流在电阻中产生的热量, 用热量熔化金属, 再利用外界传递的压力完成焊接工作。一般情况下, 这种焊接方法的使用率并不高, 它主要被用于6~12 mm厚钢板的连接工程中。
因为焊缝的连接方式不同, 所以, 可以将其分为对接焊缝、搭接焊缝、T形连接焊缝和角焊缝。对接焊缝适用于板件相等, 构件在同一个平面内, 力量传递比较均匀, 没有明显的过渡, 用料也比较少的结构连接工程中。但是, 这种方法的焊接尺寸小, 对焊接技术有很高的要求, 而且焊件边缘和焊口也要提前加工。搭接焊缝适用于厚度不同的板件。这种焊法不仅会浪费焊材, 还会影响传力效果, 但是, 它操作简单, 所以被广泛应用。T形连接焊缝与其他的焊缝没什么不同, 只是连接杆件的形式不同。角焊缝的种类比较多, 它适用于大的、特大的构件连接工程。在施工过程中, 如果构件之间有缝隙, 则会出现应力集中的情况。
焊接残余应变和残余应力是影响焊缝质量的关键。要想保证焊缝质量, 就要减小这两种不利因素对焊接工艺的影响。在焊缝设计方面, 焊缝要尽量小。如果焊缝较大, 不仅会浪费焊材, 还会将焊接缺陷完全表现出来。另外, 焊接设计要合理, 要减少不必要的焊缝, 而且焊缝不能过于密集, 要尽量减少交叉数量。如果母板的同一个位置加热很多次, 热量就会过于集中, 焊接变形就会增大, 进而导致母板的化学组织和物理组织被破坏。与此同时, 要合理选择焊缝的位置——焊缝要尽可能设置在应力较小的地方, 使其对称于截面的中轴。这样做, 可以减小焊缝的直接受力, 减小焊缝的变形。在施工过程中, 采用合理的施工工艺是很必要的。在焊接前, 可以给焊件一个相反的预变形, 以此抵消焊接变形。在焊接过程中, 焊接顺序要合理, 以减小焊接应力。待焊接工作完成后, 可以用锤击或者碾压的方法加工焊缝, 使其得到相应的延伸, 从而降低焊接应力。对于小的焊件, 焊前要预热, 焊后回火也是减小残余应变和应力的有效方法之一。
2 螺栓连接
螺栓是一种机械零件, 将其与螺母配套使用是一种有效的连接方式。利用它可以紧固2 个带有通孔的构件。螺栓连接是一种可拆卸、重复使用的连接方式。螺栓连接的应用范围比较广——在建筑、铁道、车辆等工业工程中, 螺栓连接的使用率较高。因为它具有施工方便、施工效率高、强度大、循环利用率高和造价低等优点, 所以, 受到了各行各业施工人员的青睐。螺栓分为普通螺栓和高强度螺栓。普通螺栓根据制作的精细程度可分为精致螺栓和粗糙螺栓;高强度螺栓是用抗拉强度高的钢材制成的, 它主要应用于具有较高力学要求的连接工程中。
使用普通螺栓连接构件时, 要尽量少使用螺栓, 而且对螺栓群的排列也有一定的要求。一般情况下, 螺栓数不能少于1个, 以防1 个螺栓损坏导致整个接头被破坏的情况发生。在施工过程中, 一个节点处可以使用2 个以上的螺栓。螺栓排列可以分为并列和错列2 种。螺栓到焊件边缘的距离不宜过小, 否则容易导致钢材端部断裂;各个螺栓之间的距离也不宜过小, 一旦施加一定的力, 螺栓之间的钢材就会变为整个构件的应力集中处, 进而使这个部位的钢材发生脆性断裂。在螺栓工作的过程中, 当其受力较小时, 主要依靠的是接触面的摩擦力, 螺栓杆基本不受力;当其受力不断加大, 摩擦力已经不能满足相关要求时, 板件之间会有相对的滑移, 螺栓杆会与构件截面接触而受力。普通螺栓往往承受的是剪力和拉力, 当这两种力超过钢材的极限抗剪强度和极限抗拉强度时, 钢结构会断裂, 最终导致其整体被破坏。端部的钢板冲剪破坏和螺栓杆的弯曲破坏可以利用构造法解决, 而其他的破坏只能通过施工前的计算来控制。
