CN110848221A - 一种自扩底型机械锚栓 - Google Patents

Abstract

本发明公开了锚栓领域中的一种自扩底型机械锚栓，包括锚栓螺杆和套筒，锚栓螺杆包括光杆部及其两侧的扩张部和螺纹部，套筒套在锚栓螺杆的外侧，螺母套在螺纹部上，扩张部包括喇叭状的倒锥头，倒锥头的外端部通过内凹弧形的倒锥面与光杆部连接，其内端部设有凸出的贴合面，且倒锥头通过过渡平面与贴合面连接；套筒的内端部设有若干均匀分布的径向的开口条，相邻两条开口条之间形成胀开片，胀开片的前端外壁设有切刃齿组，胀开片的内壁设有打磨区，打磨区的前端设有喇叭口，喇叭口与切刃齿组的最外侧连接形成楔形结构。本发明改善了套筒扩张片的胀开和锚栓植入的便利性、可视化，减少了螺杆和套筒扩张件胀开承受荷载的应力集中等问题。

Description

一种自扩底型机械锚栓

技术领域

本发明涉及锚栓领域，具体的说，是涉及一种自扩底型机械锚栓。

背景技术

机械锚栓是利用锚栓与钻孔之间的摩擦作用或锁键作用锚固在混凝土基材上的组件，主要受力部件由金属材料制造的紧固件（螺杆、螺母、垫片）、锥头、扩张件（扩张套筒或扩张片）等组成，机械锚栓分为：膨胀锚栓、扩底锚栓、自攻锚栓等。由于扩底锚栓相对于膨胀锚栓形成锁键以机械啮合力作为锚固力，应力分布与大头预埋件相似，具有较小应力区、小边距、小间距的特点，可靠性强，拉拔位移量很小时能输出较大的力值，适用于开裂混凝土，具有优良的抗震性能，被广泛应用公建、厂房、轨道交通、核电等建筑领域。

扩底锚栓又分为：模扩底锚栓和自扩底锚栓。模扩底锚栓是用专用模具钻头预先扩孔再安装的扩底锚栓；自扩底锚栓是锚栓扩张件上带有硬质刀刃，安装锚栓的同时完成扩孔和扩张件嵌入的扩底锚栓。但是随着建筑业的快速发展，建筑的施工效率也在不断加快，传统锚固类的生根产品，容易产生坍塌等危险事故。市场上的此类产品存在以下问题：

（1）模扩底锚栓安装步骤多，工人为提高安装效率，往往未预先扩孔直接植入安装，把模扩底的倒锥型锁键转化为套筒扩张片与混凝土壁的摩擦力，影响工程安全。

（2）自扩底锚栓存在带有刀刃的扩张件，胀开困难或者胀开不充分，安装过程困难和力值输出不理想。

（3）如图1，倒锥型锁键如图中左侧方框所示，现有的自扩底锚栓的螺杆呈三角形倒锥，锚栓杆与倒锥连接处有明显的交界和角度。当锚栓承受荷载时，三角形倒锥面容易使套筒在折弯部位折弯，且折弯量太大，会使套筒折弯处拉伸或挤压严重，对套筒折弯处应力集中，也会在折弯处形成空腔，使其得不到倒锥面对套筒的支撑；在实际安装完毕受力情况下，倒锥头向空外拉伸，三角形倒锥面会对膨胀片进行挤压，使折弯量继续加大，膨胀后的套筒胀开片会集中托举三角形倒锥头，而同时又会通过螺杆的拉伸，在螺杆与倒锥头交汇处形成拉应力集中区；螺杆三角形倒锥角度陡，安装时套筒端头及内壁容易与三角面产生刮擦，增加安装难度，阻碍套筒扩张片的充分胀开。

