专利名称：一种嵌套齿面胀管型膨胀锚栓的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种胀管型膨胀锚栓，尤其涉及一种在建筑工程中用作钢型材与混凝 土结构之间的受力连接件的嵌套齿面胀管型高强度膨胀锚固螺栓。
背景技术：
机械式锚栓又称为膨胀锚栓，用途广、用量大，作为连接件或紧固件在建筑工程中 已有多年应用历史，其通用与专用系列产品分别有多种规格的标准件与非标准件，产品随 其材质、构造、锚固原理不同又分为多种型号。如授权公告号为CN2512933Y的中国实用新 型专利，就公开了一种双锥面建筑锚栓，如图1至图4所示，该锚栓由栓杆101或201、螺母 102、垫圈103和膨胀管104组成，栓杆前部设置标准螺纹105，前端部安装螺母102及垫圈 103，栓杆后部为两个长度、直径均相等的圆柱段106，此处直径较小，分别外套一个膨胀管 104，圆柱段106朝向埋入端的一端连接有圆锥体107，在锚栓的安装预紧和正常使用过程 中，当锚栓受拉发生位移时，这两个圆锥体107可增大膨胀管104外径，增加膨胀管104与 锚孔壁之间的挤压作用，使锚栓增加锚固力。膨胀管104管壁被开缝等分为至少三个齿瓣， 其中一条为通长开缝。上述栓杆上有环状凸棱108。上述栓杆的前部标准螺纹段可以外套 钢套管209。上述膨胀管104的外周面设有螺纹状齿槽。该双锥面建筑锚栓综合性能好，性 价比高，深受市场欢迎。发明人在实现本发明实施例的过程中，发现现有技术至少存在如下问题由于环 状凸棱的存在，上述锚栓的膨胀管必须先经高温加热，再用专用模具才能逐一套装于栓杆 上，其热装工艺较复杂，操作过程不容易控制，锚栓生产效率因此难以提高。此外，膨胀管在 热装时还易发生损坏，对产品外观质量也有不利影响。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，使 其在各项力学性能不低于现有锚栓相应值的前提下，膨胀管与钢套管部件可简单套装于栓 杆上，以代替原热装工艺。为解决上述技术问题，本发明提供一种嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，包括栓杆、膨胀 管、钢套管、螺母和垫圈，其中所述栓杆包括两两锥顶相连的第一圆锥体、第二圆锥体和第三圆锥体、第四圆锥 体，所述第一圆锥体设在所述栓杆的埋入端且锥底朝向所述埋入端，所述第二圆锥体与所 述第一圆锥体连接形成第一环形凹槽，所述第三圆锥体与所述第四圆锥体连接形成第二环 形凹槽，所述栓杆的外露端设置螺纹，所述第一圆锥体的锥底直径大于所述栓杆的柱状部 分的外径，所述第二圆锥体、第三圆锥体、第四圆锥体的锥底直径及所述螺纹部分的外径均 等于所述栓杆的柱状部分的外径；所述膨胀管朝向所述栓杆埋入端的一端为带有“十”字形开缝的螺纹状齿面段，所 述“十”字形开缝长度大于所述螺纹状齿面段长度，所述膨胀管的螺纹状齿面段套设在所述第一环形凹槽上，所述螺纹状齿面段的内表面与所述栓杆的第一环形凹槽的外表面相匹 配，所述膨胀管朝向所述栓杆外露端的外表面为圆锥面，内表面为圆柱面，所述圆柱面的内 径大于所述栓杆的柱状部分的外径，所述膨胀管的任意部分的外径均小于或等于所述栓杆 的第一圆锥体的锥底直径；所述钢套管朝向所述栓杆埋入端的一端为带有“十”字形开缝的螺纹状齿面段，所 述“十”字形开缝长度大于所述螺纹状齿面段长度，所述钢套管套设在所述栓杆的螺纹上， 所述钢套管的螺纹状齿面段套设在所述第二环形凹槽上，所述螺纹状齿面段的内表面与所 述栓杆的第二环形凹槽的外表面相匹配，且所述膨胀管的圆锥面的外端部分嵌入所述钢套 管的螺纹状齿面段内，所述钢套管的任意部分的外径均小于或等于所述栓杆的第一圆锥体 的锥底直径；所述螺母和垫圈套设于所述钢套管外的所述栓杆的螺纹上。