具有負載傳遞能力的伸縮連接組件的製作方法
2023-05-08 02:15:46
專利名稱：具有負載傳遞能力的伸縮連接組件的製作方法
技術領域：
本發明的背景1. 本發明的範圍本發明一般涉及一種改進的、最好是預製的伸縮連接組件，它適合於連接混凝土路面板，以便適當地傳遞垂直剪切力，從而在使用普通的傳力杆式伸縮接頭時，將通常路面板承受的應力破裂降到最低程度。特別是，本發明與一種伸縮連接組件有關，它包括多對細長的、斜向的負載傳遞杆，它們構成一X狀的結構，並橋接一在混凝土板之間的伸縮接頭，而各負載傳遞杆的端部被埋入板內；斜杆在接頭的區域內最好是不連接的，從而可提供一種桁架，它使埋入各板內的杆端部互相連接，以便安全地適應路面板的膨脹和收縮，並保證在其間傳遞適當的負載。
2. 現有技術的介紹在混凝土路面結構裡，通常的做法是在間隔的位置上放置伸縮連接組件，這樣完工後的路面在變化的溫度和環境條件下能適當地膨脹和收縮。通常，這種伸縮連接組件利用許多橫向間隔一定距離的傳力杆件，它包括一埋入一混凝土板的管狀桶，還帶有一與管狀桶對齊並埋入相鄰板的傳力杆。在這種方式裡，當相鄰的板膨脹和收縮時，導致傳力杆控制板的運動。美國專利第2,500,262號裡描述了一種示範的傳力杆式的伸縮連接裝置。
在確定使用這種已有的伸縮接頭時，存在許多非常嚴重的問題。首先，安裝這些傳力杆組件是相當費錢和費力的。特別是，它首先需要將各傳力杆件跨越路基，以側向間隔的關係放置在需要的連接位置上，接著將混凝土灌注在該傳力杆件上。當混凝土凝結後，必須在傳力杆組件區域處的混凝土內切割側向延伸的槽，以便在各混凝土板之間提供必需的連接。在這種工藝裡，很容易使一個或幾個傳力杆件未被對準，此外，此後的伸縮槽必須加以非常小心的切割，以免相對於傳力杆件的位置加工出不合式的槽。
此外，經驗告訴我們，已有的傳力杆式伸縮連接組件容易在混凝土板裡產生應力裂紋，特別是直接在傳力杆和桶的下面的區域內。這是由於混凝土板承受的垂直剪切負載只是通過傳力杆組件不完善地傳遞而造成的，結果，這些已有的伸縮接頭產生了值得注意的早期損壞率。
美國專利第2,509,663描述了一種由傾斜取向的埋入杆製成的負載傳遞裝置，這些杆在它們的中點處被絞合在一起，從而形成一接頭。這種結構需要這些杆同時承受拉伸和壓縮負載，而這可能使混凝土路面損壞。
因此，針對現有技術不夠滿意的地方，提供一種改進的伸縮連接組件，它能大批地預製以降低成本，同時可方便地安裝到位，而且可降低或限制在周圍的混凝土板裡的大的剪切應力，由此使負載產生的路面損壞降到最低限度。
本發明的簡介本發明克服了上述的問題，並提供一種顯著改進的、用於一對相鄰混凝土板的伸縮連接組件，它具有在相鄰混凝土板之間延伸的伸縮接頭或槽。總的說來，本發明的伸縮連接組件包括若干間隔的杆件，它們各有一對細長的、具有一對相反端的負載傳遞杆，且這些杆相對於伸縮接頭是傾斜取向的，它們互相配合成橋接該接頭的X狀杆。負載傳遞杆在整個斜向延伸長度上是不相連的，這樣該杆可分別承受拉伸和壓縮負載。
較佳的是，各杆的兩相反端被埋入各個混凝土板裡，並提供一種使在各混凝土板裡的、並在遠離該伸縮接頭的區域裡的埋入杆端部互相連接的裝置，從而使垂直剪切力得以在混凝土板之間進行適當的傳遞。此外，較佳地是在杆上復蓋一彈性套管，以減少應力和分離在杆和混凝土板之間的應力。較佳的彈性套管包括許多周向間隔的、延伸的、且與相關的負載傳遞杆接合的內肋。這種復蓋可用來減少使周圍的混凝土逐漸損壞的局部應力。