（4）套筒扩张件上的硬质刀刃不易胀开，为了使套筒扩张片进入未背切的柱筒状的孔洞中，需要胀开片上的切割齿嵌入到孔壁中并且刮除孔洞壁上的混凝土，从而螺杆倒锥头挤压扩张片并旋转来实现进行背切，直至螺杆倒锥形的最大处。为了实现自扩底锚栓扩张件的刀刃插入混凝土孔洞壁并且完成背切，需要对套筒另一端实现较大的冲击能量。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种自扩底型机械锚栓，改善了套筒扩张片的胀开和锚栓植入的便利性、可视化，减少了螺杆和套筒扩张件胀开承受荷载的应力集中等问题。

本发明技术方案如下所述：

一种自扩底型机械锚栓，包括锚栓螺杆和套筒，所述锚栓螺杆包括光杆部及设于所述光杆部两侧的扩张部和螺纹部，所述套筒套在所述锚栓螺杆的外侧，螺母套在所述螺纹部上，其特征在于，

所述扩张部包括喇叭状的倒锥头，所述倒锥头的外端部通过内凹弧形的倒锥面与所述光杆部连接，其内端部设有凸出的贴合面，且所述倒锥头通过过渡平面与所述贴合面连接；

所述套筒的内端部设有若干均匀分布的径向的开口条，相邻两条所述开口条之间形成胀开片，所述胀开片的前端外壁设有切刃齿组，所述胀开片的内壁设有打磨区，所述打磨区的前端设有倾斜的喇叭口，所述喇叭口与所述切刃齿组的最外侧连接形成楔形结构。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述光杆部的外端部设有一圈环形标记。

进一步的，所述环形标记通过油漆涂装或者激光打线形成。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述螺纹部的端部设有倒角或收缩状的边角。

进一步的，所述倒角或所述边角通过切削形成。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述贴合面包括多个相互连接的斜面，所述斜面通过倒角弧面与所述过渡平面的边缘连接。

进一步的，所述斜面包括多个不同倾斜角度的环形锥面或多个不同半径的环球面。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述螺纹部的外径大于所述光杆部的外径。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述套筒的内侧端部至少设有两条开口条，进而形成至少两条胀开片。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述喇叭口呈外凸的弧形或锥面形。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述套筒的表面设有内凹的第一变形痕，所述切刃齿组位于所述第一变形痕的外侧。

进一步的，所述第一变形痕的切面呈矩形、反倒锥三角形、折线形或内凹的弧线形。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述切刃齿组包括倒勾齿和若干个切刃齿，所述切刃齿位于所述倒勾齿的外侧，所述倒勾齿与最内侧的所述切刃齿之间、相邻两个所述切刃齿之间分别内凹形成不同的辅助变形痕。

进一步的，沿着所述套筒向边缘延伸，所述切刃齿的大小和深度均依次增大。

进一步的，沿着所述套筒向边缘延伸，所述辅助变形痕的深度和宽度均依次增大。

更进一步的，所述第一变形痕的深度大于所述辅助变形痕的深度，所述第一变形痕的宽度大于所述辅助变形痕的宽度。

进一步的，所述切刃齿的切面呈倒锥形。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述套筒的外端侧壁上设有对称的止回点。

进一步的，所述止回点通过机械冲压形成。

进一步的，所述止回点的外表面向内凹陷形成凹点，其内表面向内凸出形成凸点。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述打磨区包括若干条圈状的打磨痕。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述套筒在所述打磨区位置的壁厚小于其他位置的壁厚。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述螺纹部上还套有平垫圈，所述螺母通过所述平垫圈与所述套筒连接。

进一步的，所述螺母与所述平垫圈之间设有弹簧垫。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明改善了套筒扩张片的胀开和锚栓植入的便利性、可视化，减少了螺杆和套筒扩张件胀开承受荷载的应力集中等问题，具体的：

（1）倒锥面的弧形设计、套筒内壁的打磨区、套筒内壁边缘的喇叭口、各个切刃齿的设计、各个变形痕的设计，极大地改善自扩底锚栓套筒胀开部鼓胀需要较大冲击能量和胀开困难的问题；