高强度螺栓主要是利用栓杆产生的预应力完成工作的。常见的螺栓有大六角头螺栓和扭剪型螺栓。采用螺栓连接的关键在于控制预拉力, 保证摩擦面的抗滑能力。对于大六角头螺栓, 控制预拉力时可以采用力矩法和转角法。在工程中使用抗剪型螺栓时, 要用特殊的电动扳手将其拧紧, 安装后一般不拆卸。这种连接方法比较简单, 不需要特殊的操作即可保证其质量, 只需拧紧即可。
3 铆钉连接
铆钉是由头部和钉杆构成的一类紧构件, 它主要是通过自身变形产生的摩擦力完成连接工作, 具体的连接方法有冷铆法和热铆法。现在的建筑主要采用的是热铆法, 即先给铆钉加热, 使其高温膨胀, 然后迅速将铆钉打入铆孔。铆钉冷却后会收缩, 但是, 收缩变形过程会被两侧的钢板阻止。铆钉连接的特点是工艺简单、连接可靠、抗冲击性强, 与焊接相比, 它的缺点是噪声大、生产效率低, 能削弱15%~20%的被连接构件等。与焊接相比, 铆钉连接的经济性不强。
铆钉连接的力学性能比较好, 它能应用于建筑结构、铁路桥梁和锅炉制造等工程中。但是, 当其被破坏时很容易发现, 而且制作难度大、施工困难、抗拉强度低, 工程中已经不再使用。目前, 使用率较高的连接方法是焊接和高强螺栓连接, 使用铆钉连接的工程已经越来越少。铆钉连接仅应用于焊接和螺栓连接受到限制或振动荷载较大的金属结构中, 例如铁路桥梁、重型机械和起重机机架等。现阶段, 航空领域或飞行器、非金属元件 (汽车摩擦片或闸带) 等制造工程还是以铆钉连接为主。
4总结
要想更好地使用钢结构, 构件的连接至关重要。连接节点的质量决定了整个钢结构的稳定性, 不管采用哪种连接方法, 保证节点的安全性和稳定性是最重要的。每种焊接方法都有其使用范围和优缺点, 因此, 在施工过程中, 不仅要保证连接方式的安全性和稳定性, 还要确保施工方法简单、可操作。如果将这三种连接方法有机结合起来, 取长补短, 将会是一种新的连接方法。但是, 这种连接方法还需要不断的实践, 要确保其经济性和安全性。在连接手段和工艺的创新方面我们还有很长的路要走。
参考文献
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钢结构建筑构件连接构造技术研究 篇9
1.1 研究背景
中国建筑金属协会会长杜宗翰指出:二十一世纪是钢结构的世纪。我国虽然在早期铁结构方面有卓越的成就, 但是由于2000多年的封建压迫, 科学技术不发达, 西方国家后来居上。直至十九世纪末, 我国才逐渐开始采用现代化的钢结构。钢结构具有重量轻、结构断面小、承载能力高、抗震性能优越、取材对环境破坏小、造型新颖优美、施工周期短、工程质量和造价容易控制等优点, 广受建筑行业的亲睐。钢结构在建筑中的应用给当今的建筑行业的发展带来了新的理念和技术革新, 并且带来了新的体验和挑战。
1.2 发展
目前的社会被称为钢筋水泥城市, 由此可见钢材料在建筑行业中应用的广泛。不仅国外, 在我国近年来钢铁事业发展突飞猛进, 建筑用钢量已经不是工程建设的主要问题。随着我国的宏观调控和相关政策的发布, 钢结构建筑在我国工程建设中所占比重逐年增长。并且有关专家预言, 二十一世纪是我国钢结构建筑快速发展的时期。由此可以想象将来我国的钢铁建筑总量鳞次栉比。
