CN105155567B - 一种新型地脚锚栓及其成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型地脚锚栓及其成型工艺，锚杆的端部锻压有径向尺寸增粗的镦粗段，该镦粗段上滚压有螺纹。成型工艺：1）对锚杆坯料的端部进行锻压镦粗，锻压的端部成型为镦粗段，锻压镦粗温度控制在300‑600℃之间；2）于镦粗段上滚螺纹。本发明地脚锚栓成型工艺简单，所成型的地脚锚栓精度高、锚栓质量好、施工方便、经济合理、安全可靠，带来用工成本少、劳动强度低、施工效率高等优点，能解决高强度大直径预应力地脚锚栓在常规制作中存在的质量通病问题，有极大的经济效益。特别适合专业化、标准化生产，可作为高层、超高层重型钢结构、水利闸门等高强度大直径预应力地脚锚栓的制作和推广以及借鉴。

Description

一种新型地脚锚栓及其成型工艺

技术领域

本发明属于建筑设施领域，涉及一种地脚锚栓的端部结构及其成型工艺，尤其涉及高层、超高层、重型钢结构建筑、大型水利闸门基础的高强度大直径预应力地脚螺栓及其制作。

背景技术

近年来，钢结构建筑（尤其是高层、超高层重型钢结构建筑、大型水利闸门基础等越来越多，并且越来越向着大跨度、超高层复杂结构方向发展，在高层、超高层重型钢结构建筑、大型水利闸门基础结构中），设计上越来越向着高强度大直径预应力新颖别致的方向发展，因此带来钢结构高强度大直径预应力地脚螺栓的制作施工难度越来越大，制作精度越来越不准确，制作施工成本越来越高，制作施工周期越来越长。现有的高强度大直径预应力地脚螺栓制作施工方法步骤主要为：下料、锯切、攻丝，存在以下一些问题：、规格尺寸检验螺纹几何尺寸偏小，硬度、塑性、物理、化学性能达不到要求或者低于相关规范标准要求；、攻丝时因未进行局部加热，端部螺纹几何尺寸偏小，加工时间过长，劳动强度高，效率低，制作施工成本均较高等。

目前地脚锚栓应用时，地脚锚栓与锚板装配时需进行塞焊缝焊接，车间制作工艺复杂、制作工序多，装配焊接时会产生热应力不规则变形，地脚螺栓杆与锚板的垂直度无法保证还需进行火焰调直，现场施工地脚预埋为散件制作安装，劳动强度大，生产效率低、投入成本高且还不能保证地脚螺栓杆的水平平面度和几何尺寸精度。

鉴于以上现有高强度大直径预应力地脚螺栓在制作施工中存在的质量通病和制作施工成本较高问题和困难，有必要提出一种简单易行的高强度大直径预应力地脚螺栓及其新制作方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型地脚锚栓及其成型工艺，成型工艺简单，所成型的地脚锚栓精度高、锚栓质量好、施工方便、经济合理、安全可靠，带来用工成本少、劳动强度低、施工效率高等优点，有极大的经济效益。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种新型地脚锚栓，具有锚杆，该锚杆的端部锻压有径向尺寸增粗的镦粗段，该镦粗段上滚压有螺纹。

所述镦粗段的长度为270-300mm。

所述镦粗段其径向增粗的尺寸为10-15mm。

所述镦粗段成型在锚杆的上端部和下端部。

所述锚杆采用35CrMo合金结构钢制作而成。

一种新型地脚锚栓的成型工艺，包括有如下步骤：

1）对锚杆坯料的端部进行锻压镦粗，锻压的端部成型为镦粗段，锻压镦粗温度控制在300-600℃之间；

2）于镦粗段上滚螺纹。

所述成型工艺还包括步骤3）对锚杆坯料进行热处理，该热处理包括淬火和回火；淬火时将锚杆坯料加热至850-1000℃并保温3-4h；淬火完成后进行回火，将淬火处理后的锚杆坯料加热至400-500℃并保温4-5h，保温结束后进行常温冷却。