（2）弧形倒锥面与套筒胀开变形的一致，使胀开片均匀变形，最大程度上减少锚栓螺杆受拉的应力集中和套筒胀开片受力时的应力集中问题；

（3）第一变形痕的设计以及各个切刃齿的大小分布，改善自扩底锚栓切割混凝土孔壁困难问题，使背切混凝土范围尽可能大，最后各切刃齿和倒勾齿与混凝土啮合形成倒锥形锁键，使得倒锥形锁键尽可能大（切割范围大，也能保证形成的倒锥锁键的大小），能保证在尽可能小的位移情况下输出最大的力值，相对于现有产品更加稳固可靠；

（4）套筒内壁的打磨区使得锚栓套筒胀开片自然状态呈收缩状，锚栓植入孔洞时不会刮擦孔壁混凝土，且通过止回点设计既能固定螺杆和套筒，又能目测检查核对锚栓孔洞深度是否已达到要求。

附图说明

图1为现有技术中自扩底锚栓的结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

图3为锚栓螺杆的结构示意图。

图4为贴合面的示意图。

图5为套筒的结构示意图。

图6为一个实施例中喇叭口及切刃齿组的结构示意图。

图7为另一实施例中喇叭口及切刃齿组的结构示意图。

图8为变形痕组的结构示意图。

图9至图11为不同实施例中第一变形痕的结构示意图。

图12为止回点处的侧面剖视图。

图13锚栓螺杆与套筒连接后环形标记的示意图。

在图中，01、锚栓螺杆；02、套筒；

10、锚栓螺杆；11、螺纹部；111、倒角；12、光杆部；121、环形标记；13、倒锥头；14、倒锥面；15、过渡平面；16、贴合面；

20、套筒；21、胀开片；211、开口条；212、打磨区；213、打磨痕；214、喇叭口；22、切刃齿组；2211、第一切刃齿；2212、第二切刃齿；2213、第三切刃齿；2214、倒勾齿；2221、第一变形痕；2222、第二变形痕；2223、第三变形痕；2224、第四变形痕；23、止回点；231、凹点；232、凸点；

31、螺母；32、弹簧垫；33、平垫圈；

40、孔洞外壁；41、圆锥形孔底；42、孔洞空间；43、倒锥空隙。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图2所示，一种自扩底型机械锚栓，包括锚栓螺杆10和套筒20，套筒20套在锚栓螺杆10的外侧，螺母31套在锚栓螺杆10外端的螺纹部11上，螺纹部11上还套有平垫圈33，螺母31通过平垫圈33与套筒20连接。优选的，螺母31与平垫圈33之间设有弹簧垫32，增加了螺母31与平垫圈33之间的可调性。

一、锚栓螺杆10

如图3所示，锚栓螺杆10包括光杆部12及设于光杆部12两侧的扩张部和螺纹部11。

1、螺纹部11

螺纹部11的端部设有倒角111或收缩状的边角，由于在机械锚栓植入孔洞过程中需要锤击端部，通过倒角111或收缩状的边角的应用，能在锤击变形后仍保证螺母31轻松地拧入螺纹部11。优选的，倒角111或边角通过切削形成，简化了倒角111或边角加工工艺。

2、光杆部12

光杆部12的外端部设有一圈环形标记121，使得套筒20向锚栓螺杆10的前端推进后，方便施工安装人员检查套筒20边是否达到环形标记121的中心或至少露出环形标记121的一部分（如图13所示），以此来判断套筒20的胀开片部分是否充分胀开。

优选的，环形标记121通过油漆涂装或者激光打线形成，不损伤锚栓螺杆10的铁基，避免形成环形损伤部而受力应力集中。

3、扩张部

扩张部包括喇叭状的倒锥头13，倒锥头13的外端部通过内凹弧形的倒锥面14与光杆部12连接，坡度缓慢，整体呈喇叭状，在光杆部12与倒锥头13交汇处无明显界线。倒锥头13与倒锥面14的设计作用为：

