CN104454866B - 一种扭剪型单边自紧螺栓紧固件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扭剪型单边自紧螺栓紧固件，包括扭剪型高强螺栓和螺母；扭剪型高强螺栓一端螺栓头另一端为梅花头；螺栓头和螺母之间依次套有第一套筒、第二套筒和垫片；第一套筒的材料的屈服强度高于第二套筒；在第一套筒与第二套筒上相对的端面处，第二套筒所属一端位于第一套筒所属一端的内侧，第二套筒上设置有薄弱处。组装好本装置并穿入待连接件的预留孔中，在可操作一侧用扭剪扳手拧螺栓，在两边挤压力的作用下使得第二套筒薄弱处首先屈服带动周围形成扩大头从而锁定待连接件、并能够达到规范规定的摩擦型螺栓预紧力。本发明在强度上满足钢结构设计要求，并且结构简单、造价低廉、装配方便，可广泛应用于土木建筑工程、机械工程等领域。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程及机械连接紧固领域，特别是单侧安装操作的螺栓紧固件。
背景技术
目前，在土木工程和机械连接紧固领域，对于结构件连接紧固的安装需求量非常庞大。就当前来看，传统的也是被当前普遍使用的螺栓分为螺杆和螺母两部分，需要在一侧插入螺杆并夹紧螺母，然后在另一侧用工具将螺母拧紧。这使得在对构件实施连接紧固作业时，工作人员需要在构件两侧作业。这种连接紧固方法构造简单、操作方便、承载力好，但仅局限适用于开口截面构件的连接，对于某些闭口截面构件或是不方便接触到其中一面的构件来说，许多情况下，在施工过程中需要开手孔，会进一步削弱截面强度，导致螺栓强度达不到理论值；甚至还存在许多空间狭小的情况，致使接近被连接的工件其中一面受阻碍或受限时，即使开手孔也根本无法完成操作；更有很多闭口截面构件，不允许开手孔导致无法解除到受阻碍一面。
例如，在钢管结构(方钢管或圆钢管)及钢管混凝土结构中，梁柱连接节点处，由于柱截面为闭口截面，不能同时在两边进行操作，只能在单侧进行操作连接安装，因此传统的螺栓螺母连接紧固件无法满足类似结构的紧固安装。
发明内容
要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明一种扭剪型单边自紧螺栓紧固件，解决现有技术中常见的螺栓无法进行单边紧固作业的不足。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种扭剪型单边自紧螺栓紧固件，包括扭剪型高强螺栓和配套的螺母；扭剪型高强螺栓一端为突出栓杆的螺栓头，另一端为梅花头；所述螺母通过螺纹与扭剪型高强螺栓啮合；从扭剪型高强螺栓的螺栓头一端到螺母所在位置之间的螺栓杆上依次套有第一套筒、第二套筒和垫片；所述第一套筒材料的屈服强度高于第二套筒；在第一套筒与第二套筒上相对的端面处，第二套筒所属一端位于第一套筒所属一端的内侧；所述第二套筒的外径小于螺母的外径；所述第二套筒上设置有薄弱处，薄弱处发生塑性变形的临界强度低于第二套筒上的其他位置。
在需要连接的两个构件的可操作一侧开孔，该孔穿过靠近可操作一侧的构件并穿到另一个构件内部。将本发明的一种扭剪型单边自紧螺栓紧固件中的第一套筒、第二套筒和垫片顺次套上螺栓杆并用螺母拧上使得螺栓头、第一套筒、第二套筒、垫片、螺母顺次紧密接触；将组装好的紧固件的螺栓头一侧从孔中伸入到不可操作一侧的构件内部，第一套筒和第二套筒均穿入孔中，垫片和螺母或者仅螺母由于直径较大无法进入孔中而抵在可操作一侧的构件表面。将该紧固件的梅花头插进扭剪扳手的内套筒中，在梅花头完全进入扭剪扳手的内套筒时内套筒后退，然后把扭剪扳手的外套筒完全插到螺母上。打开扭剪扳手的开关，扭剪扳手的内套筒旋转，开始拧紧螺栓，螺栓头与螺母之间的距离有变小的趋势，一方面螺栓头带动第一套筒在不可操作一侧挤压第二套筒，另一方面螺母在可操作一侧挤压第二套筒。第二套筒上的薄弱处受力率先屈服带动周边向外膨胀形成大于孔内其他部分构件的外径的扩大头，由于第一套筒的屈服强度大且第二套筒与第一套筒接触处由于位于第一套筒内侧，可以防止第二套筒与第一套筒接触处向外扩张，以免第二套筒靠近螺栓头的一端过度向外扩张导致第二套筒冲出螺栓头，整体稳定性无法保证；一般的扭剪型高强度螺栓都带有梅花头，梅花头为易剪切部分，随着紧固程度加深，旋转速度逐渐减慢，最后使梅花头部分达到一定扭矩，梅花头处的易剪切部分剪断，安装完毕。
进一步的，在本发明中，第一套筒与第二套筒上相对的端面均设置成楔形，并且第一套筒上的楔形设置在内部，第二套筒上的楔形设置在外部，第一套筒上的楔形与第二套筒上的楔形匹配。第一套筒的楔形部位较薄稍稍向外扩张包住第二套筒与第一套筒的接触处防止两个套筒的接触处向外“溢”出。
进一步的，在本发明中，所述第二套筒的材料为低屈服点钢，屈服强度在100MPa～300MPa之间且伸长率在35％以上；所述第一套筒的材料为高强钢，屈服强度高于800Mpa。
进一步的，在本发明中，第二套筒上的薄弱处的具体实现方法有多种，比较简单的方式是采用削弱截面积的方式，如将薄弱处设置为一圈环状凹槽。