本发明实施例至少具有以下有益效果1、通过去掉栓杆上的环状凸棱，使得膨胀管和钢套管可以不经加热直接套装于栓 杆，完成产品的装配；2、有良好后续膨胀功能；3、栓杆在使用高强度钢材加工时有较高的颈缩拔断率；4、兼有摩擦与扩孔两型膨胀锚栓的锚固机理；5、较高的抗拉拔、抗剪切承载力；6、较小的拔出位移与锚固力衰减；7、安装预紧后不可拆卸重复使用。
图1为现有技术的一种双锥面建筑锚栓的装配示意图；图2为图1所示的锚栓的膨胀管被剖开以示出膨胀管与栓杆的位置及结构关系的 示意图；图3为现有技术的另一种双锥面建筑锚栓的装配示意图；图4为图3所示的锚栓的膨胀管和钢套管被剖开以示出膨胀管、钢套管及栓杆之 间的位置及结构关系的示意图；图5为本发明实施例一的嵌套齿面胀管型膨胀锚栓的装配示意图；图6为图5所示的锚栓的膨胀管和钢套管被剖开以示出膨胀管、钢套管及栓杆之 间的位置及结构关系的示意图；图7为图5所示的锚栓的栓杆的示意图；图8为图5所示的锚栓中的膨胀管的示意图；图9为图8所示的膨胀管的剖视图；图10为图5所示的锚栓中的钢套管的示意图；图11为图10所示的钢套管的剖视图；图12为本发明实施例二的嵌套齿面胀管型膨胀锚栓的膨胀管和钢套管被剖开以 示出膨胀管、钢套管及栓杆之间的位置及结构关系的示意图；图13为图12所示的锚栓的栓杆的示意图14为图12所示的膨胀管的剖视图；图15为图14所示的膨胀管沿A-A线的剖面图；图16为图14所示的膨胀管沿B-B线的剖面图；图17为图12所示的钢套管的剖视图；图18为图12所示的锚栓安装预紧后的示意图；图19为图18所示的锚栓的剖视图；图20为图12所示的锚栓在受拉极限状态下的示意图；图21为图20所示的锚栓的剖视图；图22为图12所示的锚栓在颈缩拔断后的示意图；图23为图22所示的锚栓的剖视图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的实施方式。实施例一如图5-11所示，本发明实施例一的嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，包括栓杆301、膨胀 管3041、钢套管309、螺母302和垫圈303，其中栓杆301包括两两锥顶相连的第一圆锥体310、第二圆锥体311和第三圆锥体 312、第四圆锥体313，第一圆锥体310设在栓杆301的埋入端且锥底朝向所述埋入端。第 一圆锥体310与第二圆锥体311连接形成第一环形凹槽314。第三圆锥体312与第四圆锥 体313连接形成第二环形凹槽315。栓杆301的外露端设置螺纹305。第一圆锥体310的 锥底直径大于栓杆301的柱状部分322的外径。第二圆锥体311、第三圆锥体312、第四圆 锥体313的锥底直径及螺纹305部分的外径均等于栓杆301的柱状部分322的外径。膨胀管3041朝向栓杆301的埋入端的一端为带有“十”字形开缝的螺纹状齿面段。 所述“十”字形开缝长度大于所述螺纹状齿面段的长度。膨胀管3041的螺纹状齿面段套设 在第一环形凹槽314上。所述螺纹状齿面段的内表面为两个相对的圆锥面317、318，所述两 个相对的圆锥面317、318分别与栓杆301的第一环形凹槽314的第一圆锥体310的锥面和 第二圆锥体311的锥面相匹配，使得所述螺纹状齿面段的内表面与栓杆301的第一环形凹 槽314的外表面相匹配。