我国的钢铁产量和建筑用量方面已经不存在问题了, 目前的主要问题是钢结构建筑的技术问题、钢结构建筑结构复杂, 技术性要求高。面对其与其他建筑相比在使用、设计、施工及综合经济方面的优势, 钢结构的发展前景十分可观。
1.3 重要意义
就未来的建筑行业发展模式来看, 钢铁无疑占据着重要的地位, 钢结构建筑引领着主流建筑构造。随着钢结构理论技术的逐年积累, 建筑钢结构体系的逐步完善的改革发展, 理论依据与研究应用逐步趋于完善, 摒除目前我国存在的技术问题不说, 钢结构建筑在未来绝对会大放异彩!所以我国应该积极研发钢结构建筑构件连接构造技术, 掌握技术要点, 对我国的建筑行业来说是不小机遇和挑战, 也是不小的收获与发展。
2 钢结构建筑技术应用与研发
钢铁建筑的美在于其不同寻常的跨度与精美的细部:更高、更远是人类矢志不渝的追求;暴露在外的结构表达了构造与材料的逻辑、层次和重要的外观形象。
伴随着我国钢材产量的不断攀升和价格的下降, 运用钢材料来做建筑构件和建筑材料越来越成为一种时尚。构件的字面意思为结构物的组成单元 (如梁、柱、板、大型板材等。) 在建筑界中建筑构件主要指墙、柱、梁、楼板、屋架等承重结构。钢结构连接设计的好坏直接影响钢结构的质量和经济。因为采用组合截面的钢构件需用连接将其组成部分即钢板或型钢连成一体。整个钢结构需在结点处用连接将构件拼装成整体。
2.1 焊缝连接
焊连接是当前钢结构连接的主要方式, 焊接连接可以实现任意角度和方向的连接, 手工电弧焊和自动埋弧焊是当前使用最为广泛的两种焊接。焊接连接技术几乎可以适用任何条件下的钢结构建筑, 用钢量省, 加工简便, 而且连接的密封性好, 整体性强, 刚度大, 易于采用自动化操作等。有些结点如钢管与钢管的Y形和T形连接等, 除焊缝外是较难采用螺栓连接或其他连接的。
2.2 螺栓连接
钢结构连接用的螺栓有普通螺栓和高强度螺栓两种。通过螺母固定, 螺栓穿插入两个或两个以上的构件, 使构件连接成整体共同工作。
其中普通螺栓一般为六角头螺栓, 普通螺栓的安装一般用人工扳手, 不要求螺杆中必须有规定的预拉力。连接过程中常用的是粗制螺栓 (C级螺栓) , 粗制螺栓的抗剪连接, 一般只用于一些不直接承受动力荷载的次要构建如支撑、擦条、墙梁等的连接。由于螺栓的抗拉性能较好, 因而常用于一些使螺栓受拉的工地安装结点连接中。
相比来说高强度螺栓就复杂专业的多, 此种螺栓必须用高强度钢制造, 在安装过程中使用特制的扳手, 保证螺杆中具有规定的预拉力, 从而使被连接的板件接触面上有规定的预压力。它的承载能力高于高强度螺栓摩擦型连接, 可节省连接材料。但这种连接由于在摩擦力被克服后将产生一定的滑移变形, 因而其应用受到限制。规范规定它只能用于承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构中。
螺栓连接由于安装省时省力、所需安装设备简单、对施工工人的技能要求不及对焊工的要求高等优点, 目前在钢结构连接中的应用仅次于焊缝连接。
2.3 铆钉连接
利用铆钉把两个或两个以上的零件或者部件, 连接成一个整体, 叫做铆接。通俗的讲铆接就是指两个厚度不大的板, 通过在其部位上打洞, 然后将铆钉放进去, 用铆钉枪将铆钉铆死, 而将两个板或物体连接在一起的方法。
