一种自开式单向螺栓锚固装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑钢结构领域，涉及一种可有效提高单向螺栓在钢管混凝土柱中锚固性能的自开式单向螺栓锚固装置。
【背景技术】
[0002]钢管混凝土结构是在钢管内填充素混凝土，利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，内填混凝土有效地提高了钢管的局部稳定性和抗火能力，而钢管对内填混凝上的约束作用又使其强度提高、塑性和韧性性能大为改善，充分发挥了两种材料的优点和潜力，可使构件截面减小，承载能力提高，整体重量减轻。钢管混凝土结构能够大幅度节约钢材和基础费用，节省大量支模板的工作，缩短工期，环境污染小，增加使用面积增加5%-8%o钢管混凝土柱截面惯性矩对称稳定性能好，闭口截面抗扭性能优越，外观简洁优美，防火防腐性能好。
[0003]目前，钢管柱和型钢梁连接节点主要有内隔板式节点，贯通隔板式节点，外隔板节点，外肋环板式节点等形式，安装麻烦，须现场焊接，连接质量难有保证，耗费大量人力物力，劳动效率低下。1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震的震害调查表明，钢框架梁柱焊接刚性节点破坏非常严重。上述现场焊接的节点都属于刚性节点，同时存在大量的焊接缺陷，在大震等自然灾害时会成为主体结构中极为脆弱的部位，降低了结构的延性，从而大幅度削弱使得整个结构的安全性能。从施工角度出发，传统的钢管柱和型钢梁连接节点需要钢管柱内型钢梁上下翼缘对应处设置各类型隔板来承受梁翼缘的拉、压力，通常需要在隔板上开洞以保证混凝土浇筑，但这样明显会影响钢管柱混凝土浇筑质量，会出现离析，不密实等问题。钢管柱和型钢梁连接节点采用螺栓连接可以解决诸多传统焊接节点的不利因素。震害调查同时表明螺栓连接节点破坏较为少见，而且螺栓连接节点不会在节点区域形成隔断，对钢管柱混凝土浇筑影响很小，等等。但钢管柱属于封闭截面，普通高强螺栓在闭口截面中无法使用，制约钢管与H形型钢梁连接节点连接方式的应用。
[0004]单向螺栓，又名盲眼螺栓或单面锁紧螺栓，可以实现单侧安装、单侧拧紧功能，非常适用于钢管结构的连接，具有现场施工简单方便、焊接量极小的特点，连接质量有保证。同时，单向螺栓有高强的抗剪承载力、抗拉承载力和预紧力，在一定条件下其力学性能可以做到与传统高强度螺栓相媲美，非常适用于钢管结构的连接。使用单向螺栓可以解决封闭截面构件的螺栓连接问题，不仅应用在主体结构构件的连接，也可应用于建筑外墙、楼梯，阳台等需要单向紧固之处。在实际应用中，目前较为常见的单向螺栓主要包括Hollo-bolt(Lindapter Internat1nal,UK),Flowdrill(Flowdrill B.V.,The Netherlands),andthe Ajax Oneside(Ajax Engineered Fasteners,Australia),HSSB(HuckInternat1nal,America)、B0M(Huck Internat1nal,America)和the Ultra-Twist(HuckInternat1nal ,America)等。
