一种预应力锚杆锁紧系统的制作方法

本发明涉及风力发电基础用锚杆锁紧系统，具体来说涉及一种预应力锚杆锁紧系统。

背景技术：

风力发电基础是风电技术装备的重要组成部分，用于固定高耸结构形式的风力发电机组，与风机塔筒一起承受风机工作过程中的复杂载荷，确保整个风力发电机组长期稳定运行，是现阶段风电场建设中极为重要的设计和质量保障环节。

预应力风机基础主要依靠高强度预应力锚杆锁紧系统及配套上下法兰等金属构件与混凝土共同浇筑在一起实现优异的应力传递和应力分布，克服传统钢筋混凝土结构重力式扩展基础施工效率差、抗弯能力不足、建造质量不易控制、受环境和地质影响较大等缺陷，具有优异的抗滑移、抗倾覆和环境适应性，是对传统风机基础设计理念和施工等多个领域的跨越式革新。

作为预应力风机基础的核心构件，除其自身高强高钢的特性之外，以高强度锚杆和螺母为核心的预应力锁紧系统自身的锚固自锁作用对于整个风机基础综合性能的实现至关重要；在实际的工作过程中，高强度锚杆锁紧系统始终都承受着一定的轴向张拉作用，将塔筒与整个基础紧紧的固定在一起，并使上下法兰之间的混凝土保持压缩状态，为塔筒提供一个向下的荷载，抵抗风力发电机组运行过程中的轴向力和弯矩。

国内目前使用较多的锚杆锁紧系统的螺纹结构形式为标准紧固件常用的三角形螺纹或梯形螺纹，锚杆材料强度等级与配合螺母材料的强度等级比约为1.1∶1，其连接件失效判定准则设计为锚杆断裂失效，其设计与制造较为方便。但由于预应力锚杆紧固系统的实际工作状况与标准紧固件有着本质区别，三角形螺纹结构和梯形螺纹结构在承受较大轴向拉伸荷载时的有效应力截面积较小，易于发生应力集中，承载性能和自锁紧性能都不理想，在风力发电机组正常工作状态下的高频往复动态荷载作用下，极易发生断裂，并且由于其设计失效准则为埋在混凝土中的锚杆断裂，一旦发生失效，人工检修维护很难及时发现，基于目前的技术条件，这种与混凝土浇筑在一起并埋于地下的超大长细比形式金属构件基本上无法进行更换或维修，单个锚杆的断裂势必会破坏整个锚栓笼的受力平衡，继而引发预应力风机基础局部的应力集中和更多锚杆连锁反应式的持续失效断裂，最终导致风机倾斜甚至倒塌等事故损失。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的缺点，提供一种预应力锚杆锁紧系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种预应力锚杆锁紧系统，包括锚杆和与锚杆配套连接的螺母，锚杆的材料强度等级与螺母的材料强度等级比不小于1.4:1，锚杆的外螺纹和螺母的内螺纹均为连续的非标准圆弧形螺纹结构。

所述锚杆的外螺纹由牙顶圆弧、切向直线段、牙底圆弧依次连接而成。

所述锚杆的外螺纹为采用冷滚压成型的外螺纹。

所述螺母的内螺纹由上半圆弧、切向直线段和平面牙顶依次连接而成。

所述螺母的内螺纹为采用机加或丝锥攻制成型的内螺纹。

所述锚杆和螺母连接件的失效判定准则为螺母螺纹脱扣。

本发明的预应力锚杆锁紧系统，利用锚杆和螺母独特的圆弧形螺纹结构以及锚杆和螺母材料强度明显的等级差，形成一种满足高频往复动态荷载工况条件的自锁紧紧固件系统，具有优异的轴向抗拉拔和疲劳性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的锚杆外螺纹的结构示意图。

图3是本发明的螺母内螺纹的结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示的预应力锚杆锁紧系统，包括锚杆1和与锚杆配套连接的螺母2，锚杆1的材料强度等级与螺母2的材料强度等级比不小于1.4:1，锚杆1的外螺纹和螺母2的内螺纹均为连续的非标准圆弧形螺纹结构，锚杆1的外螺纹由牙顶圆弧3、切向直线段4、牙底圆弧5依次连接而成，锚杆1的外螺纹为采用冷滚压成型的外螺纹，滚压时锚杆1表面的塑性变形受到约束，使表面产生很高的残留压应力，这种表面不易萌生疲劳裂纹，即使表面有小的微裂纹，裂纹也不易扩展；螺母2的内螺纹由上半圆弧6、切向直线段7和平面牙顶8依次连接而成，螺母2的内螺纹为采用机加或丝锥攻制成型的内螺纹。

锚杆1和螺母2连接件的失效判定准则为螺母螺纹脱扣，通常紧固件采用的失效判定准则为螺杆断裂，其设计与制造较为方便，而且易于发现；但预应力锚杆1在实际使用过程中与混凝土浇筑在一起，锚杆1断裂时一旦发生失效，人工检修维护很难及时发现，而且无法进行更换或维修，采用螺母螺纹脱扣的失效判定准则，可避免上述缺陷。

本发明的预应力锚杆锁紧系统在进行旋转拧紧时，螺母2螺纹的牙侧顺应锚杆1的相对牙侧，二者完全配合好并在施加一定的预应力作用之后，锚杆1螺纹的牙顶嵌入到更软的螺母2螺纹相应承载牙侧中，当受到高频往复动态荷载时，随着锚杆1牙顶的嵌入，螺母2螺纹牙顶径向地向内流变到锚杆1螺纹相应的牙底半径的塑性变形大，吸收能量多，并且在受力部位形成更多接触，大幅提高有效应力截面积，使外力在锚杆1和螺母2之间不仅可以快速有效地传递和分配，还能最大程度地被消耗，从而使该系统具有优异的自锁性能和耐疲劳性能；在装配和受力过程中，本预应力锁紧系统产生类似于标准锚杆和螺母的加紧作用，不同之处在于该锁紧系统综合利用了圆弧形螺纹结构特点以及锚杆材料和螺母材料之间较大的强度等级差形成了独特的锁紧承载特性，具有优异的轴向抗拉拔和疲劳性能。

实施例

锚杆1的材料强度等级为8.8级，抗拉强度不低于830MPa，屈服强度不低于660MPa，与其匹配的螺母2的材料强度等级为6级，抗拉强度不低于470MPa，屈服强度不低于345MPa，锚杆1和螺母2螺纹配合间隙为0.2mm，锚杆1光杆直径为Φ45mm，锚杆1的最小抗拉载荷为122吨，最小屈服载荷为97吨，锚杆1实际破断载荷为140吨，锚杆1与螺母2连接副实际破坏载荷为120吨，破坏形式为螺母2螺纹脱扣，锚杆1螺纹未破坏。