CN103511420A - 单边紧固螺栓 - Google Patents

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李国强
张龙
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Abstract

本发明提供一种单边紧固螺栓，包括螺杆及螺杆一端的螺栓头，所述螺杆上自螺栓头端依次穿设有垫圈、套管以及一锥头，所述锥头上设有与所述螺杆螺纹连接的螺孔，所述垫圈及套管与螺杆间为间隙配合，所述套管外径大于垫圈内径，所述套管近锥头端设有多条轴向的裂口，所述锥头的小头端卡入套管内，所述锥头的大头端外径大于或等于套管内径。本发明在不降低安装速度和节点强度的前提下，避免了传统方法在完成封闭截面构件螺栓连接时对连接截面的开口削弱，其具有安装方便快捷，适应封闭截面构件连接的需求，保证连接截面完整性等优点。

Description

单边紧固螺栓
技术领域
本发明属于构件连接领域，具体涉及一种用于连接其中一为封闭截面的两个构件的单边紧固螺栓。
背景技术
钢结构的连接方法可分为焊接、铆接、螺栓连接。焊接连接是钢结构最主要的连接方法，其优点是构造简单、不削弱构件截面、节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、连接的密封性好、刚度大；铆钉连接的优点是塑性和韧性较好，传力可靠，质量易于检查，适用于直接承受动载结构的连接，缺点是构造复杂，用钢量多，目前已很少采用；而螺栓连接因其施工简单、受力性能好、可拆换、耐疲劳、以及在动力荷载作用下不致松动等优点，得到广泛应用。
常规螺栓紧固件一般由螺母、螺杆组成。安装时需要在一侧夹紧螺母或螺栓头，从另一侧用扳手拧紧螺栓头或螺母。通常安装人员能够接触到被紧固物体的两侧，但对于特殊应用场合，比如封闭的管状结构或一端不易触及的结构，普通螺栓的使用受到很大限制。因此对于采用封闭截面的构件连接提出了新的要求，一则需要一种能够很好地完成封闭截面钢构件连接的螺栓，一般国内现有的螺栓在达到这一要求时需要对截面进行开孔，造成对构件的削弱，也显示出其劣势；二则还需要现场安装的速度尽可能地提高，现有技术中的单向螺栓并不具备该优势。
中国发明专利200710099369.2公开了一种分体式螺栓紧固件，螺栓体由三个部分组成，两个边杆体和一个中间杆体，三个部分可以组成为一个螺栓整体。当两个边杆体和中间杆体合在一起时，组成的螺栓杆体横截面为圆形，并且弯曲表面有螺纹，保证三部分合成整体时能用普通螺母固定。该发明虽然可以实现单向紧固的功能，但是因为其部件较多，安装速度较慢。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于连接其中一为封闭截面的两个构件的单边紧固螺栓，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单边紧固螺栓，包括螺杆及螺杆一端的螺栓头，所述螺杆上自螺栓头端依次穿设有垫圈、套管以及一锥头，所述锥头上设有与所述螺杆螺纹连接的螺孔，所述垫圈及套管与螺杆间为间隙配合，所述套管外径大于垫圈内径，所述套管近锥头端设有多条轴向的裂口，所述锥头的小头端卡入套管内，所述锥头的大头端外径大于或等于套管内径。
进一步地，所述套管的壁厚自垫圈端到锥头端逐渐变薄。
进一步地，所述套管近锥头端均匀设有三或四条轴向的裂口。
进一步地，所述裂口的长度为套管高度的80%-90%。
进一步地，所述螺杆上还穿设有一橡胶垫圈，所述橡胶垫圈位于垫圈与套管之间。
进一步地，所述垫圈外周表面设有对称的两个平面。
进一步地，所述锥头外表面为凹凸不平面。
进一步地，所述锥头外表面均匀环布有多列凸棱。
通过以上技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明通过在常规螺栓上增加垫圈、锥头及套管等部件，螺栓放进螺栓孔之后，施工人员夹紧固定垫圈的同时利用扭矩扳手拧紧螺杆头，最终通过锥头撑开套管，从而卡住螺栓孔，完成螺栓单向连接安装。本发明在不降低安装速度和节点强度的前提下，避免了传统方法在完成封闭截面构件螺栓连接时对连接截面的开口削弱，其具有安装方便快捷，适应封闭截面构件连接的需求，保证连接截面完整性等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明使用效果示意图；
图3为垫圈的正视图；
图4为垫圈的侧视图；
图5为橡胶垫圈的正视图；
图6为套管的正视图；
图7为套管的侧视图；
图8为锥头的正视图；
图9为锥头的侧视图。
部件标号说明：
1-螺栓头；
2-垫圈；
3-橡胶垫圈；
4-套管；
5-锥头。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图9。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一：