所述镦粗段的长度为270-300mm，径向增粗的尺寸为10-15mm。

所述锚杆坯料为直径50mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至60mm；锚杆坯料为直径75mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至90mm；锚杆坯料为直径90mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至105mm。

所述1）步骤中，对锚杆坯料的上下端部均进行锻压镦粗处理。

采用上述方案后，本发明地脚锚栓，于锚杆的端部锻压成型有镦粗段，锻造加工时由于构件的变形和金属再次结晶，使后来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，于此使锚杆的端部其金属塑性和力学性能均有了很大改善，硬度、塑性、物理、化学性能均能达到相关规范标准要求，而且还克服端部螺纹几何尺寸偏小问题，带来加工时间短，劳动强度低，效率高，制作施工成本低等优点。特别适合专业化、标准化生产，可作为高层、超高层重型钢结构、水利闸门等高强度大直径预应力地脚锚栓的制作和推广以及借鉴。

进一步，锚杆上下端部均锻压成型有镦粗段，一是增强整个地脚锚栓的使用性能，二是下端部锻压镦粗段及滚压有螺纹，于此锚杆与基础预埋锚(模)板装配时可采用螺纹紧固连接，如此施工时克服散件制制作安装带来的缺陷，地脚螺栓杆与锚板的垂直度能够得到保证，于此就能充分保证预埋地脚螺杆结构基础在进行混凝土砼灌时不会使地脚螺栓杆几何尺寸发生位置偏移，能高度保持几何尺寸精度，便于钢柱底部连接安装。即水平面和垂直面、锚杆几何尺寸精度都能够得到充分保证，投入成本少、生产效率高、劳动强度小、安装精度高、施工速度快。

本发明还提出地脚锚栓的成型工艺，先对锚杆坯料的端部进行锻压镦粗，再于镦粗段上滚螺纹，经过该工艺流程锻造加工，由于构件的变形和金属再次结晶，使后来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，坯料的金属塑性和力学性能均有了很大改善。进一步还对地脚锚栓进行热处理，淬火时将坯料加热至850-1000℃并保温3-4h，使坯料内部温度均匀趋于一致，以便形成细小、均匀的奥式体晶粒，保温解冻后将坯料置于冷却能力足够强的淬火介质（强力风冷），使其表面及内部温度迅速降低，得到马氏体或贝氏体组织。由于坯料经淬火处理后其强度、硬度大幅度提高，但韧性较差。为保证坯料的各项性能达到要求，淬火完成后还需进行回火，回火采用大型井式炉将淬火处理后的坯料加热至400-500℃并保温4-5h，保温结束后进行常温冷却。坯料经过回火处理后可以将淬火时产生的残留应力彻底清除，防止其出现变形，开裂现象。并且材料的硬度、强度、塑性和韧性均得到了重新调整，完全达到使用性能要求。

附图说明

图1是本发明地脚锚栓的结构示意图。

标号说明

锚杆 1 上镦粗段 10

螺纹 101 下镦粗段 11

垫片 2 螺母 3。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。

本发明涉及一种新型地脚锚栓，如图1所示，具有锚杆1，该锚杆1的端部锻压有径向尺寸增粗的镦粗段，优选地该镦粗段成型在锚杆1的上、下端部，分别为上镦粗段10和下镦粗段11。该上镦粗段10上滚压有螺纹101，同理下镦粗段11亦滚压有螺纹。当然镦粗段亦可只成型在锚杆1的上端部或者下端部。

锚杆1的长度通常取长为4500mm，所述镦粗段的长度为270-300mm，具体给出实施例中镦粗段的长度为300mm。再有，镦粗段的径向增粗的尺寸为10-15mm。具体而言，当锚杆1为直径50mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至60mm；当锚杆1为直径75mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至90mm；当锚杆为直径90mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至105mm。