2.4 利用铸钢节点构件连接
铸钢节点具有良好的加工性, 利用钢材的可浇铸性, 按照铸钢的模板浇铸出复杂的复杂钢节点的交汇处, 根据其内部构造或者节点类型可分为铸钢节点、空心铸钢节点、半空心半实心铸钢支座。铸钢节点具有复杂多样的建筑属性, 目标在一些大跨度空间管桁架钢结构开始逐步推广使用, 特别是在处理复杂的交叉节点铸钢节点是得天独厚, 有优势, 但是, 由于总碳当量高杂质, 特别是, 磷含量和难以控制, 同时, 铸态组织晶粒粗大, 导致钢管焊接, 焊接技术的要求很高, 主要是为了降低残余应力, 焊接裂纹的防止。
2.5 钢管混凝土结构连接
钢筋混凝土结构是指配有钢筋增强的混凝土制成的结构。承重的主要构件是用钢筋混凝土建造的。包括薄壳结构、大模板现浇结构及使用滑模、升板等建造的钢筋混凝土结构的建筑物。用钢筋和混凝土制成的一种结构。钢筋承受拉力, 混凝土承受压力。具有坚固、耐久、防火性能好、比钢结构节省钢材和成本低等优点。
2.6 混凝土预制构件湿法连接
湿法连接是在预制构件制作时边缘预留钢筋 (甩筋) , 安装时将这些甩筋
相互绑扎或焊接, 然后在构件的缝隙处灌注混凝土。其优点是结构整体性好, 刚度大, 连接的钢筋被混凝土包住, 不易锈蚀, 但需要一定的养护时间, 不能马上承受作用力。
3 钢结构连接的力与形
表现力和表达力是人类艺术创造中一个永恒的主题, 建筑构件作为力的承载体和传递体, 也是对力的一种美学显示。目前的建筑行业在大多数实现了钢铁结构材料的同时, 对于构件的设计艺术也有一定的追求。塑造力、表现力、表达力是钢结构建筑形态创作的重要手段。在利用对力的表达来进行钢结构建筑构件连接节点的形态塑造中, 有三种常用的手法:一是真实表现的手法;二是夸张表现的手法;三是形态作用结构体系的应用。这些形态塑造的手法在现代建筑中都有细节的体现。
4 结束语
钢材作为一种性能优越的现代材料, 在经过几个世纪的冶炼研究, 从一开始的单一匮乏的简单工具, 逐渐发展成现在精密多用的复杂工艺。近代来, 其冶炼技术的成熟, 资源储藏量大, 结构和加工性能好, 近二百多年以来, 在建筑上得到了广泛的应用。钢结构建筑整体性好, 抗震能力强, 对场地条件和气候环境的适应性强;建造上采用工厂预制和现场装配相结合的方法, 符合现代建筑工业化生产的要求。根据目前的行业发展来看, 钢结构在三大领域的发展是我国今后要努力的方向:海洋石油工程装备、钢结构住宅、钢结构桥梁等3个领域的发展应当引起国家有关主管部门的关注, 如果受到重视和政策鼓励, 完全可以实现产业倍增的目标。努力在钢结构建造方面进行突破, 在国际上创造领先的钢铁结构技术, 为我国的经济实力发展做出贡献。
摘要：钢材的历史很久远, 钢材构建链接构造技术在面对信息科技高速发展的现代社会意味着建筑本体的改革, 它必然引发建筑体系、构造细部、构造方式、建筑形态等的一系列变革。本文从各方面解析钢结构建筑构件技术。
关键词：钢结构,建筑构件,材料,形态连接
参考文献
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[4]鲁道夫·阿恩海姆.艺术与视知觉[M].北京:中国社会科学出版社, 1984.
