CN1100214C - 倒截锚杆 - Google Patents

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Abstract

一种自动截割的倒截锚杆(1)有一个包括杆(12)的锚身(2)，杆(12)在其沿安装方向的前端有一个圆锥体(3)，圆锥体(3)本身朝它的自由端方向扩张。一个可沿纵向移动的套管(4)可沿锚身(2)推动，在它的前端(8)设计有截割片(5)，截割片(5)通过间隔互相分开，并从塑性关节(11)起朝圆锥体(3)的方向延伸。通过推动套管(4)截割片(5)可在圆锥体(3)上沿径向展开。按照本发明，从截割片(5)的自由前端朝塑性关节(11)方向延伸起截割作用的分段，各有一个背对圆锥体(3)的外表面(6)，它基本上设计为环式面。

Description

倒截锚杆
本发明涉及一种倒截锚杆(Hin terschnittanker)。
在紧固技术中往往要求形成基本上无扩张压力的固定。尤其在边缘距离和轴间距小的情况下，在用传统的扩张销栓锚固时，地基内存在裂缝或甚至龟裂的危险。为此已知一些锚固系统，其中，一种特殊的紧固件形状相配连接地锚固在安装孔内。此外，圆柱形安装孔按一定的深度设倒截。可装入制备好的安装孔内的紧固件包括一根带有制在它上面的锥体的锚杆，锚杆通过套管的轴向通孔导向。套管设计有可展开的扇形段，通过套管与锚杆的相对移动，这些扇形段可伸展到倒截中去。
为了制造倒截，在大多数情况下需要专用设备，它有一个可在安装孔内偏心地旋转磨削的刀刃，通过此刀刃在钻孔孔壁内铣削出倒截。还已知一些倒截锚杆，它们在安装过程中自动形成倒截。例如在US-A-4 702 654中介绍了一种此类自动截割的倒截锚杆，它有一个套管，套管在其沿安装方向的前端有截割片，这些截割片从塑性关节起朝着在锚杆前端的圆锥体方向延伸。推动套管可使截割片在圆锥体上沿径向张开。由于套管旋转，压靠在钻孔孔壁上的截割片的刃边在钻孔孔壁中铣削出倒截。套管沿轴向压在圆锥体上并旋转，直至截割片完全展开和形成具有所期望倒截深度的倒截为止。
这种已知的自动截割的倒截锚杆，其缺点在于截割片的等切面曲线，这一等切面曲线描述了截割片在展开过程中外轮廓轴向投影的曲线变化，它与截割曲线不一致，在这里的截割曲线由倒截的轴向投影决定。因此传入地基内的负荷极不均匀，在很高的负荷水平时这会导致损坏地基。只有在倒截锚杆加上预紧力后才可能有一定程度上的全面接触，此时地基受过压以及截割片被变形。在这种情况下，地基可能受到过分的负荷，这会对可获得的固定值产生不利的影响。与倒截锚杆相比，安装孔尺寸略大，以便能无阻碍地安装。从圆柱形安装孔的孔壁至轴向倒截面的过渡区内的棱角，离套管外表面有一个距离，这一距离与套管与安装孔壁面之间环形间隙的宽度一致。在倒截锚杆拉伸负荷大的情况下，此棱角会被剪切变形。因此倒截锚杆移动并且不再能保证可靠地固定。
因此本发明的目的是要克服先有技术的倒截锚杆中存在的这些缺点。应当创造出一种自动截割的倒截锚杆，它可将负荷尽可能均匀地传入地基内。这种倒截锚杆应能允许高的负荷水平，与此同时不会导致损坏倒截区内的地基。应当尽可能避免从圆柱形安装孔壁至轴向倒截面的过渡区内棱角的剪切。倒截锚杆的结构设计应允许较小的轴间距和边缘距离，在有裂缝的地基中应导致减小向开口裂缝的移动。