锚杆1的材质依据高强度预应力锚栓设计尺寸规格、性能要求进行原材料选择，经数次性能对比，通常采用性能好、材质优良的35CrMo合金结构钢(合金调质钢)。锚杆1上还设有锚杆标高线12。另，锚杆1的上镦粗段10和下镦粗段11上分别套设有垫片2和双螺母3，供安装作用。

施工时，地脚锚栓通过其下端部结构（螺纹、垫块、双螺母）在基础预埋锚(模)板上进行螺纹紧固连接，然后通过预埋件(绑扎固定地脚螺栓杆的一种圆钢线材结构辅助材料)和地脚锚栓杆的中部进行定位紧固焊接连接(两点成一射线原理)，这样就能充分保证预埋地脚螺杆结构基础在进行混凝土砼灌时不会使地脚螺栓杆几何尺寸发生位置偏移，能高度保持几何尺寸精度，便于钢柱底部连接安装(三点成一直线数学几何学原理)，是点、线、面的高度有机统一结合，水平面和垂直面、锚杆几何尺寸精度都能够得到充分保证，也避免预埋锚(模)板需要临时做扩孔处理的问题。于此，投入成本少、生产效率高、劳动强度小、安装精度高、施工速度快。

本发明还提出一种新型地脚锚栓的成型工艺，包括有如下步骤：

1）对锚杆坯料的端部进行锻压镦粗，锻压的端部成型为镦粗段，锻压镦粗温度控制在300-600℃之间；优选地，对锚杆坯料的上下端部均进行锻压镦粗处理；

具体来讲，将经过锯切成型的锚杆坯料放置在700～1500t的锻压设备上进行端部端头局部锻压镦粗，镦粗段的长度L为270-300mm(具体实施例中L=300mm)，镦粗温度严格控制在300-600℃之间（优选实施例有450℃、550℃）；

镦粗段其径向增粗的尺寸控制在10-15mm，镦粗时间根据不同规格锚杆坯料满足对应镦粗几何增粗直径的要求给定；当锚杆坯料为¢50mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至¢60mm；当锚杆坯料为¢75mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至¢90mm；当锚杆坯料为¢90mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至¢105mm；

2）于镦粗段上滚螺纹；将经过锻造处理后的锚杆坯料连接放置于滚丝模上进行加工，通过滚模压力，利用圆钢的塑性变形使锚杆端部的粗部分螺成型。

进一步，成型工艺还包括步骤3）对锚杆坯料进行热处理，该热处理包括淬火和回火；淬火时将锚杆坯料加热至850-1000℃并保温3-4h；淬火完成后进行回火，将淬火处理后的锚杆坯料加热至400-500℃并保温4-5h，保温结束后进行常温冷却；具体而言，将2）步骤螺纹成型的锚杆放置于大型井式溢大户进行淬火，淬火时将锚杆坯料加热至850-1000℃并保温3-4h（优选实施例，加热至850、900、950、1000度，分别保温3、3.3、3.7、4小时），使坯料内部温度均匀趋于一致，以便形成细小、均匀的奥式体晶粒，保温解冻后将坯料置于冷却能力足够强的淬火介质（强力风冷），使其表面及内部温度迅速降低，得到马氏体或贝氏体组织。由于坯料经淬火处理后其强度、硬度大幅度提高，但韧性较差。为保证坯料的各项性能达到要求，淬火完成后还需进行回火，回火采用大型井式炉将淬火处理后的坯料加热至400-500℃并保温4-5h（优选实施例，加热至400、450、500度，分别保温4、4.5、5小时），保温结束后进行常温冷却。坯料经过回火处理后可以将淬火时产生的残留应力彻底清除，防止其出现变形，开裂现象。并且材料的硬度、强度、塑性和韧性均得到了重新调整，完全达到使用性能要求。

另，地脚锚栓的完整工艺流程还包括锚杆坯料的前期准备，具体为：施工准备→结构施工图深化设计翻样→原材料采购→原材料入场验收→深化翻样图下发→出库领料，将领出的原材料根据锚杆规格尺寸经过锯床锯切式切割切割成成所需锚杆坯料。锚杆在进行上述3）步骤后，还进行后期处理，具体为：锚栓构件几何尺寸规格校验（锚栓技术参数检验、锚栓机械性能检验、锚栓构件化学成分分析）→锚栓成品入库包装→锚栓成品储存→锚栓成品出库发运→锚栓成品安装施工等。