[0005]钢管壁平面外刚度小，尤其是方钢管管壁，在节点受拉力区时会产生较大平面外变形，导致节点过早发生破坏。研究发现，在单向螺栓安装锚固装置有效限制钢管壁平面外变形。良好的单向螺栓锚固装置可使螺栓埋深范围内内力重分布，限制混凝土剪切破坏，极限状态为螺杆被拉断，充分利用高强螺栓的强度。但目前的单向螺栓多数为空心截面构件设计，并为考虑填充混凝土的作用，螺栓末端紧贴钢管内壁，没有延伸到混凝土内部，无法充分利用混凝土的锚固性能。
[0006]以往有学者在单向螺栓下端点焊螺纹钢筋，延长在混凝土中的螺栓杆和螺栓内侧端头拧螺帽等方法来增强单向螺栓锚固性能，这几种做法有操作麻烦，锚固性能较差等缺点。由于单面螺栓单侧安装、单侧拧紧的特点，缺少必要的操作空间，安装性能良好锚固装置有极大限制。因此，在当在钢管混凝土结构中应用单向螺栓时，十分有必要发明一种既能够有效提高盲单向螺栓的锚固作用，又安装方便，造价低廉的锚固装置。
【发明内容】
[0007]本发明为了解决在钢管混凝土中安装单向螺栓时，无法安装具有较好锚固性能的螺栓端头锚固装置的问题，提出了一种自开式单向螺栓锚固装置，通过在单向螺栓端头安装该种锚固装置，可以增强螺栓在混凝土中的锚固作用，提高节点的连接性能，尤其节点刚度的提高十分明显。在提高螺栓锚固性能的同时，限制了钢管管壁，尤其是方钢管管壁的过早的平面外变形，改善节点性能。
[0008]本发明的目的是通过下述技术方案实现的:
[0009]一种自开式单向螺栓锚固装置，包括圆柱形套筒、锚固弹片、销轴和扭转弹簧，所述销轴沿套筒的横截面直径方向贯穿设置在套筒上部，所述的锚固弹片中部通过销孔活动铰接在所述销轴上，所述套筒中部沿垂直所述销轴的方向贯穿设置有为锚固弹片绕销轴转动提供足够空间的镂空部，所述镂空部设置有限制锚固弹片旋转角度的限位部，所述扭转弹簧套在销轴中部且位于锚固弹片的销孔内，所述扭转弹簧的两个臂分别作用在锚固弹片和套筒上，自然状态下，在扭转弹簧及限位部的共同作用下，锚固弹片的长度方向与套筒的长度方向保持相互垂直的状态。
[00? O] 进一步地，所述套筒下端通过螺纹连接、焊接与单向螺栓相连接，针对I indaper单向螺栓，在套筒下端通过内螺纹与单向螺栓螺杆连接，针对其他类型的单向螺栓，可以改变连接端头构造适配各种类型单向螺栓。
[0011]进一步地，所述套筒与单向螺栓呈一体式结构，即套筒与单向螺栓为整体式结构。
[0012]进一步地，所述的锚固弹片的侧面及套筒镂空部的内侧面均设置有刻壕，所述扭转弹簧的两臂分别放置于所述刻壕内，防止扭转弹簧错位。
[0013]相比现有技术，本发明具有以下有益效果:
[0014]本发明施工安装简便，工艺简单，造价较低，不同于单纯延长螺栓杆利用摩擦力来提供锚固力，本发明中的锚固装置除了螺杆与混凝土接触提供摩擦锚固力，更重要的靠端部旋转式的锚固弹片进行机械锚固，极大地提升了单向螺栓在钢管混凝土柱的锚固作用，提高节点的连接性能，尤其节点刚度的提高十分明显。单向螺栓安装该种锚固装置在能够限制钢管管壁受拉区过早的平面外变形，尤其是方钢管管壁，避免节点过早破坏。安装有该种锚固装置的单向螺栓可以限制混凝土剪切破坏，使得螺杆最终被拉断，充分利用发挥高强螺栓的强度。
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例的主视不意图。
[0016]图2是本发明实施例的左视不意图。
[0017]图3是本发明实施例的右视不意图。
[0018]图4是本发明实施例的剖视立体示意图。
[0019]图5是本发明实施例的爆炸示意图。