本发明提供一种倒截锚杆来实现上述目的。具体而言，按本发明创造了一种自动截割的倒截锚杆，它有一个包括杆的锚身，杆在其沿安装方向的前端有一个圆锥体，圆锥体本身朝它的自由端方向扩张。一个可沿纵向移动的套管可沿锚身推动，在它的前端设计有截割片，截割片通过间隔互相分开，并从塑性关节起朝圆锥体的方向延伸。通过推动套管截割片可在圆锥体上沿径向展开。按照本发明，从截割片的自由前端朝塑性关节方向延伸起截割作用的分段，各有一个背对圆锥体的外表面，它基本上设计为环式面(Torusflache)。
由于截割片外表面沿截割作用区设计为环式面，可使截割片的等切面曲线与截割曲线基本一致。在截割过程中，截割片在倒截内处于其最终位置，它的外表面由于等切面曲线与截割曲线基本一致所以面贴在轴向倒截面上。因此，负荷非常均匀地传入地基内，即使在高的负荷水平情况下也不会导致支承区内地基的损坏。负荷均匀地传入地基内还改善了可获得的倒截锚杆的固定值。采用按本发明的截割片几何结构可以形成这样的倒截，即，它的倒截面相对于圆柱形安装孔的壁面倾斜一个比通常制造的30°更大的角度。因此在通过倒截锚杆固定时，已经允许的固定点之间较小的轴间距和边缘距离，现在还可以进一步减小。在地基有裂缝时，倒截面的这种较大的倾斜角还减少了倒截锚杆向开口裂缝的偏移。
等切面曲线和截割曲线以及传力面的特别良好的一致性可以获得，只要此环面有一个曲率中心，这一曲率中心由截割片外表面位于倒截中的部分的长度对称线与从杆到圆锥体过渡区内角度对称线的交点确定，并有一个按下式确定的半径
R＝[x2+(t/(2sinα))2]1/2式中，R表示环面的半径，x是长度对称线从中心到它与外表面在倒截中的部分的纵向延伸线交点的长度，t是垂直于轴线测量的倒截深度，以及，α是外表面位于倒截内的部分相对于轴线的平均斜度。截割片环式外表面位于倒截内的部分同时又是传力面。
截割片的自由端面设计为截割区，并具有淬火的凸起、齿、镶嵌的刀刃等。在起始状态它基本上垂直于杆的轴线定向。因此保证在截割片的起始位置时刀刃不超出套管圆周。在截割片端面的这种刃边结构，有利于形成截割曲线基本上与等切面曲线的一致。
截割片与圆锥体表面配合工作的后面，有一种基本上与截割片设计为环面的部分相同的走向，并过渡到套管内表面与轴线平行地延伸。与此后面的走向最接近的曲率圆有一个中心，这一中心与环面的曲率中心是重合的。通过所选择的这种后面的几何形状，基本上近似于理想的环壳，因此截割片需要的空间位置最小。截割片的厚度尤其是沿着它的起截割作用的区域基本上保持不变。
若后面沿其纵向长度分段式地设有锥面和圆柱面，则有利于降低加工这种近似于环面形状的后面的费用。在这种情况下，锥面和圆柱面的结构选择为，在截割片的展开状态后面至少区域性地平贴在圆锥体上。以此方式使圆锥体用来支承展开后的截割片，并能在受负荷时将作用在截割片上的力传入圆锥体。
在本发明的一种有利的设计改型中，每一个截割片的环式外表面与一个凸肩毗连，凸肩设计为圆柱面并沿套管的圆周方向延伸。凸肩通过一个其外表面设计为圆柱面的连接段与塑性关节相连。在起始状态，凸肩相对于杆的轴线倾斜。连接段有这样的长度，即，凸肩在展开状态至少局部伸出套管的圆周。采用这种至少局部超出套管圆周的凸肩，使倒截锚杆在安装孔内得到强迫定心。由此保证倒截能均匀地和沿所有方向具有相同深度地制成。至少区域性伸出套管圆周的凸肩将套管与安装孔壁面之间的环形间隙搭接起来。由于凸肩支靠在孔壁上，所以它支承着地基，尤其是支承着从孔壁至倒截面过渡区内受剪力负荷的环形棱角区。