（1）在套筒20的胀开片由弧形的倒锥面14向前端推进的过程中，与胀开片胀开变形状态一致，不会产生空腔，倒锥面14会对胀开片进行挤压并支撑其内壁，胀开片内壁能轻松通过倒锥面14的支撑并胀开，胀开片上的切刃齿嵌入到孔壁中并且刮除孔洞壁上的混凝土，从而倒锥头13挤压扩张片并旋转来实现进行背切，直至倒锥面14的前端边缘，实现套筒20扩张部分的刀刃插入混凝土孔洞壁并且完成背切，尽量减少安装过程中对套筒20尾部施加的冲击，而形成最大的锁键，达到套筒20的安装过程便利、省力且可靠的目的。

（2）倒锥头13呈喇叭状，在光杆部12与倒锥头13交汇处无明显界线，实际安装完毕受力情况下，倒锥头13向螺纹部11一侧进行拉伸产生稍许位移，倒锥面14会对胀开片进行挤压，使折弯量继续加大，膨胀后的套筒20胀开片会集中托举倒锥头13，而同时又会通过螺杆的拉伸，在螺杆与倒锥头13交汇处形成拉应力集中区，本实施例中的弧形倒锥面14和喇叭状倒锥头13能避免形成锚栓螺杆10的应力集中区；另外，倒锥面14能让套筒20的胀开片金属均匀地变形，胀开片每处的变形量几乎差不多，胀开片不会因某点变形量过大而形成胀开片的应力集中区。

倒锥头13的内端部设有凸出的呈圆形盾状的贴合面16，且倒锥头13通过过渡平面15与贴合面16连接。本实施例中的贴合面16的形状设计具有以下功能：（1）锚栓螺杆10植入孔洞过程中能尽量减少与孔壁混凝土之间的刮擦；（2）凸出的贴合面16呈捣锤头状，能对孔洞底部的混凝土碎屑捣碎；（3）在对套筒20的尾部进行冲击、胀开片与弧形的倒锥面14挤压时，贴合面16能与冲击钻冲击的孔洞底部贴合，顶住锚栓螺杆10，便于胀开片与倒锥面14挤压并保证胀开片胀开的便利性。

优选的，如图4所示，贴合面16包括多个相互连接的斜面，斜面通过倒角弧面与过渡平面15的边缘连接。其中，斜面包括多个不同倾斜角度的环形锥面的组合或多个不同半径的环球面的组合，通过不同工艺生产出不同形状组合的贴合面16，生产工艺多样化。

二、套筒20

如图5所示，套筒20的内端部设有若干均匀分布的径向的开口条211，相邻两条开口条211之间形成胀开片21。优选的，套筒20的内侧端部至少设有两条开口条211，进而形成至少两条胀开片21，本实施例优选为3-4条开口条211，保证胀开片21的受力更加均匀。

胀开片21的前端外壁设有切刃齿组22，胀开片21的内壁设有打磨区212。打磨区212包括若干条圈状的打磨痕213，且套筒20在打磨区212位置的壁厚小于其他位置的壁厚（打磨厚度为0.1-0.4mm）。本实施例设置打磨区212的效果在于：（1）在胀开片21的打磨区212进行打磨后，厚度相对于套筒20其他部位减少，套筒20胀开片21在未胀开时呈收缩状，机械锚栓植入孔洞时减少胀开片21上的切刃齿组22与孔壁混凝土产生的刮擦，保护切刃齿组22和避免产生混凝土碎屑；（2）当胀开片21胀开变形时，能沿着各圈状的打磨痕213变形，打磨痕213的凸出部与弧形倒锥面14接触并挤压，打磨痕213的凹圈作为变形的中心，圈壁两边张开促使胀开片21形成与倒锥面14同样的喇叭状，进而使得锚栓螺杆10与套筒20契合度更优。

如图5至图8所示，套筒20的表面设有内凹的第一变形痕2221，切刃齿组22位于第一变形痕2221的外侧。切刃齿组22包括倒勾齿2214和若干个切刃齿（包括第一切刃齿2211、第二切刃齿2212、第三切刃齿2213），切刃齿位于倒勾齿2214的外侧。

