CN201095850Y - 多级重载锚栓 - Google Patents

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瞿滨
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Abstract

本实用新型公开一种多级重载锚栓，由螺母、螺杆及至少二个啮合件组成，各啮合件逐一套置在螺杆上，最里端的啮合件通过螺纹旋拧在螺杆上，且各啮合件的同一端间隔形成数个啮合片，此啮合片交叉插置在相邻啮合件的啮合片之间，螺母则通过螺纹旋拧在螺杆的外端上。此结构配合牢固，具有良好的自锁能力、抗拉力性能、稳定性及抗剪切能力，安装方便，拆卸自如，且能有效的保护混凝土的结构不被破坏，同时充分体现出多级重载锚栓受拉载荷的优良能力，确保被锚固构件安全性。

Description

多级重载锚栓
技术领域
本实用新型属于建筑锚栓的技术领域，涉及一种多级重载锚栓。
背景技术
从五十年代德国发明第一枚锚栓起，锚栓的研究、生产和应用已有五十多年的历史。随着旧房改造的全面开展、结构加固、加层工程的增多、建筑室内外装修的升级，多种多样的建筑幕墙安装、核电站建立和地铁、城铁等建设，有利地促使后锚固连接技术快速发展。
在发达国家和地区，锚栓的应用领域极为广泛，涵盖了建筑、道路、桥梁、地铁、水利及核电站等所有土木工程。国际上欧洲、德国、法国、美国、日本等国家对锚栓的产品和应用进行了大量的研究与试验，不断有新型的锚栓产品问世。
在建筑结构中，锚栓因其锚固的可靠性和安装的灵活性，在许多方面正逐步取代预埋件，在货架固定、设备安装、玻璃幕墙安装、外挂石材、外墙外保温材料锚固、门窗安装、道路护栏、管道支架、建筑装饰以及建筑物改造、加固等工程中大量使用，成为一种极具发展前途的产品。
膨胀型和后切型建筑锚栓属一类产品，优点是安装方便，缺点是膨胀应力集中，膨胀带面积相当有限，一般不超过锚栓螺杆的截面积。当锚栓在预紧时，锚栓在膨胀带产生的应力已经足以使基材混凝土产生裂纹。当锚栓载荷增加时，裂纹随即扩散。尽管裂纹扩散的情况不易被发现，实际情况是基材混凝土局部已被彻底破坏。当载荷持续或进一步加大时，基材混凝土的失效形式大锥体现象发生。
请配合图1、2所示，进行习用建筑锚栓力学模型分析。
当锚栓受到外力F时，锚栓的膨胀带与混凝土(基材)之间必然产生力f与之平衡，这样被锚固的构件才能有效固定。
通常情况下，C25强度等级混凝土被广泛使用，C25的抗压强度值为25N/mm2 ，即25Mpa。当选用高强度等级混凝土C55时，C55的抗压强度值为55N/mm2，即55Mpa。混凝土受到外力作用时，当压强的数值小于混凝土标准强度值时，混凝土可靠，锚固构件安全。当压强的数值大于混凝土标准强度值时，混凝土将被损坏或者即刻被破坏，锚固构件危险。
目前，习用的建筑锚栓种类有：后扩底柱锥式锚栓、后扩底浅埋型锚栓、扭矩控制型后继膨胀套管锚栓、扭矩控制型后继膨胀螺杆锚栓、扭矩控制型螺杆锚栓。上述各类锚栓的力学性能均可由图1描述。显而易见，被锚固的构件安全与否，主要取决于锚栓与混凝土相作用的锚栓膨胀带，锚栓膨胀带有效接触面积的大小，在相同标号混凝土中直接体现了锚固的安全性能。从《机械设计手册》联接与紧固章节中看到，后扩底柱锥式锚栓的膨胀带最大，有效接触面积最大时为：π(D2-d2)/4，其中，D为混凝土的孔径，d为锚栓螺杆直径。
举例如下：
后扩底柱锥式锚栓型号：FZA22×125M16/60
d≌16mm，计算得锚栓螺杆截面积Sd＝201mm2，
D≌22mm，计算得锚栓膨胀带最大接触面积SD＝179mm2，
当C35，未开裂混凝土时，忽略边距影响。查得：混凝土锥体失效时受拉承载力设计值NRd，c＝1.54×32.2≌50KN，计算得混凝土锥体失效时局部受压荷载N＝50KN/179mm2≌279Mpa，显而易见：1、C35标准强度值为35N/mm2，即35Mpa。混凝土局部受到279 Mpa荷载的作用，导致混凝土局部裂纹的产生与扩散，是混凝土锥体失效的主要原因。2、后扩底柱锥式锚栓所受载荷仅249Mpa(50KN/201mm2)。而8.8级的建筑锚栓受拉载荷为800Mpa。
本发明人由上述分析得出：
一、建筑锚栓受拉载荷的能力不能充分体现；
二、习用的各类建筑锚栓有效传递力的接触面积相当有限，已经习惯性迫使非开裂混凝土产生裂纹现象非常严重；