如已指出的，負載傳遞杆的埋入最好在各混凝土板裡被連接起來。它通過埋入各混凝土板裡的、靠近相應的杆件的弧形的、一般是U型的杆段的裝置得以很好地實現的，該裝置有一對間隔的支段和一彎曲段。這些支段被有效地連接(如通過焊接或一體成形)在位於各混凝土板裡的負載傳遞杆的端部上。此外，在該實施例裡，利用一垂直延伸的系杆使在各混凝土板裡的支段互連，而該系杆被定位於靠近負載傳遞杆的端部。
在另一實施例裡，連接裝置包括一對細長的、基本水平延伸的支段，它們靠近各杆件的相對端，並被埋入混凝土板裡。這些支段再通過焊接或類似的手段分別有效地連接在對應的、埋入混凝土板裡的負載傳遞杆的端部上。一根系杆在遠離伸縮接頭的這些支段的端部之間延伸，並與這些支段互相連接。在更佳的形式裡，提供一對間隔一定距離的系杆，它們均垂直定向，其中一根系杆緊靠負載傳遞杆的端部，而另一系杆與其隔開。
本發明的較佳的連接組件還包括一直立的、板狀的隔離件，它在灌注混凝土前就被置於伸縮連接組件之上，以便免去此後鋸切混凝土的需要。隔離件可被用作消除水分的裝置，並最好是呈板狀的、且由垂直纖維製成的。垂直纖維之間的間隔形成毛細管，從而可有效地排除水分，使其不會在伸縮接頭處聚集。在另一實施例裡，使用一特製的隔離件，在它的相對表面上有許多延伸的、垂直地交替偏置的凹槽。這種隔離件也能有效地排除聚集在伸縮接頭內或其下的水分。
在更佳的形式裡，本發明的伸縮組件是一種預製的籠狀組件，它可由工廠製造並可在工地安裝。這種結構包括若干X狀的負載傳遞杆件，並帶有前述的橫向突出的支段和最未端的連接裝置。還提供一種將各負載傳遞杆以橫向間隔一定距離、並基本上是互相平行的關係固定的裝置，它包括若干固定在各支段上的橫向延伸的連杆。這些橫向連杆用來分配斜向負載傳遞杆和周圍的混凝土之間的支承應力。
用於預製組件的隔離板呈橫向延伸的、直立的、帶直槽的隔離件形狀，它被安裝在各X狀負載傳遞杆件的交叉點上。隔離板由固定在負載傳遞杆件上的彈簧狀金屬絲網夾持定位。
所述的預製組件可方便地橫置在預先加工過的路基上。然後用通常的方式灌注混凝土，使伸縮連接組件完全被埋入混凝土裡，而隔離板的最高邊緣位於灌注的混凝土的上部水平面。可以理解，所提供的直立隔離板形成了道路施工所需要的伸縮槽，而完全不需要此後用對灌注的混凝土進行切割。同時，埋入的組件既能適應通常的膨脹和收縮，又能有效地傳遞負載。
附圖的簡要說明
圖1是本發明的較佳的、預製的伸縮連接組件的立體圖，其中彈性負載傳遞杆套管和彈簧狀的金屬絲網間隔支承已被卸下，以便較好地表示該組件的結構；圖2是圖1的已被埋入混凝土中的組件的縱剖視圖；圖3是類似於圖2的縱剖視圖，但表示一替換的伸縮連接組件的實施例；圖4是表示圖3中的組件的局部平面圖；以及圖5是沿著圖2中的5—5線的剖視圖，它顯示了較佳的、覆蓋著組件的負載傳遞杆的彈性套管。
較佳的實施例的詳細說明現在參看附圖，特別是圖1和2，它描繪了一伸縮連接組件10。一般地說，組件10包括若干橫向間隔一定距離的負載傳遞杆件12，與各杆件12相連的末端連接裝置14，用來連接和穩定杆件12的橫向連杆組件16，以及由各杆件支承的一垂直的、在中間的、橫向延伸的隔離件18。
具體說來，各杆件12(參看圖2)包括一對細長的、斜向的負載傳遞杆20和22，它們經組合後形成X狀。杆20和22各具有相對端24、26和28、30。可以看到，杆20的一端24直接位於杆22的一端30的上方，而杆22的一端28同樣地位於杆20一端26的上方。這些杆20和22最好是由每平方吋60千磅(60ksi)的鋼材製成。