[°02°]图6是本发明实施例与I indaper单向螺栓连接时的立体示意图。
[0021 ]图7是本发明实施例与I indaper单向螺栓连接后的实际工程安装示意图。
[0022]图中所示为:1-锚固弹片;2-销轴;3-套筒;4-螺纹连接孔;5-扭转弹簧;6_镂空部；7-圆锥体;8-膨胀套管;9-项圈；I O-螺杆;11-混凝土; 12-方钢管柱;13-H型钢柱。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0024]如图1至图4所示，一种自开式单向螺栓锚固装置，包括圆柱形套筒3、锚固弹片1、销轴2和扭转弹簧5，所述销轴2沿套筒3的横截面直径方向贯穿设置在套筒3上部，所述的锚固弹片I中部通过销孔活动铰接在所述销轴2上，所述套筒3中部沿垂直所述销轴的方向贯穿设置有为锚固弹片I绕销轴2转动提供足够空间的镂空部6，所述镂空部6设置有限制锚固弹片I旋转角度的限位部31，所述扭转弹簧5套在销轴2中部且位于锚固弹片I的销孔内，所述扭转弹簧5的两个臂分别作用在锚固弹片I和套筒3上，在扭转弹簧5及限位部31的共同作用下，锚固弹片I的长度方向与套筒3的长度方向相互垂直，最大限度地增加了单向螺栓在钢管混凝土柱的锚固作用，提高节点的连接性能。
[0025]所述套筒3通过螺纹连接、焊接与单向螺栓相连接，或者所述套筒3与单向螺栓呈一体式结构，本实施例针对I indaper单向螺栓，在套筒3下端通过内螺纹与单向螺栓螺杆连接，针对其他类型的单向螺栓，可以改变连接端头构造适配各种类型单向螺栓。
[0026]具体来说，本实施例所述的锚固弹片I的侧面及套筒3镂空部6的内侧面均设置有刻壕，所述扭转弹簧5的两臂分别放置于所述刻壕内，防止扭转弹簧5错位。
[0027]本实施例通过销轴2将套筒3、扭转弹簧5和锚固弹片I连接在一起，利用扭转弹簧5实现锚固弹片I的旋转运动。本锚固装置为单向螺栓的适配件，因此套筒3，销轴2和锚固弹片I主要可根据螺栓确定尺寸，同时锚固深度，螺栓间距等因素也会影响各部件尺寸。该锚固装置可以预制成型，也可以在现场根据工程实际要求选取特定尺寸型号的各部件进行拼装。套筒3中部镂空，并设有限位部31，该限位部31可以限制锚固弹片I的旋转角度，使锚固弹片I长度方向与套筒3的轴线相互垂直，以获得最大的锚固受力面积，当锚固弹片I在混凝土中受力时提供支持力，一端通过内螺纹与I indaper单向螺栓的螺杆连接图6、图7，所述Iindaper单向螺栓包括圆锥体7、项圈9、螺杆10，螺纹连接处长度可根据螺栓受力情况确定，可将原I indaper单向螺栓的内螺杆替换为较长内螺杆，套筒直径可取I indaper单向螺栓的膨胀套管8直径，长度可根据要求螺栓受力情况和所需锚固性能确定。锚固弹片I长度可根据螺栓间距，套筒尺寸，受力情况确定，所述的刻壕的宽度和长度分别略大于扭转弹簧5的线径和臂长度，用来放置扭转弹簧5的臂，所述扭转弹簧5套在销轴2中部且位于锚固弹片I的销孔内，因此其外径小于锚固弹片I的销孔，扭转弹簧5可采用不锈钢等材质，有线径，外径，圈数，角度，臂长等尺寸参数，其中，圈数越大，扭转弹簧5恢复力越大，锚固弹片I打开时可迅速回到原位，但是圈数越多，扭转弹簧5在销轴2上越长，导致锚固弹片I在销轴2上的铰接部太薄，对受力不利，因此扭转弹簧5长度即圈数，不宜太大，也不宜太小。