沿着套筒20向边缘延伸，切刃齿的大小和深度均依次增大，即第一切刃齿2211的大小>第二切刃齿2212的大小>第三切刃齿2213的大小，第一切刃齿2211的深度>第二切刃齿2212的深度>第三切刃齿2213的深度。其作用是：胀开片21在胀开时，各切刃齿所面临的的背切混凝土孔壁的阻力大小依次为：第一切刃齿2211>第二切刃齿2212>第三切刃齿2213，第一切刃齿2211齿形最大，保证切其楔形结构和坚韧度，最早介入背切，也是背切的关键点。

优选的，各个切刃齿的切面均呈倒锥形，通过各个切刃齿及倒勾齿2214背切啮合混凝土，便于形成扩底锚栓的锁键，便于机械锚栓与孔洞内壁咬合受力。

倒勾齿2214与最内侧的切刃齿之间、相邻两个切刃齿之间分别内凹形成不同的辅助变形痕（包括第二变形痕2222、第三变形痕2223、第四变形痕2224）。

第一变形痕2221的深度大于各个辅助变形痕的深度，第一变形痕2221的宽度大于辅助变形痕的宽度；另外，沿着套筒20向边缘延伸，辅助变形痕的深度和宽度均依次增大（即第二变形痕2222的深度>第三变形痕2223的深度>第四变形痕2224的深度，第二变形痕2222的宽度>第三变形痕2223的宽度>第四变形痕2224的宽度）。其作用是：胀开片21胀开过程中，第一变形痕2221首先变形；胀开片21初步胀开，第一切刃齿2211、第二切刃齿2212、第三切刃齿2213先后切入孔壁混凝土，受到阻力后第二变形痕2222、第三变形痕2223、第四变形痕2224依次变形。第一变形痕2221、第二变形痕2222、第三变形痕2223、第四变形痕2224的尺寸设计符合倒勾齿2214、各个切刃齿的受力顺序和受力大小。

如图6、图7所示，打磨区212的前端设有倾斜的喇叭口214，喇叭口214与切刃齿组22的最外侧（即第一切刃齿2211）连接形成楔形结构。优选的，喇叭口214呈外凸的弧形或锥面形。本实施例喇叭口214的作用是：（1）便于套筒20与锚栓螺杆10的弧形的倒锥面14接触、挤压，使得推进时不产生刮擦，减少阻力，减少胀开片21的胀开过程所需冲击能量，从而改善了自扩底锚栓的胀开特性；（2）打磨区212的端部打磨成弧形或锥面形，使得喇叭口214与第一切刃齿2211交汇处形成楔形，在套筒20边端稍施加冲击时轻松插入混凝土孔壁，开始背切。

如图8至图11所示，第一变形痕2221的切面呈矩形（图8）、反倒锥三角形（图9）、呈一定角度折线形（图10）、内凹的弧线形（图11），各个第一变形痕2221的形状，均能满足上述功能，使得第一变形痕2221的加工工艺多样化。

如图2、图5、图12所示，套筒20的外端侧壁上设有对称的止回点23。优选的，止回点23通过机械冲压形成，且止回点23的外表面向内凹陷形成凹点231，其内表面向内凸出形成凸点232。其作用是：

（1）由于螺纹部11在车丝过程中形成的螺纹，其外径大于光杆部12的外径，因此止回点23内壁的凸点232可以方便卡住光杆部12，保证套筒20在运输过程和安装过程中不会滑出螺纹部11；（2）在机械锚栓未胀开且止回点23在套筒20内壁形成凸点232卡住螺纹丝牙的自然状态下，扩张部顶部顶住孔底后，止回点23与孔洞外壁40正好在一条线上，因此，止回点23作为套筒20外部的显现，在机械锚栓植入孔洞后，若止回点23露出孔洞外壁40，则说明锚栓的孔洞深度不够，进而可以目测检查锚栓的钻孔深度是否足够。

如图2所示，本发明的锚栓螺杆10与套筒20套入孔洞后，止回点23与孔洞外壁40在一条线上；贴合面16与圆锥形孔底41形成尖端空隙；扩张部的过渡平面15与孔洞之间形成孔洞空间42；倒锥面14与孔洞之间形成倒锥空隙43。