杆20和22沿其長度上各覆蓋有一彈性套管32。最好參看圖5，較佳的套管32包括一外層環狀體34，以及若干向內延伸的、在圓周上間隔一定距離的、與金屬杆20或22接合的肋36。較佳的是，環狀體34的厚度約1/8吋，而肋36具有約1/32吋的厚度和約1/16吋的高度。肋36之間的間隔最好約1/3吋。肋36之間的間隔允許套管32在感應負載下的側向變形。套管32可以製成有肋的或者無肋的，這取決於材料的性質；可以在較大範圍內選用材料，如橡膠、聚乙烯、或矽橡膠。套管32用來分隔杆件與周圍的混凝土，以減少應力。
連接裝置14被設計成與形成各杆件12的杆的垂直間隔端互相連接。再參看圖2，可看到連接裝置14由一弧形的、與各X狀的杆件12的各端連成一體的鋼條形成，它具有上和下支段38和40，以及一弧形的彎曲段42。遠離彎曲段42的支段38和40的各端分別與負載傳遞杆各端連接，即如圖2所示，右側組件的支段38與端24連接，而支段40與端30連接；同樣地，左側組件的支段38與端28連接，而支段40則與端26連接。在這方面較佳的是，U型連接裝置14可焊接在負載傳遞杆的各端上，或可與負載傳遞杆件整體地形成。這種形狀可用來減少組件與周圍的混凝土之間的接觸應力，從而使混凝土的破裂和損壞減到最低程度。
另外，在較佳的形式中，一對垂直延伸系杆44和46被安裝在互相垂直的杆的各端24、30和28、26附近。系杆各有一對相對取向的、U型連接端48、50和52、54。這些連接端布置在支段38和40與有關負載傳遞杆的各端之間的接合點附近，它們是被焊接在這些點上的。這些垂直系杆被設計成承受大約一半的、完工的車行道承受的車輪負載。
連杆組件16包括總共8根細長的、橫向延伸的連杆56，58，60，62，64，66，68和70。如圖所示，連杆56—62與右側U型連接裝置14連接，而連杆64—70連接與左側U型連接裝置14連接，在所有情況下，一對連杆被焊接在各連接裝置14的上支段38上，而對應的下面一對連杆被焊接在支段40上。連杆56—70將支承應力分配在杆件12和完工後的車行道的周圍混凝土之間。
隔離件8由一塊延伸的板狀件72構成，它有一系列從它的下邊緣向上延伸的直槽74。直槽74以互相間隔的方式設置，並被定向以接納和被裝配在各X狀負載傳遞杆件12的交叉部分上。在這種方式裡，板狀件72可以基本垂直的取向安裝，並沿著組件10的整個寬度橫向延伸，如圖2所示，一組彈簧狀的金屬絲網護圈76被焊接在上支段38上，並被設計成在組件10周圍灌注混凝土和混凝土凝固期間使板狀件72保持垂直的取向。
較佳的隔離件18包括若干沿著其相對表面垂直地交替偏置的凹槽78、80、82和84，且各凹槽沿著它的下邊緣有一傾斜端面86。隔離件可由內置絲網的塑料薄片構成，該絲網由合成樹脂或天然纖維製成，它們已經過處理以防腐爛，且該纖維是垂直和水平定向的。垂直纖維具有將水份引向表面的通道，而水平纖維使垂直纖維保持定位。可利用合成樹脂薄板來加強薄片。去除水分是通過毛細管作用而引起的，隨著水分向上運動，從而在表面上被蒸發。
組件10最好在一中心工廠裡製造，以便具有圖1所示的形狀，可以理解套管32將安裝在負載傳遞杆20和22上，而彈簧護圈76也將安裝到位；為了表示清楚，這些零件未在圖1上畫出。不管怎樣，完工的、預製的組件10可用卡車裝運到施工道路現場，並被橫置在預先準備好的路基88上(見圖2)。當然，最好將許多預製的組件放置在間隔的位置上，而該位置對應於需要放置伸縮接頭的區域。不管怎樣，在這樣初步安裝後，就只需以通常的方式將混凝土90灌注在伸縮連接組件和路基88上。一旦混凝土10凝固後，就有關提供傳遞負載的伸縮連接組件而言，該道路已基本完工。也就是說，提供由伸縮連接組件支承的、可以互換的隔離件18或18a確定了相鄰混凝土板(例如，圖2所示的板90a和90b)之間的必需的連接，而不再需要此後的鋸切。