[0028]本实施例中，锚固装置把Iindaper螺栓作为连接对象，但本发明并不局限于这一种螺检，Flowdrill、the Ajax 0nesideHSSB、B0M和the Ultra-Twist这几种单向螺检在钢管柱内的一端均可设计为本发明的构造，成为一体化构件。
[0029]如图7所示，将锚固装置安装在单向螺栓伸入方钢管柱12内部一侧端头，锚固弹片I长度方向与套筒3的轴线相互垂直。将单向螺栓塞入方钢管柱12前，将锚固装置的锚固弹片I旋转一定角度，使单向螺栓即可塞入方钢管柱12。单向螺栓进入方钢管柱12后，由于扭转弹簧5的恢复力，锚固弹片I反向旋转，直到被限位部31所阻拦后停止旋转，锚固弹片I的长度方向在限位部31的限制作用下与单向螺栓的轴线方向保持相互垂直的状态，最后向方钢管柱12中浇筑混凝土 U。在安装过程中注意两点:第一，锚固弹片I应尽量平行于钢管柱横截面，这是为了以后向方钢管柱12中浇筑混凝土 11时，锚固弹片I不被下落的混凝土 11打回到套筒3内，因此，安装前在单向螺栓头部画一条横线，并使该横线与拧紧后的锚固装置的锚固弹片I方向平行，并在随后拧紧螺栓时，在螺栓安装扭矩的前提下，尽量保证该条横线水平;第二，当单向螺栓进入方钢管柱12内部后，锚固弹片I自动旋转，为确保其与单向螺栓的轴线保持相互垂直的状态，需要顶住方钢管柱12管壁，向外拉螺栓。本锚固装置主要应用在钢管混凝土柱与型钢梁的多种形式的螺栓连接，如方钢管柱12和H型钢柱13，以及其他一切有可能的用处。
[0030]本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种自开式单向螺栓锚固装置，其特征在于:包括圆柱形套筒(3)、锚固弹片(I)、销轴(2)和扭转弹簧(5)，所述销轴(2)沿套筒(3)的横截面直径方向贯穿设置在套筒(3)上部，所述的锚固弹片(I)中部通过销孔活动铰接在所述销轴(2)上，所述套筒(3)中部沿垂直所述销轴的方向贯穿设置有为锚固弹片(I)绕销轴(2)转动提供足够空间的镂空部(6)，所述镂空部(6)设置有限制锚固弹片(I)旋转角度的限位部(31)，所述扭转弹簧(5)套在销轴(2)中部且位于锚固弹片(I)的销孔内，所述扭转弹簧(5)的两个臂分别作用在锚固弹片(I)和套筒(3)上。2.根据权利要求1所述的自开式单向螺栓锚固装置，其特征在于:所述套筒(3)的下端通过螺纹连接、焊接与单向螺栓相连接。3.根据权利要求1所述的自开式单向螺栓锚固装置，其特征在于:所述套筒(3)与单向螺栓呈一体式结构。4.根据权利要求1所述的自开式单向螺栓锚固装置，其特征在于:所述的锚固弹片(I)的侧面及套筒(3)镂空部(6)的内侧面均设置有刻壕，所述扭转弹簧(5)的两臂分别放置于所述刻壕内。
【专利摘要】本发明公开了一种自开式单向螺栓锚固装置，包括圆柱形套筒、锚固弹片、销轴和扭转弹簧，所述销轴沿套筒的横截面直径方向贯穿设置在套筒上部，所述的锚固弹片中部通过销孔活动铰接在所述销轴上，所述套筒中部沿垂直所述销轴的方向贯穿设置有为锚固弹片绕销轴转动提供足够空间的镂空部，所述镂空部设置有限制锚固弹片旋转角度的限位部，所述扭转弹簧套在销轴中部且位于锚固弹片的销孔内，所述扭转弹簧的两个臂分别作用在锚固弹片和套筒上，本发明解决了在钢管混凝土中安装单向螺栓时，无法安装螺栓端头锚固装置的问题,结构简单、应用广泛。
【IPC分类】E04B1/41
【公开号】CN105714937
【申请号】CN201610199953
【发明人】王一焕, 王湛, 张黎飞
【申请人】华南理工大学