凸肩和连接段在过渡区成直角相交。因此可以良好地承受作用在支承凸肩上的力。在本发明的一种最佳方案中，凸肩在起始状态与环式外表面构成这样的交角，即，使凸肩在展开状态定向为与轴线平行。在这种情况下连接段的长度应这样确定，即，在展开状态使凸肩成面积地贴靠在安装孔的壁面上。这种有利的截割片几何形状对于截割片的定心作用和支承作用都是有利的。在截割片展开时凸肩面贴在安装孔的壁面上以及圆环形地支承着孔壁。在这种情况下连接段垂直于凸肩和轴线定向，并能非常良好地承受作用在凸肩上的力。与此同时，连接段支承着截割片从套管到塑性关节的过渡区，抵制截割片的剪切作用。
若在起始状态凸肩上离杆的轴线最远的区域与轴线成一夹角，这一夹角基本上等于圆锥体外面相对于轴线的倾斜角，可以特别节省空间位置。
下面借助于实施例并参见附图详细说明本发明。在示意图中表示：
图1按本发明的倒截锚杆实施例的局部轴向剖切图；
图2按本发明的倒截锚杆关键部分处于起始状态的轴向剖面；
图3截割片展开后的图1所示实施例轴向剖面；
图4先有技术倒截锚杆截割片推进过程曲线图；以及
图5按本发明的图1所示倒截锚杆截割片推进过程曲线图。
按本发明的自动截割倒截锚杆作为举例的实施方案在图1中总体上用1表示。按照图例，倒截锚杆装入安装孔B中，以便将构件E固定在地基G中。倒截锚杆1有一个包括杆2的锚身2，杆2在其沿安装方向的前端有一个圆锥体3，圆锥体3本身朝它的自由端方向扩张。套管4可沿锚身2推动和沿着杆12移动。套管4的前端有一些截割片5，它们通过间隔互相分开，并从可塑的关节11起朝圆锥体3的方向延伸。截割片5在它们的自由端面8上配备有刃边，它们例如可以是淬火的凸起或硬质合金镶嵌的刀刃。淬火的凸起可以是一些焊点，它们被制在端面8上。也可以例如在端面8上焊上弹簧钢块，它们在焊接过程中附加地淬火。此自由端面8还可以具有经淬火的齿形型面。
推力套管15与套管4相接，它可推移地装在锚身2上并有一个环形法兰6，法兰6例如图中所表示的那样可以弯曲成盘形弹簧状。螺母17拧在锚身2制有外螺纹的后段上，防止推力套管15和带截割片的套管4偶然松脱。通过在锚身2上旋紧螺母17，将盘形弹簧状的法兰16向下压。此时，推力套管15沿安装方向向前推移，以及将带有截割片5的套管4推移到在锚身2前端的圆锥体3上，在这种情况下截割片5沿径向展开。螺母17在锚身2上的旋紧可借助于电动机。为此，在锚身2的后端制有插入端18，通过它可与一旋转驱动装置相连，例如可插入本申请人的一种钻孔机的工具安装座中。套管4和锚身2是旋转连接的。为此，在圆锥体3上制有啮合片14，它们插入截割片之间的间隔内，将锚身2的旋转传递给套管4。通过锚身2与套管4一起旋转，并与此同时通过将套管4推进到圆锥体3上使截割片5展开，逐步铣削地制成所期望的倒截。
截割片5各有一个背对圆锥体3的外表面6，它从截割片5的自由端朝可塑关节11的方向延伸。按照本发明，外表面6在制成倒截时在地基G中铣削的这一至少起截割作用的部分，基本上设计为环面。图2和3中用放大的比例示意表示了自动截割的倒截锚杆1按本发明为关键的部分。其中，图2表示倒截锚杆1处于未锚固的起始状态，图3表示倒截锚杆1处于最终状态，按此状态已制成倒截。截割片外表面6起截割作用的区段的长度用L表示。环面有一个曲率中心M，它由在截割片5展开后外表面6起截割作用的并处于倒截中的区段纵向长度L的长度对称线与锚身2的杆到圆锥体3的过渡区的角度对称线的交点确定。位于长度对称线上的曲率中心M到用L表示的确定外表面6处于倒截中的区段长度距离的直线之间的距离用x表示。直线L与倒截锚杆轴线A的夹角