有益效果：
本发明在传统的扭剪型高强螺栓的基础上设置两个屈服强度不一样的套筒，屈服强度低的套筒上面还设置有发生塑性变形临界应力最小的薄弱处，在安装紧固套筒的过程中，薄弱处受挤压后自动实现屈服强度较低的套筒的变形，形成扩大头抵在可操作一侧的构件的背面从而起到类似垫片的固定作用，屈服强度较大的套筒包住低屈服点钢套与之接触的一端防止向外“溢”出；
本发明在强度上满足钢结构设计要求，可以完全达到规范规定的摩擦型螺栓的预紧力，可以很好地应用于钢结构节点连接，并且结构构造简单、造价低廉、装配方便、易于操作，广泛适用于土木建筑工程、机械工程等领域对闭口截面进行螺栓紧固作业，如方钢管与圆钢管的结构等，只需要在可操作的单侧安装螺栓，从而实现了单边作业，节点安装完成后，可靠性高、能有效提高节点承载力；
本发明的紧固螺栓的综合力学性能强，紧固效果优良，可以施加与国内现有高强度螺栓同等的预拉力形成摩擦型高强度螺栓连接接头。
附图说明
图1为本发明中紧固件螺杆示意图；
图2为本发明中第一套筒示意图；
图3为本发明中第二套筒示意图；
图4为本发明拼装后的螺栓紧固件示意图；
图5为本发明具体实施中结构示意图；
图6为将螺栓头一侧伸入不可操作一侧的示意图；
图7为将螺栓杆与扭剪扳手连接的示意图；
图8为第二套筒变形的示意图；
图9为梅花头被剪断的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种新式扭剪型高强度单边自紧螺栓紧固件，包括带梅花头1-2的扭剪型高强度螺栓1、螺母2、第二套筒3、第一套筒4和垫片5；
如图1所示，扭剪型高强度螺栓1一端有大于螺杆的螺栓头1-1，另一端有易剪切的梅花头1-2，梅花头1-2与螺栓头1-1之间有螺纹。
如图2所示，第二套筒3采用低屈服点钢制备而成，并且第二套筒3一端的外侧设置为楔形，所述第二套筒3的内腔在中间部位设置有环状凹槽3-1，第二套筒3的屈服强度在100MPa～300MPa之间，环状凹槽3-1处发生塑性变形的临界应力最小，同时还要求第二套筒的伸长率在35％以上，使得第二套筒3能够较为容易形变但不断裂；第一套筒4采用高强钢制备而成，第一套筒4材料的屈服强度800Mpa以上，并且第一套筒4一端的内侧设置成与第二套筒3相匹配的楔形。如图3所示，将第一套筒4和第二套筒3先后套在螺栓杆上，第二套筒3的楔形被第一套筒4的楔形包裹在内部。然后将店铺5和螺母2依次套到螺栓杆上并拧紧螺母2使得螺栓杆上的组件依次紧密贴合。
图4所示，第一构件7与第二构件8是需要紧固的两个构件，这两个构件之间形成闭口截面的形式，在第一构件7与第二构件8的可操作一侧开孔，使得孔穿过靠近可操作一侧的第一构件7并穿到第二构件8内部，如图3所示将本发明的紧固件拼装之后，如图5所示将螺栓头1-1一侧伸入至孔中并将垫片5紧贴在第一构件7的表面进行准确定位；如图6所示，将该紧固件的梅花头1-2插进扭剪扳手的内套筒中，在梅花头1-2完全进入扭剪扳手的内套筒时内套筒后退，然后把扭剪扳手的外套筒完全套到螺母2上；如图7所示，打开扭剪扳手的开关，内套筒旋转，开始拧紧螺栓，第二套筒3上的环状凹槽3-1处开始变形带动第二套筒3膨胀成扩大头6，螺栓杆无法从孔中移出并锁住待连接的第一构件7与第二构件8；如图8所示，随着紧固程度加深，旋转速度逐渐减慢，最后使梅花头1-2达到一定扭矩，梅花头1-2剪断，安装完毕。
以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种扭剪型单边自紧螺栓紧固件，其特征在于：包括扭剪型高强螺栓(1)和配套的螺母(2)；扭剪型高强螺栓(1)一端为突出栓杆的螺栓头，另一端为梅花头；所述螺母(2)通过螺纹与扭剪型高强螺栓(1)啮合；从扭剪型高强螺栓(1)的螺栓头一端到螺母(2)所在位置之间的螺栓杆上依次套有第一套筒(4)、第二套筒(3)和垫片(5)；所述第一套筒(4)的材料的屈服强度高于第二套筒(3)；在第一套筒(4)与第二套筒(3)上相对的端面处，第二套筒(3)所属一端位于第一套筒(4)所属一端的内侧；所述第二套筒(3)的外径小于螺母(1)的外径；所述第二套筒(3)上设置有薄弱处，薄弱处发生塑性变形的临界强度低于第二套筒(3)上的其他位置；
第一套筒(4)与第二套筒(3)上相对的端面均设置成楔形，并且第一套筒(4)上的楔形设置在内部，第二套筒(3)上的楔形设置在外部，第一套筒(4)上的楔形与第二套筒(3)上的楔形匹配。
2.根据权利要求1所述的一种扭剪型单边自紧螺栓紧固件，其特征在于：所述第二套筒(3)的材料为低屈服点钢，屈服强度在100MPa～300MPa之间且第二套筒(3)的伸长率在35％以上；所述第一套筒(4)的材料为高强钢，第一套筒(4)的屈服强度高于800Mpa。
3.根据权利要求1至2中任意一条所述的一种扭剪型单边自紧螺栓紧固件，其特征在于：所述薄弱处为一圈环状凹槽。
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