关于钢结构连接方式优劣的探讨 篇10
1焊接连接
焊接连接有两种方式:对接焊缝以及角焊缝, 对接焊缝又可以分为对接正焊缝和对接斜焊缝, 角焊缝可以分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜角焊缝。焊缝连接的优点很多, 首先不需要再钢材上打孔钻眼, 既省工又不减损钢材截面, 使材料可以充分利用;其次, 任何形状的构件都可以直接相连, 不需要辅助零件, 构造简单;第三, 钢结构连接的密封性能好, 结构刚度大。但是, 焊缝连接的缺点也是客观存在的。首先, 施焊的高温作用形成焊缝附近的热影响区, 使钢材的金属组织和力学性能发生变化, 材质变脆;其次, 焊接残余应力使焊接结构发生脆性破坏的可能性增大, 残余变形使焊件尺寸和形状发生变化, 矫正费工;最后, 焊接对结构整体性不利的一面是, 局部裂缝一经发生便容易扩展到整体, 焊接结构低温冷脆问题比较突出。此外, 焊接过程的主要缺陷裂纹应当引起人们的重视, 共有三种裂纹形式:热裂纹, 冷裂纹以及钢板厚度方向的层间撕裂。众所周知, 钢结构成材的过程可以分为四个阶段, 冶炼、浇铸、轧制和热处理, 另外化学元素也是控制钢材性能的重要因素。O、S能够引起钢材热脆现象, 这也是引起钢材焊接过程中热裂纹的主要因素。N、P能够引起钢材冷脆的主要因素, 因此也是冷裂纹的主要诱因。总之热裂纹和冷裂纹产生的主要因素首先是由于施焊过程中的不均匀加热, 其次是因为有害化学元素的超标导致的, 解决两种裂纹最好的方式是施焊过程采用自动焊, 提前预热并加引弧板的方式, 控制有害化学元素含量, 适当加入有益元素, 焊接之后再进行热处理的措施解决。第三种裂纹是沿厚度方向的层间裂纹:钢材和木材一样并非是一种各向同性的材料, 沿纵向的性能要明显的优于横向的性能, 为了提高钢材的性能我们在轧制过程中采用多次辊軋的措施来减少各向异性性能, 这也是解决层间撕裂的最好方法。
2螺栓连接
螺栓连接可以分为普通螺栓和高强度螺栓, 普通螺栓分为3个质量等级:A级B级和C级, 强度有两个4.6级和4.8级。高强度螺栓可以分为摩擦型高强度螺栓和承压型高强度螺栓两类, 质量等级有10.9级和8.8级。螺栓连接的优点也很多, 第一, 连接可靠边, 在钢结构连接中很多地方焊接是很难实现的, 螺栓却可以解决这个困难;第二, 施工快捷, 螺栓连接不需要预热处理, 直接用扳手拧上即可, 减少了对钢材的损害;第三, 装拆方便, 螺栓连接受力可以分为四个阶段, 摩擦力传力阶段, 滑移阶段, 弹性阶段和弹塑性阶段。一般情况下螺栓使用都不会超过第三个阶段, 因此可以重复利用。但是, 螺栓连接的缺点也是不能忽视的。第一, 螺栓连接容易松动。在施加扭力的时候很难控制力度的大小, 一旦结构承受动力荷载时, 只要有缝隙的存在就会不断被扩大;其次, 制孔精度差, 螺栓的孔径d0要求比螺栓直径d大1mm-2mm左右, 但是在实际过程中很难控制这个质量, 而且经常会出现冲孔不均匀、冲出斜孔之类的现象, 给施工造成困难。螺栓连接的破坏形式有很多, 首先如果螺栓杆太细钢板太厚就会发生栓杆被剪断的现象;其次, 如果栓杆太粗而钢板太薄的话就会发生钢板被螺栓杆挤压而形成的孔壁承压破坏;第三, 如果所开的螺栓孔过多的话会造成钢板截面消弱过大而发生的净截面破坏。以上三种破坏形式无法通过构造措施来解决只能通过计算来保证。还有两种破坏是可以通过构造措施来解决的, 一种是螺栓距离端部较近而发生的端部冲剪破坏, 解决方式是限制端距≥2d0, 另一种是由于螺栓杆过长叠板太厚而发生的栓杆弯曲破坏, 解决方式是限制栓杆长度≤5d。