用α表示。曲率半径R可由公式R＝[x2+(t/(2sinα))2]1/2算出，式中t表示所要求的倒截深度。
由图3可见，截割片5面朝圆锥体3的背面7的走向基本上与外表面6的形状相同。与后面7的这一走向接近的曲率圆K有一个中心，这一中心与环式外表面6的曲率中心M重合。后面7的这一走向通过一种圆柱面和锥面的结构来近似，并从可塑关节11起过渡到套管4与轴线平行的内表面13中。圆柱面和锥面的结构选择成这样，即，在截割面5展开后基本上平面地贴本靠在圆锥体3上，以便在受负荷时尽可能良好地支承截割片5。
图4和5表示了先有技术的倒截锚杆(图4)和按本发明的倒截锚杆(图5)截割片5的截割曲线C和等切面曲线D的变化过程。其中，截割曲线C是表示在展开过程中截割片5外表面6最外面的自由端的走向。等切面曲线D则由外表面6处于相对位置的端部区的走向确定。在按先有技术的倒截锚杆截割片5中，截割曲线C与等切面曲线D的走向彼此偏离，而当倒截锚杆它的截割片5具有按本发明的外表面6以及外表面6至少在起截割作用的区段内被设计成环面时，那么这二者实际上是重合的。
由图2和3中的详细表示中可以看出，环式的外表面6过渡成一个峰状凸起。此峰状凸起通过一个凸肩9和一个连接段10构成，连接段10将凸肩9与塑性关节11连接起来。凸肩9从环式外表面6起朝套管4圆周方向延伸，并设计成圆柱面。在起始状态，凸肩9与最好设计为圆柱面的连接段10之间的过渡棱边安排在套管4圆周以内，或最多伸展到套管4的圆周处。由于过渡棱边没有超出套管的圆周，所以它不妨碍倒截锚杆装入安装孔B内。凸肩9的倾斜角选择为，在截割片5展开时凸肩9搭接了套管4圆周与安装孔B的壁面之间的环形间隙S，并至少局部地面贴在安装孔B的壁面上。按照图中表示的实施例，凸肩9和连接段10在过渡棱边处大约成直角，凸肩9的倾斜角选择为，在截割片5展开后凸肩9基本上平行于轴线A走向。凸肩9和圆锥体3相对于杆12的倾斜角最好互相对应。连接段10大体垂直于轴线A延伸。它的长度设计为使过渡棱边不会妨碍截割片5的展开。凸肩9导致在形成倒截时倒截锚杆的定心，这一定心因此可以使得沿安装孔的整个圆周形成深度相同的倒截。凸肩9成面积地贴靠在安装孔B的壁上，并在倒截的上方支承孔壁。由此可以防止地基被剪切。
由于截割片的外表面沿截割作用区设计为环面，所以截割片的等切面曲线和截割曲线基本上可以一致。在截割过程中截割片在倒截内处于其最终位置，它的外表面由于等切面曲线与截割曲线基本一致所以面贴在轴向倒截面上。因此，负荷非常均匀地传入地基内，即使在高的负荷水平情况下也不会导致支承区内地基的损坏。负荷均匀地传入地基内还改善了可获得的倒截锚杆的固定值。
采用按本发明的截割片几何结构可以形成这样的倒截，即，它的倒截面相对于圆柱形安装孔的壁面还可以倾斜更大的角例如40°至70°，尤其是约60°。因此在采用倒截锚杆固定时已经允许的固定点之间较小的轴间距和边缘距离，现在还可以进一步减小。在地基有裂缝时，倒截面的这种较大的倾斜角还减少了倒截锚杆向开口裂缝的偏移。若在选择倒截角时圆锥体相对于锚身的杆的轴线的倾斜角约30°至45°，尤其是约40°时，那么，力在倒截区内向地基内的传入，还可以在充分利用拱形效果的情况下得到进一步的改善。对于尺寸M4至M30，倒截深度选为至少约2.0毫米至约13.3毫米，在这种情况下，倒截深度随倒截锚杆尺寸的增大而增加。