膨胀管3041朝向栓杆301外露端的外表面为圆锥面316，内表面 为圆柱面，所述圆柱面的内径大于栓杆301的柱状部分的外径。膨胀管3041的任意部分的 外径均小于或等于栓杆301的第一圆锥体310的锥底直径。钢套管309朝向栓杆301埋入端的一端为带有“十”字形开缝的螺纹状齿面段 3042。所述“十”字形开缝长度大于螺纹状齿面段3042的长度。钢套管309套设在栓杆 301的螺纹305上，钢套管309的螺纹状齿面段3042套设在第二环形凹槽315上。螺纹状 齿面段3042的内表面为两个相对的圆锥面，所述两个相对的圆锥面分别与栓杆301的第二 环形凹槽315的第三圆锥体312的锥面和第四圆锥体313的锥面相匹配，使得螺纹状齿面 段3042的内表面与栓杆301的第二环形凹槽315的外表面相匹配，且膨胀管3041的圆锥 面316的一部分嵌入钢套管309的螺纹状齿面段3042内。钢套管309的任意部分的外径 均小于或等于栓杆301的第一圆锥体310的锥底直径。螺母302和垫圈303套设于钢套管309外的栓杆301的螺纹305上。
这样的结构设计使得膨胀管3041及钢套管309装配到栓杆301上以后，其外径不 超过第一圆锥体310的锥底直径，使得锚栓易于装入混凝土结构的锚孔中。而在锚栓使用 时，随着膨胀管与栓杆之间的相对移动，膨胀管中间的较厚管壁又可以增大膨胀管的膨胀量。本实施例的第一圆锥体310、第二圆锥体311、第三圆锥体312及第四圆锥体313 的锥面顶角优选为相等，进一步优选为21°。其有益效果是加工方便，并且锚栓具有较大的 抗拉拔承载力。当该角度过大或过小时，锚栓的抗拉拔承载力均有所减小。本实施例的栓杆301的外露端的端面上还可设有“一”字形浅槽(图中未示出)， 作用在于当混凝土结构上的锚孔稍大，锚栓进入锚孔后膨胀管尚未挤紧锚孔壁时，可以用 螺丝刀阻止栓杆随拧紧螺母而转动，直至膨胀管挤紧锚孔壁。本实施例的栓杆、膨胀管、钢套管及螺母均优选用40Cr或30CrMnSi合金钢材加工 制成。本实施例通过去掉栓杆上的环状凸棱，使得膨胀管3041的螺纹状齿面段的内径 以及钢套管309的螺纹状齿面段3042的内径与栓杆301的柱状部分的外径之差减小，从 而使得膨胀管3041可以依靠自身易于膨胀的性能，不经加热直接装入栓杆，完成产品的装 配。本实施例通过将钢套管309与其螺纹状齿面段3042制成一体，使得钢套管309与 其螺纹状齿面段3042的联动更加可靠，在锚固的初始阶段，通过拧紧螺母302便可以将栓 杆通过螺纹状齿面段3042固定在锚孔中。而且减少了零部件的数量，降低了加工难度和成 本。本实施例通过使膨胀管3041的圆锥面316的一部分嵌套入钢套管309的螺纹状 齿面段3042内，使得在锚栓使用过程中，当膨胀管3041向锚孔外移动时，膨胀管3041的圆 锥面316不断挤入钢套管309的螺纹状齿面段3042的内圆锥面，弥补了栓杆301由于去掉 中间的凸棱所造成的钢套管309的螺纹状齿面段3042的膨胀量的减小，使得锚栓兼有摩擦 与扩孔两型膨胀锚栓的锚固机理，有良好的后续膨胀功能，较高的抗拉拔、抗剪切承载力， 较小的拔出位移与锚固力衰减，同时使栓杆在使用高强度材料的同时又有较高的颈缩拔断 率。