使用時，垂直取向的系杆44和46傳遞垂直的車輪荷載，由此產生分別輸入X狀杆件的拉力和壓縮力。這樣，杆件起桁架的作用，並傳遞負載，而不在周圍的混凝土裡產生過度的拉應力。
圖3-4表示一按照本發明的替換的實施例，它使用一個伸縮連接組件10a。組件10a的大部分類似於組件10，除了最末端的連接裝置14a略有不同，並使用了一改進的隔離件18a。由於這些實施例的相似性，相同的標號被用來表示所有相同的部件，並且下面的討論將限於組件10a在材料方面與組件10不同的地方。
具體地說來，可以看到圖3實施例中的連接裝置14a以細長的、水平延伸的支段38a和40a形狀出現，它們分別固定在負載傳遞杆的各端24、30和28、26上。當然，這些支段38a和40a對應於前述的支段38和40，並同樣地固定在負載傳遞杆的各端。然而，遠離負載傳遞杆的支段38a和40a的各端與垂直系杆92互連，它們類似於系杆44和46。如圖所示，系杆92可同樣地焊接在支段38a和40a的各端上。
隔離件18a呈直立件93的形狀，它帶有一組與前述的槽74的形狀和用途相同的槽96。然後，直立件93呈現出基本平坦的側表面，並包括若干間隔的垂直纖維，以在其間形成毛細管，每一垂直纖維具有較佳的、約0.03mm的半徑。
組件10a的使用嚴格地按照與組件10相同的方式進行。然而，組件10a在降低製造費用和形成較穩定的形狀方面是較佳的。
雖然在較佳的形式中，支段38和40是與彎曲段42或系杆92互連的，但本發明並不受其限制。如果這些支段是足夠長的，就不需要機械互連。然而，較短的、互連的支段是較佳的，因為它易於製造。
權利要求
1. 一種伸縮連接組件，用於一對相鄰的混凝土板，並具有一在它們之間的、延伸的伸縮接頭，所述組件包括一對細長的負載傳遞杆，各有一對相對端，所述的杆相對於所述接頭是傾斜取向的、並互相配合呈跨接所述接頭的X狀杆，而各杆的相對端被埋入各自的混凝土板裡，所述負載傳遞杆在所述接頭的區域內互相不連接。
2. 如權利要求1所述的連接組件，其特徵在於，還包括在遠離所述接頭的區域內將埋入各混凝土板的杆的端部互相連接的裝置。
3. 如權利要求2所述的連接組件，其特徵在於，所述連接裝置包括一被埋入各混凝土板內的弧形的、呈U型的杆段，它具有一對間隔的支段和一彎曲段，所述支段與埋入混凝土板的杆的端部連接。
4. 如權利要求3所述的連接組件，其特徵在於，還包括一系杆，它與靠近所述負載傳遞杆端部的所述支段互連。
5. 如權利要求1所述的連接組件，其特徵在於，還包括一隔離件，它被置於所述接頭內，並與所述混凝土板以及在槽內的所述負載傳遞杆部分接合。
6. 如權利要求5所述的連接組件，其特徵在於，所述隔離件沿著它的相對表面具有諸垂直地交替偏置的凹槽。
7. 如權利要求1所述的連接組件，其特徵在於，還包括彈性套管，它復蓋在所述各傾斜取向的負載傳遞杆上。
8. 如權利要求7所述的連接組件，其特徵在於，所述各套管包括諸周向間隔一定距離的、延伸的、與相關的負載傳遞杆接合的內肋。
9. 如權利要求1所述的連接組件，其特徵在於，所述負載傳遞杆在它的傾斜取向的全部長度上互不連接。
10. 如權利要求2所述的連接組件，其特徵在於，所述連接裝置包括一對細長的、埋入各混凝土板裡的、分別與對應的杆的端部連接的支段，以及在所述支段之間延伸並與它們連接的系杆。