图1示出了本发明单边紧固螺栓的一种实施方式，为解决单向装配问题，本发明采用的技术方案是：常规螺栓包括螺杆及螺杆一端的螺栓头1，本发明在螺杆上自螺栓头端依次穿设有垫圈2、套管4以及一锥头5，锥头上设有与螺杆螺纹连接的螺孔（图8及图9所示），垫圈2、套管4与螺杆间为间隙配合，套管外径大于垫圈内径，套管近锥头端设有多条轴向的裂口，锥头的小头端卡入套管内，锥头的大头端外径大于或等于套管内径。如图2所示，具体操作时，螺杆穿过待连接两个构件的螺栓孔之后，施工人员通过工具夹紧固定垫圈2，同时利用扭矩扳手拧紧螺栓头1；因锥头5的小头端卡在套管4内，使锥头5与套管4间不产生相对转动，故螺杆转动时，锥头将带动套管共同与螺杆产生相对转动，并产生向螺栓头端轴向位移的趋势；又因垫圈被夹持固定，且套管外径大于垫圈内径，套管被垫圈止挡，所以锥头5会逐步旋入套管4内，并最终使得套管4在锥头作用力下沿裂口撑开，从而卡住螺栓孔的边缘，实现螺栓的单向连接安装。
以下结合具体操作方法作进一步描述，首先按前述方式将本发明单边紧固螺栓的多个部件组装完成，螺杆上依次穿设垫圈2、套管4、锥头5。优选地，在螺杆上还穿设有一位于垫圈2与套管4之间的橡胶垫圈3以提高本发明单边紧固螺栓的抗振性，橡胶垫圈如图4所示。然后在需要连接的两个构件上的对应位置预留螺栓孔，其中一构件为封闭截面，如建筑结构中常用的方钢管等封闭的管状结构或一端不易触及的结构。螺栓孔的尺寸应满足套管能够穿过，但垫圈会限位在螺栓孔边缘的条件，所以螺栓孔的孔径应略大于套管外径，且小于垫圈外径。
本发明单边紧固螺栓的螺杆穿过构件一及封闭截面的构件二的螺栓孔后，施工人员使用任意工具（例如扳手、钳子等）将垫圈2夹持固定，同时利用扭矩扳手在封闭截面构件的外部对螺栓头1施加扭矩进行拧紧，锥头的小头端将逐渐深入套管4内，原理在前述段落中已做阐述，故此处不做赘述。同时锥头的大头端外径大于或等于套管的外径，保证锥头5不至于完全陷入套管中。锥头5最终使套管4沿裂口撑开并卡住螺栓孔边缘，以此保证螺栓不会脱出，即完成连接。
实施例二：
实施例一中，套管4为圆柱形套管，套管也可以为喇叭形、方形或其它形状，最终目的只要保证套管4能被锥头5撑开即可。当套管为喇叭形时，其小开口端朝向垫圈2，其大开口端朝向锥头5，而且锥头的大头端外径应大于或等于套管的最大外径，垫圈的内径应小于套管的最小外径。相对于其它形状，显然圆柱形套管被锥头撑开时受力更为均匀，也更易被撑开，而且圆柱形套管也与圆柱形的螺杆也更为适配。
因套管4是自锥头端逐渐被撑开，所以套管的壁厚自垫圈端到锥头端逐渐变薄，受力合理，也防止套管近垫圈端部分被撑裂。而套管上裂口的数量设置过少则不易被撑开，设置过多则易使套管整个崩裂，经过综合考虑，在套管的外表面均匀设有三或四条裂口，优选四条（图6及图7所示），而且裂口的长度为套管高度的80%-90%。
实施例三：
为便于套管4与锥头5的锁紧，使其无法产生相对转动，锥头的外表面设置为凹凸不平面。理论上，只要施加压力足够，使套管与锥头达到足够高的摩擦力，光滑外表面的锥头也能达到锁紧套管的目的，但显然锥头外表面为凹凸不平面提供的摩擦力更高，固定效果更好。而且优选的，如图1所示，本实施例中，锥头外表面均匀环布有多列凸棱，不但增加了摩擦力，而且凸棱也易卡入套管上的裂口中，锁紧套管。
如图3及图4所示，垫圈外周表面设有对称的两平面，方便使用工具夹持垫圈。
在材料选择上，套管需要满足一定的延性、强度要求，锥头需要满足一定的强度和硬度要求。
综上所述，本发明单边紧固螺栓无需对封闭截面构件进行开孔，通过在常规螺栓上增加垫圈、锥头及套管等部件，螺栓放进螺栓孔之后，施工人员只需从外部夹紧固定垫圈的同时利用扭矩扳手拧紧螺杆头，最终通过锥头撑开套管，从而卡紧螺栓，完成螺栓单向连接安装。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种单边紧固螺栓，包括螺杆及螺杆一端的螺栓头（1），其特征在于，所述螺杆上自螺栓头端依次穿设有垫圈（2）、套管（4）以及一锥头（5），所述锥头上设有与所述螺杆螺纹连接的螺孔，所述垫圈（2）及套管（4）与螺杆间为间隙配合，所述套管外径大于垫圈内径，所述套管近锥头端设有多条轴向的裂口，所述锥头的小头端卡入套管内，所述锥头的大头端外径大于或等于套管内径。
2.根据权利要求1所述的单边紧固螺栓，其特征在于，所述套管（4）的壁厚自垫圈端到锥头端逐渐变薄。
3.根据权利要求1所述的单边紧固螺栓，其特征在于，所述套管近锥头端均匀设有三或四条轴向的裂口。
4.根据权利要求1所述的单边紧固螺栓，其特征在于，所述裂口的长度为套管高度的80%-90%。
5.根据权利要求1所述的单边紧固螺栓，其特征在于，所述螺杆上还穿设有一橡胶垫圈（3），所述橡胶垫圈位于垫圈（2）与套管（4）之间。
6.根据权利要求1所述的单边紧固螺栓，其特征在于，所述垫圈（2）的外周表面设有对称的两个平面。
7.根据权利要求1所述的单边紧固螺栓，其特征在于，所述锥头外表面为凹凸不平面。
8.根据权利要求7所述的单边紧固螺栓，其特征在于，所述锥头外表面均匀环布有多列凸棱。
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