Claims (9)

1.倒截锚杆，它有一个包括杆(12)的锚身(2)，杆(12)沿安装方向的前端有一个圆锥体(3)，圆锥体(3)本身朝它的自由端方向扩张；以及，有一个可沿锚身(2)推动和沿纵向移动的套管(4)，在套管(4)前端(8)有带刃边的截割片(5)，它们通过间隔互相分开并从塑性关节(11)起朝圆锥体(3)的方向延伸，通过推动套管(4)可在圆锥体(3)上沿径向展开，其特征为：从截割片(5)的自由前端朝塑性关节(11)方向延伸的分段上有一个背对圆锥体(3)的外表面(6)，它至少在起截割作用的区域内基本上设计为环式面。
2.按照权利要求1所述的倒截锚杆，其特征为：环式的外表面(6)有一个曲率中心(M)，它由截割片外表面(6)位于倒截内的区段(L)的长度对称线与从杆(12)到圆锥体(3)过渡区角度对称线的交点确定，并有一个按下式确定的半径
R＝[x2+(t/(2 sinα))2]1/2式中，R表示环式的外表面(6)的半径，x是长度对称线从中心(M)到它与环式的外表面(6)在倒截内区段的纵向延伸线(L)交点的长度，t是垂直于轴线(A)测量的倒截深度，以及，α则外表面(6)位于倒截中的区段相对于轴线(A)的平均斜度。
3.按照权利要求1或2所述的倒截锚杆，其特征为：在截割片(5)的自由端面(8)上设刃边，在起始状态它基本上垂直于杆(12)的轴线(A)定向。
4.按照权利要求3所述的倒截锚杆，其特征为：截割片(5)与圆锥体(3)的表面配合工作的后面(7)，具有一种基本上与截割片(5)外表面(6)设计为环式面的部分相同的走向，并过渡到套管(4)内表面(13)与轴线平行地延伸，其中，与后面(7)的走向最接近的曲率圆(K)有一个中心，这一中心与环式外表面(6)的曲率中心(M)重合。
5.按照权利要求4所述的倒截锚杆，其特征为：后面(7)沿其纵向长度分段式地设有锥面和圆柱面，它们的结构选择为，在截割片(5)的展开状态，后面(7)至少按区地平贴在圆锥体(3)上。
6.按照权利要求1所述的倒截锚杆，其特征为：每一个截割片(5)的环式的外表面(6)与凸肩(9)毗连，凸肩(9)设计为圆柱面并沿套管(4)的圆周方向延伸，它通过一个其外表面设计为圆柱面的连接段(10)与塑性关节(11)相连，其中，凸肩(9)在起始状态相对于杆(12)的轴线(A)是倾斜的，连接段(10)有这样的长度，即，凸肩(9)在展开状态至少区域性地伸出套管(4)的圆周。
7.按照权利要求6所述的倒截锚杆，其特征为：凸肩(9)和连接段(10)在过渡区成直角相交。
8.按照权利要求7所述的倒截锚杆，其特征为：凸肩(9)在起始状态与环式的外表面(6)构成这样的交角，即，在展开状态使凸肩定向为与轴线平行。
9.按照权利要求8所述的倒截锚杆，其特征为：凸肩(9)在起始状态在其离杆(12)的轴线(A)最远的区域相对于轴线倾斜一个角度(α)，这一角度(α)基本上等于圆锥体(3)相对于轴线(A)的倾斜角。
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