11. 如權利要求10所述的連接組件，其特徵在於，所述支段是水平的，並相對於所述接頭是橫向取向的，一對間隔一定距離的系杆與所述支段互連。
12. 一種預製的伸縮連接組件，可置於一地基上，並可埋入和橋接此後在該地基上形成的、相鄰的混凝土板，所述組件包括諸負載傳遞杆件，各包括一對傾斜取向的、互相配合而成一X狀的負載傳遞杆，而各負載傳遞杆具有一對相對端；連接所述負載傳遞杆的端部的裝置，它包括與所述各負載傳遞杆的各端連接的支段，以及與所述杆的端部隔開的，且與相鄰支段互連的構件；以及使所述杆件以橫向間隔一定距離和互相平行的關係固定的裝置，它包括諸橫向延伸的、固定在所述支段上的連杆。
13. 如權利要求12所述的預製的伸縮連接組件，其特徵在於，所述各連接裝置包括一與遠離所述負載傳遞杆的所述支段端部互連的弧形彎曲段，所述構件包括位於所述負載傳遞杆各端附近的系杆。
14. 如權利要求12所述的預製的伸縮連接組件，其特徵在於，還包括一細長的隔離件，它在所述杆件之間延伸並與它們接合，且位於所述各混凝土板之間。
15. 如權利要求14所述的預製的伸縮連接組件，其特徵在於，所述隔離件沿著其相對表面具有垂直地交替偏置的諸凹槽。
16. 如權利要求12所述的預製的伸縮連接組件，其特徵在於，還包括一彈性套管，它復蓋在各傾斜取向的負載傳遞杆上。
17. 如權利要求16所述的預製的伸縮連接組件，其特徵在於，所述各套管包括諸圍向隔開一定距離的、細長的、與相關的負載傳遞杆接合的內肋。
18. 如權利要求12所述的預製的伸縮連接組件，其特徵在於，所述負載傳遞杆沿著它們傾斜取向的全長上互不相連。
19. 一種預製的伸縮連接組件，可置於一地基上，並可埋入和橋接此後在該地基上形成的、相鄰的混凝土板，所述組件包括諸負載傳遞杆件，各包括一對傾斜取向的、互相配合而成一X狀的負載傳遞杆，而各負載傳遞杆具有一對相對端；所述諸對傾斜取向的杆在它們所述相對的端部之間的全部長度上互不相連；以及使所述杆件以橫向間隔一定距離和互相平行關係固定的裝置，它包括諸橫向延伸的、固定在所述杆件附近的連杆。
20. 如權利要求19所述的組件，其特徵在於，還包括與所述各負載傳遞杆的各端部連接的支段，以及與所述杆的端部隔開的、且與相鄰支段互連的構件。
全文摘要
提供一種預製的道路伸縮接頭/負載傳遞組件(10)，它適應相鄰的混凝土板(90a，90b)之間的正常的膨脹和收縮，並傳遞垂直的剪切負載，以及將周圍的混凝土(90)的應力裂紋減至最低程度。組件(10)包括若干X狀杆件(12)，而它包括交叉的、不互連的金屬杆(20，22)，它們的各個端(24，30，28，26)被埋入毗鄰的混凝土板(90a，90b)裡。杆的各端(24，30，28，26)通過利用各個U形連接裝置(14)被連接在對應的板(90a，90b)內，各裝置(14)具有間隔的支段(38，40)和一彎曲段(42)，以及一垂直的杆(44)。各個杆件(12)由橫向延伸的連杆(56-70)連在一起，一中心隔離件(18)由杆件(12)和附加的彈簧支承(76)支承，它在組件(10)的整個寬度上延伸。使用時，該籠狀的組件(10)被橫置在一預製的路基(88)上，並將混凝土灌注在該組件(10)上。隔離件(18)產生所需的連接，而不再需要此後的對混凝土(90)的鋸割工序。
文檔編號E01C11/10GK1117303SQ94191093
公開日1996年2月21日 申請日期1994年1月28日 優先權日1993年2月4日
發明者胡擴況, 菲利普·G·柯馬薩, 斯圖爾特·E·斯沃茨, 馬斯塔卡·霍桑 申請人:堪薩斯州立大學研究基金會