实施例二如图12-17所示，本实施例与实施例一的区别在于栓杆401的第一圆锥体310与第二圆锥体311的锥顶之间设有一段圆柱体419，膨 胀管4041的螺纹状齿面段的内表面为两个相对的圆锥面317、318之间也设有一段圆柱面 421，膨胀管4041的螺纹状齿面段的两个相对的圆锥面317、318及其之间的圆柱体421分 别与栓杆401的第一环形凹槽414的第一圆锥体310的锥面、第二圆锥体311的锥面及其 之间的圆柱体419的外圆面相匹配，使得膨胀管4041的螺纹状齿面段的内表面与栓杆401 的第一环形凹槽414的外表面相匹配。栓杆401的第三圆锥体312与第四圆锥体313的锥顶之间设有一段圆柱体420，钢 套管409的螺纹状齿面段4042的内表面的两个相对的圆锥面之间也设有一段圆柱体，所述 钢套管409的螺纹状齿面段4042的两个相对的圆锥面及其之间的圆柱体分别与栓杆401 的第二环形凹槽415的第三圆锥体312与第四圆锥体313及其之间的圆柱体420相匹配，使得钢套管409的螺纹状齿面段4042的内表面与栓杆401的第二环形凹槽415的外表面 相匹配。栓杆上的两对圆锥面之间均设有小段圆柱面，当膨胀管与钢套管的内锥面顶部无 小段圆柱面时，膨胀管及钢套管的内锥面与栓杆凹槽之间存在滑动缝隙，有利于提高锚栓镀锌质量。本发明锚栓的工作过程如图18-23所示，将锚栓放入混凝土的锚孔后，用扳手旋紧螺母使栓杆向锚孔外 移动。由于此时栓杆的第一圆锥体挤入膨胀管的螺纹状齿面段，使其外径增大、螺纹状齿面 挤压嵌入锚孔壁，逐渐增大栓杆的拔出阻力。栓杆的圆锥体带动膨胀管向锚孔外移动，膨胀 管的外圆锥面挤入并胀开钢套管的螺纹状齿面段，使钢套管的螺纹状齿面段的齿面挤压咬 合锚孔壁，进一步增大了栓杆的锚固力。膨胀管的螺纹状齿面咬合锚孔壁、阻止栓杆发生拔出位移，为栓杆圆锥体及圆锥 面挤压增大膨胀管直径提供了条件；反之，膨胀管直径增大，又增加了齿面挤压咬合混凝土 锚孔壁的程度，也即锚栓可“越拔越紧”，类似预应力锚具楔形夹片的工作过程。因此，本发 明的锚栓具有良好的后续膨胀功能，较高的颈缩拔断率，较小的拔出位移与锚固力衰减。当本发明实施例的锚栓上作用的拉拔力较小时，其锚固力主要来自膨胀管的螺纹 状齿面与锚孔壁之间的摩擦与咬合作用。随着拉拔力增大，膨胀管胀开幅度增加，锚孔壁被 挤压扩修成两个锥面，两个膨胀管形成锥形楔体的嵌固作用逐渐成为产生锚固力的主因。 由此可知，本发明实施例的锚栓兼有《混凝土结构后锚固技术规程》(JGJ145-2004)中所述 的“膨胀型”与“扩孔型”两类锚栓的工作机理，是具有更高锚固效率的产品。本发明实施例的锚栓在安装预紧与正常使用时，其拉拔力与锚固力始终保持动态 平衡。锚栓受拉拔产生滑移，表明拉拔力大于锚固力，两者之间的平衡被破坏；拔出位移导 致锚栓产生后续膨胀，增大锚固力并阻止其继续滑移，两者之间又恢复了平衡。随着拉拔力 与锚固力此消彼长，栓杆最小截面处最终出现颈缩并被拉断。当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，包括栓杆、膨胀管、钢套管、螺母和垫圈，其特征在于所述栓杆包括两两锥顶相连的第一圆锥体、第二圆锥体和第三圆锥体、第四圆锥体， 所述第一圆锥体设在所述栓杆的埋入端且锥底朝向所述埋入端，所述第二圆锥体与所述第 一圆锥体连接形成第一环形凹槽，所述第三圆锥体与所述第四圆锥体连接形成第二环形凹 槽，所述栓杆的外露端设置螺纹，所述第一圆锥体的锥底直径大于所述栓杆的柱状部分的 外径，所述第二圆锥体、第三圆锥体、第四圆锥体的锥底直径及所述螺纹部分的外径均等于 所述栓杆的柱状部分的外径；所述膨胀管朝向所述栓杆埋入端的一端为带有“十”字形开缝的螺纹状齿面段，所述 “十”字形开缝长度大于所述螺纹状齿面段长度，所述膨胀管的螺纹状齿面段套设在所述第 