3铆钉连接
铆钉连接是利用铆钉将两个或两个以上的元件 (一般为板材或型材) 连接在一起的一种不可拆卸的静联接, 简称铆接。铆钉有空心和实心两大类。最常用的铆接是实心铆钉连接。实心铆钉连接多用于受力大的金属零件的连接, 空心铆钉连接用于受力较小的薄板或非金属零件的连接。铆接在建筑、锅炉制造、铁路桥梁和金属结构等方面均有应用, 铆接的主要特点是:工艺简单、联接可靠、抗振、耐冲击。与焊接相比, 其缺点是:结构笨重, 铆孔削弱被联接件截面强度15%~20%, 操作劳动强度大、噪声大, 生产效率低。因此, 铆接经济性和紧密性不如焊接。相对螺栓连接而言, 铆接更为经济、重量更轻, 适于自动化安装。但铆接不适于太厚的材料、材料越厚铆接越困难, 一般的铆接不适于承受拉力, 因为其抗拉强度比抗剪强度低得多。目前由于焊接和高强度螺栓连接的发展, 铆接的应用已经逐渐减少, 只是在承受严重冲击或剧烈振动载荷的金属结构上或焊接技术受到限制的场合, 如起重机机架、铁路桥梁、造船、重型机械等方面尚有应用, 但航空和航天飞行器现仍以铆接为主。此外, 在非金属元件的连接 (如制动闸中的摩擦片与闸靴或闸带的联接) 中有时也采用铆钉连接。
4其他连接方式
钢结构连接的其他紧固件还有自攻钉、拉铆钉和射钉。自攻钉是在金属或非金属材料之预钻孔中自行攻钻出所配合阴螺纹的一种有螺纹扣件。具有高拉力, 单件, 单边组合特色。由于其自行成型或攻出其配合螺纹, 因此在组合上具有高防松能力, 且可以装卸。在小形螺丝上其尺寸, 螺纹型式, 头型, 攻钻性能在工程用途上几乎无可限量。拉铆钉, 又称哈克拉铆钉或哈克 (HUCK) 螺栓, 是利用虎克定律原理, 用拉铆钉专用设备将2个结合件夹紧后, 将套入的环状套环 (或称不带螺纹的螺帽) 的金属挤压并充满到带有多条环状沟槽的栓柱的凹槽内, 使套环与栓柱严密结合的一种紧固方式。因此, 每根拉铆钉紧固件在组装完成后具有相同的紧固力及永不松动等特性。拉铆钉紧固件可用于一般需栓接或铆接的部件。由于拉铆钉紧固件所产生的高紧固力、永不松动及高抗剪力等性能, 拉铆钉紧固件也经常被用来取代焊接。射钉是利用发射空包弹产生的火药燃气作为动力, 打入建筑体的钉子。通常由一颗钉子加齿圈或塑料定位卡圈构成。齿圈和塑料定位卡圈的作用是把钉身固定在射钉枪枪管中, 以免击发时侧偏。
5结束语
钢结构的连接方式是多种多样的, 每一种连接方式都有自己的优点也有缺点, 现阶段钢结构连接的最主要的两种方式仍然是焊接连接和螺栓连接, 而且这两者在世界人民的心中已经有了深刻的认识。因此, 首先我们要做到的是对钢结构连接方式的更深层次的理解;再次, 我们要熟悉这两种连接方式的优点和缺点, 在合适的地方采用合适的连接方式, 尽量避免各自的短处;最后, 我们要努力开发研究新的连接方式, 世界是在不断进步的, 我们要积极思考, 争取用最简单的方法解决最困难的事情。
摘要：众所周知, 钢结构是由钢板、型钢通过必要的连接组成构件, 各构件再通过一定的安装连接而形成整体结构。连接部分应有足够的承载力、刚度及延性。被连接构件应保持正确的相互位置, 以满足传力和使用要求。连接的加工和安装比较复杂、费工, 因此选定合适的连接方案和节点构造是钢结构设计的重要环节, 连接性能的优劣直接会影响到结构的安全和寿命。因此, 对于钢结构连接的研究成为重中之重[1]。
关键词：连接,承载力,刚度
参考文献
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连接结构 篇11