高强度预应力锚栓验收主要分为尺寸规格检验、机械性能检验、化学成分检验。由于没有专门的验收规范作为参考，高强度预应力锚栓在实际验收过程中需参考国家诸多类似规范。主要规范预应力锚栓有GB/T 702-86《热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差》、GB/T 10120-1996《金属应力松弛试验方法》、GB6397-86《金属拉伸试验试验试样》、GB228-87《金属拉伸试验方法》、Gb/T111-1997《预应力混凝土用钢棒》、GB2103-88《钢丝验收、包装、标志及质量证明的一般规定》、ASTMAT22《预应力混凝土无涂层高强度钢筋》、GB/T3077-1999《合金结构钢》、GB/T50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》、GB/T3098.1-2000《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》、GB/T222-2006《钢的成品化学成分》规定等执行。并对其构件尺寸规格检验，其锚杆技术参数，构件机械性能检验─其高强度预应力锚杆的机械性能技术要求，构成化学成分分析─高强度预应力锚杆的化学成分技术要求等进行检测分析，均达到或超越上述规定之相关内容要求。

本发明地脚锚栓及对应的成型工艺，特别适用于高层、超高层、重型钢结构、水利大坝闸门等的一种高强度大直径预应力地脚锚栓的制作和施工。通过本发明工艺所制作的一种高强度大直径预应力地脚锚栓生产周期短、制作加工精度高、现场施工速度块、用工成本少、劳动强度低、生产效率高、其质量和各种性能（锚杆几何尺寸规格参数、锚杆技术参数、构件机械性能检验、构件化学成分分析等）均符合或大部分超越现行国家和行业相关标准。本发明工艺简单、施工方便、经济合理、安全可靠、精度高、锚栓质量好，能全盘解决高强度大直径预应力地脚锚栓在常规制作中存在的质量通病问题，有极大的经济效益。特别适合专业化、标准化生产，可作为高层、超高层重型钢结构、水利闸门等高强度大直径预应力地脚锚栓的制作和推广以及借鉴。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明权利要求的范围。

Claims (3)

1.一种新型地脚锚栓，具有锚杆，其特征在于：该锚杆的端部锻压有径向尺寸增粗的镦粗段，该镦粗段为与基础预埋锚板作垂直度安装的镦粗安装段，该镦粗安装段上滚压有与基础预埋锚板紧固连接的螺纹；所述镦粗段的长度为270-300mm；所述镦粗段其径向增粗的尺寸为10-15mm；所述锚杆采用35CrMo合金结构钢制作而成。

2.一种新型地脚锚栓的成型工艺，其特征在于，包括有如下步骤：

1)对锚杆坯料的端部进行锻压镦粗，锻压的端部成型为镦粗段，锻压镦粗温度控制在300-600℃之间；该镦粗段为与基础预埋锚板作垂直度安装的镦粗安装段；

2)于镦粗段上滚压用于与基础预埋锚板紧固连接的螺纹；

步骤3)对锚杆坯料进行热处理，该热处理包括淬火和回火；淬火时将锚杆坯料加热至850-1000℃并保温3-4h；保温解冻后将坯料置于冷却能力足够强的强力风冷淬火介质；淬火完成后进行回火，将淬火处理后的锚杆坯料加热至400-500℃并保温4-5h，保温结束后进行常温冷却；

所述镦粗段的长度为270-300mm，径向增粗的尺寸为10-15mm。

3.如权利要求2所述的一种新型地脚锚栓的成型工艺，其特征在于，所述锚杆坯料为直径50mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至60mm；锚杆坯料为直径75mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至90mm；锚杆坯料为直径90mm规格的，镦粗段的径向尺寸增粗至105mm。