本发明生产、安装过程中具有以下优势：

1、与模扩底锚栓安装步骤相比，本发明只需要打一个直孔，不需要进行扩孔和清孔过程，也减少漏扩孔和扩孔不当所带来的安全隐患；

2、本发明通过改善倒锥头13的锥面为缓弧形，加上套筒20内壁的打磨区212、套筒20内壁端部打磨成喇叭口214、喇叭口214与第一切刃齿2211的楔形构造、第一变形痕2221的构造，极大地改善自扩底锚栓套筒20胀开部鼓胀需要较大冲击能量和胀开困难的问题；

3、喇叭形的倒锥头13、弧形的倒锥面14均与套筒20胀开变形一致，使胀开片21均匀地变形，最大程度上减少锚栓螺杆10收拉的应力集中和套筒20胀开片21受力时的应力集中问题；

4、喇叭口214与第一切刃齿2211的楔形构造、各个切刃齿的形状大小分布、第一变形痕2221设计，改善自扩底锚栓切割混凝土孔壁困难问题，使背切混凝土范围尽可能大，最后各切刃齿和倒勾齿2214与混凝土啮合形成倒锥形锁键，相对于现有产品更加稳固可靠；

5、通过套筒20内壁的圈形打磨区212，使得套筒20胀开片21自然状态呈收缩状，锚栓植入孔洞时不会刮擦孔壁混凝土，且通过止回点23的设计既能固定锚栓螺杆10和套筒20，又能目测检查核对锚栓孔洞深度是否已达到要求。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自扩底型机械锚栓，包括锚栓螺杆和套筒，所述锚栓螺杆包括光杆部及设于所述光杆部两侧的扩张部和螺纹部，所述套筒套在所述锚栓螺杆的外侧，螺母套在所述螺纹部上，其特征在于，

所述扩张部包括喇叭状的倒锥头，所述倒锥头的外端部通过内凹弧形的倒锥面与所述光杆部连接，其内端部设有凸出的贴合面，且所述倒锥头通过过渡平面与所述贴合面连接；

所述套筒的内端部设有若干均匀分布的径向的开口条，相邻两条所述开口条之间形成胀开片，所述胀开片的前端外壁设有切刃齿组，所述胀开片的内壁设有打磨区，所述打磨区的前端设有倾斜的喇叭口，所述喇叭口与所述切刃齿组的最外侧连接形成楔形结构。

2.根据权利要求1所述自扩底型机械锚栓，其特征在于，所述光杆部的外端部设有一圈环形标记。

3.根据权利要求1所述自扩底型机械锚栓，其特征在于，所述螺纹部的端部设有倒角或收缩状的边角。

4.根据权利要求1所述自扩底型机械锚栓，其特征在于，所述贴合面包括多个相互连接的斜面，所述斜面通过倒角弧面与所述过渡平面的边缘连接。

5.根据权利要求1所述自扩底型机械锚栓，其特征在于，所述套筒的表面设有内凹的第一变形痕，所述切刃齿组位于所述第一变形痕的外侧。

6.根据权利要求5所述自扩底型机械锚栓，其特征在于，所述第一变形痕的切面呈矩形、反倒锥三角形、折线形或内凹的弧线形。

7.根据权利要求1所述自扩底型机械锚栓，其特征在于，所述切刃齿组包括倒勾齿和若干个切刃齿，所述切刃齿位于所述倒勾齿的外侧，所述倒勾齿与最内侧的所述切刃齿之间、相邻两个所述切刃齿之间分别内凹形成不同的辅助变形痕。

8.根据权利要求7所述自扩底型机械锚栓，其特征在于，沿着所述套筒向边缘延伸，所述切刃齿的大小和深度均依次增大。

9.根据权利要求7所述自扩底型机械锚栓，其特征在于，沿着所述套筒向边缘延伸，所述辅助变形痕的深度和宽度均依次增大。

10.根据权利要求1所述自扩底型机械锚栓，其特征在于，所述套筒的外端侧壁上设有对称的止回点。

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