连接法兰是某机动平台的重要传动构件,其主要作用是通过输出将扭矩传递给与之连接的轮盘,使连接法兰在满足力学要求的同时减少材料的应用,是满足该平台轻量化设计要求的重要问题。
本文通过建立连接法兰拓扑优化有限元模型,得到了扭矩作用下的法兰最优材料分布结构,验证了法兰拓扑优化数学模型的正确性以及将拓扑优化引入法兰结构设计的可行性,为目标的轻量化设计提供了可行性参考,具有重要的现实意义。
1 结构优化设计基本理论
优化设计方法指在一定的要求和条件下,建立包括设计变量、目标函数和约束条件3个基本要素的优化问题数学模型,通过反复迭代数学模型中设计变量的灵敏度来确定每个变量,然后得到设计变量的新坐标,并对模型进行修改和计算,最后满足灵敏度要求[1]。由于当设计变量较多时,伴随变量法可通过计算伴随变量避免对隐式变量求导,显著提高分析效率,所以灵敏度的设计采用伴随变量法[2]。
将法兰结构的有限元方程[K]u=F的两边同时对设计变量xi求导得:
其中:[K]为刚度矩阵;u为单元节点位移矢量;F为单元节点载荷量。
因F不随xi的改变而改变,将式(1)简化为:
将结构响应hj=QjTu的两边对xi求导有:
将式(2)代入式(3),再令QjT[K]-1=ET,得到结构响应灵敏度:
其中:E为伴随位移;Qj为伴随载荷。
2 法兰原始结构有限元分析
2.1 法兰模型的简化
在整个装配关系中,机动平台输出轴通过键槽将扭矩传递给法兰,法兰将扭矩传递给轮辐。根据设计要求,可将连接法兰分为可设计区域和非可设计区域。本文遵循抓住主要问题、忽略次要矛盾的原则,将对结构受力影响不大的微小结构进行简化,去掉运动体上影响网格质量的倒角等细小结构。连接法兰结构简化前、后的模型如图1所示。
2.2 建立法兰有限元模型
将简化后的法兰模型导入到有限元前处理软件HyperMesh中,加载ANSYS分析模块,建立如图2所示的有限元计算模型。根据法兰承力与装配关系,简化后的法兰中心(箭头处)承受一个大小为800N·m、方向垂直于法兰平面的扭矩作用,其边缘处6个环形均布的螺栓固定部分需在螺栓孔表面上的节点施加完全固定约束。忽略温度的影响,材料系数可取为常数,此处定义分析件的材料为各向同性的线弹性材料45钢,其弹性模量为2.05×105MPa、屈服强度σs=355MPa、泊松比μ=0.3、密度ρ=7 890kg·m3。同时,选用8 节点的Solid185,共生成154 450 个单元、182 184个节点。
2.3 有限元计算结果
根据设计要求,取法兰安全系数ns=2,翻转臂的许用应力[σ]=σs/ns=355/2=177.5 MPa。
将有限元模型导入到ANSYS中,计算得到如图3所示的法兰Von Mises应力云图。可见,施加扭矩后,法兰盘可设计区域的应力大小分布不均,由内向外逐渐减小,外围边缘应力均较小,最大应力107.321 MPa在中间法兰颈与可设计区域的连接处,小于许用应力177.5 MPa。通过校核可见,法兰结构满足静强度要求,是满足安全条件的。
3 基于SIMP理论的法兰拓扑优化设计
拓扑优化是在给定的设计区域内根据已知的约束条件,结合有限元分析和优化方法解决材料分布问题以达到设计要求的一种结构设计方法。本研究采用SIMP(Solid Isotropic Microstructures with Penalization)法[4],设置优化三要素如下:
(1)设计变量:设计变量为可设计区域中每个单元的相对密度(和相应的单元刚度)。该“单元密度”同材料参数有关,在0~1之间连续取值,优化求解后单元密度为1 或靠近1 表示该单元位置处的材料很重要,需要保留;单元密度为0或靠近0表示该单元处的材料不重要,可以去除。