一环形凹槽上，所述螺纹状齿面段的内表面与所述栓杆的第一环形凹槽的外表面相匹配， 所述膨胀管朝向所述栓杆外露端的外表面为圆锥面，内表面为圆柱面，所述圆柱面的内径 大于所述栓杆的柱状部分的外径，所述膨胀管的任意部分的外径均小于或等于所述栓杆的 第一圆锥体的锥底直径；所述钢套管朝向所述栓杆埋入端的一端为带有“十”字形开缝的螺纹状齿面段，所述 “十”字形开缝长度大于所述螺纹状齿面段长度，所述钢套管套设在所述栓杆的螺纹上，所 述钢套管的螺纹状齿面段套设在所述第二环形凹槽上，所述螺纹状齿面段的内表面与所述 栓杆的第二环形凹槽的外表面相匹配，且所述膨胀管圆锥面的外端部分嵌入所述钢套管的 螺纹状齿面段内，所述钢套管的任意部分的外径均小于或等于所述栓杆的第一圆锥体的锥 底直径；所述螺母和垫圈套设于所述钢套管外的所述栓杆的螺纹上。
2.根据权利要求1所述的嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，其特征在于，所述第一圆锥体、第 二圆锥体、第三圆锥体及第四圆锥体的锥面顶角相等。
3.根据权利要求2所述的嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，其特征在于，所述锥面顶角为 21°。
4.根据权利要求1所述的嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，其特征在于，所述栓杆的第一圆 锥体与第二圆锥体的锥顶之间设有一段圆柱体，所述膨胀管的螺纹状齿面段的内表面与所 述栓杆的第一环形凹槽的外表面相匹配。
5.根据权利要求4所述的嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，其特征在于，所述栓杆的第三圆 锥体与第四圆锥体的锥顶之间设有一段圆柱体，所述钢套管的螺纹状齿面段的内表面与所 述栓杆的第二环形凹槽的外表面相匹配。
6.根据权利要求1至5之一所述的嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，其特征在于，所述栓杆的 外露端顶面设有“一”字形浅槽。
7.根据权利要求1至5之一所述的嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，其特征在于，所述栓杆、 膨胀管、钢套管和螺母用40Cr或30CrMnSi合金钢材加工制成。
全文摘要
本发明提供了一种嵌套齿面胀管型膨胀锚栓，包括栓杆、膨胀管、钢套管、螺母和垫圈，栓杆上设有第一环形凹槽和第二环形凹槽，膨胀管的一端为带有“十”字形开缝的螺纹状齿面段，膨胀管的另一端外表面为圆锥面，内表面为圆柱面，膨胀管套设在第一环形凹槽上；钢套管的一端为带有“十”字形开缝的螺纹状齿面段，钢套管套设在栓杆的螺纹上，钢套管的螺纹状齿面段套设在第二环形凹槽上，膨胀管外表面的圆锥面外端嵌入钢套管的螺纹状齿面段内。本发明锚栓的膨胀管可以不经加热直接外套栓杆，完成产品的装配；本发明的锚栓有良好的后续膨胀功能及较高的抗拉拔、抗剪切承载力，栓杆在使用高强度钢材加工时仍有较高的颈缩拔断率。
文档编号F16B13/06GK102052373SQ200910236938
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月27日 优先权日2009年10月27日
发明者倪金华, 潘立 申请人:中国建筑科学研究院, 中建二局第三建筑工程有限公司, 建研科技股份有限公司