(2)约束条件:取单元最大应力上限为140 MPa,即优化后单元最大应力不得超过140MPa;同时,考虑到法兰加工过程的可行性与方便性,故设定结构任一部分的尺寸或厚度要大于10mm。
(3)目标函数:体积最小化,即重量最轻。
3.1 建立拓扑优化模型
采用与分析法兰静强度时相同的有限元模型,在HyperMesh中加载OptiStruct分析模块。图4 为法兰拓扑优化模型,包括可设计区域①(法兰中间过渡区域)和非可设计区域②(外围)。
3.2 拓扑优化计算结果
优化算法经过数次迭代计算,得到如图5所示的法兰单元的最优伪密度。其中,区域①的单元伪密度为0.001;区域②的单元伪密度为1;区域③的单元伪密度在0.3~0.7之间。可见,绝大多数单元的伪密度都在0.001或1附近。在剔除伪密度值小于0.8的单元后,得到在质量和刚度优化配置后的法兰结构的最优材料布局结构,如图6所示。
从拓扑优化结果发现设计区域的材料主要集中于内孔向6 个螺栓孔辐射的路径上,整体呈“花瓣”状。这种材料分布符合力学传递路径,对传递扭矩起到较大的贡献,符合实际情况。
3.3 模型重新设计与静力分析
在拓扑优化结果的基础上,按照所得材料分布的形式与厚度,充分考虑结构的光顺性和工艺性,重新设计法兰中间的可优化区域得到如图7所示的新法兰结构。将优化后的法兰采用与优化前的法兰有限元模型相同的材料参数与单元类型,再次导入到ANSYS中计算相同载荷与约束条件下的最大应力,进行静强度分析,有限元计算模型如图8所示。
图9为拓扑优化后的法兰应力云图。从计算结果中可以看出重新设计后的法兰在扭矩的作用下,中间大部分可设计区域应力分布均匀,只有很小的一部分应力集中区域,主要分布在“花瓣形”结构尺寸突变处,符合实际情况;最大应力值为136.33 MPa,小于许用应力177.5MPa,可见优化后的法兰满足静强度要求。
3.4 拓扑优化前后法兰强度对比分析
通过以上建立的法兰拓扑优化前、后有限元分析模型和强度计算,同时根据结构体积大小计算优化前、后法兰结构的质量,结果对比如表1所示。
由表1可见,优化后的法兰质量为6.63kg,比原结构减少了近2.57kg,减重百分比达18.9%。该平台中有若干个此类零件,则整个平台减重的效果相当可观。
4 结论
(1)将拓扑优化技术引入到连接法兰结构的优化设计中,建立了连接法兰的拓扑优化模型,实现了扭矩载荷作用下法兰的拓扑优化设计。
(2)分析了相同载荷与约束条件下,法兰优化前、后的集中应力分布情况和最大应力值。证明了优化后的法兰结构不仅能保证静强度、符合设计要求,而且材料分布更加合理、材料利用率更高,减轻了法兰结构质量,达到了轻量化的目的。
(3)通过对比分析拓扑优化前、后法兰的静强度和重量等结果,证明法兰经拓扑优化后取得了良好的减重效果,说明了将拓扑优化技术引入连接法兰结构优化及轻量化设计的可行性,所得连接法兰拓扑形貌为后续详细的结构设计提供了有效参考。
摘要：基于OptiStruct拓扑优化的理论和方法,建立了某机动平台的重要传动构件连接法兰结构简化后的拓扑优化有限元模型,得到了扭矩作用下的法兰最优材料分布结构形式,并对优化前后的法兰进行了静强度计算和对比分析。研究结果表明,优化后的法兰结构质量较优化前减轻了近20%,且结构强度满足设计要求;同时,验证了法兰拓扑优化数学模型的正确性以及将拓扑优化引入法兰结构设计这一思想的可行性,为法兰以及机动平台的轻量化设计提供了可行性参考。
关键词：连接法兰,拓扑优化,有限元,结构优化,轻量化
参考文献
[1]卢险峰.优化设计导引[M].北京:化学工业出版社,2010.