三、建筑锚栓传统的膨胀方式必须被打破，才能有效的保护混凝土的结构不被破坏，同时充分体现出建筑锚栓受拉载荷的优良能力，确保被锚固构件安全性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种多级重载锚栓，其能有效的保护混凝土的结构不被破坏，同时充分体现出多级重载锚栓抗拉抗压的优良能力，确保被锚固构件安全性。
为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种多级重载锚栓，由螺母、螺杆及至少二个啮合件组成，各啮合件逐一套置在螺杆上，最里端的啮合件通过螺纹旋拧在螺杆上，且各啮合件的同一端间隔形成数个啮合片，此啮合片交叉插置在相邻啮合件的啮合片之间，螺母则通过螺纹旋拧在螺杆的外端上。
其中，上述多级重载锚栓共有两个啮合件，两个啮合件的相对端分别间隔形成数个啮合片，两个啮合件的啮合片相互交叉插置在一起。
上述多级重载锚栓有三个以上啮合件，两边的两个啮合件的相对端分别间隔形成数个啮合片，中间的所有啮合件的两端都间隔形成数个啮合片，相邻两个啮合件上相对的啮合片相互交叉插置在一起。
上述各啮合件上啮合片的间隙处对应相邻的啮合片则形成楔形面。
上述各啮合片对应与之配合的楔形面也形成导入面。
上述螺杆上在螺母的里面还套有弹性垫圈和垫片。
采用上述结构后，本实用新型安装时，在墙体上钻孔，将最里端的啮合件旋拧在螺杆上，并将其它啮合件套置在螺杆上，再将螺杆连同啮合件一起插入预先钻好的墙孔中，然后，将外挂物挂置在螺杆上，将螺母旋在螺杆上，旋紧即可。随着螺母的旋紧，螺杆向外移，带动旋拧在螺杆最里端的啮合件随之外移，受最里端的啮合件和螺母相对挤压，使交叉插置的啮合片同时向外翻起、撑开，从两个方向与墙(基材)孔内壁形成相互啮合效应，实现抗压和抗拉的双向啮合定位。
本实用新型与习用的建筑锚栓相比，具有以下优点：
一、在相同的基材混凝土强度时，采用本实用新型作为紧固件，可采用高强度锚栓，极大地提升了安全性、生命线。
二、本实用新型在多个啮合件有效均匀的啮合作用下，螺杆的圆柱面上多个啮合件与墙体间产生了多级的(接近连续)紧密的啮合。无论基材材料多样化或者施工情况迫使基材材料产生了裂纹和空洞，在螺杆的圆柱面上总能存在多个啮合件与基材间的多级的有效啮合，将载荷有效分散，从而在紧固件上得到可靠的紧固力。本实用新型将涵盖砌体、轻质混凝土、钢筋混凝土、石材及金属结构等不同基材领域，更能衍生尼龙、塑料、不锈钢、碳素及合金钢、铝金属结构等不同材质的多领域锚栓。
三、本实用新型在靠近墙面孔内的螺杆直径与墙孔直径相同，锚栓剪应力得以提升一个等级，动载性能是习用各类锚栓无可比拟的。
四、当墙体结构比较松散时(比如：老街道和老城市建筑的墙体)，本实用新型锚栓可以预受力，使得其多级啮合件预先啮合，整体的外径可以间接加大，使之能有效地紧固物件。
附图说明
图1是习用建筑锚栓的受力示意图；
图2是习用建筑锚栓受力后出现混凝土局部裂纹的效果示意图；
图3是本实用新型实施例一的结构示意图；
图4是本实用新型实施例一的使用示意图；
图5是本实用新型实施例二的结构示意图；
图6是本实用新型实施例二的使用示意图；
图7是本实用新型实施例一的受力示意图一；
图8是本实用新型实施例一的受力示意图二；
图9是本实用新型实施例一的受力示意图三；
图10是本实用新型实施例一的受力示意图四；
图11是本实用新型实施例一的啮合面积图；
图12是本实用新型实施例一的公称应力截面图。
具体实施方式
如图3和5所示，是本实用新型的两种形态(实施例一和二)，由螺母10、螺杆20及至少二个啮合件30(啮合件30的个数可依需要而定，实施例一有三个啮合件30，实施例二有两个啮合件30)组成。
各啮合件30逐一套置在螺杆20上。最里端的啮合件30通过其内壁的螺纹与螺杆20的螺纹配合而旋拧在螺杆20上。各啮合件30的同一端通过剖设数段切缝而间隔形成数个啮合片31，此啮合片31交叉插置在相邻啮合件30的啮合片31之间，具体如实施例一的两边的两个啮合件30的相对端分别间隔形成数个啮合片31，中间的所有啮合件30的两端都间隔形成数个啮合片31，相邻两个啮合件30上相对的啮合片31相互交叉插置在一起；又如实施例二的两个啮合件30的相对端分别间隔形成数个啮合片31，两个啮合件30的啮合片31相互交叉插置在一起。为了利于啮合，各啮合件30上啮合片31的间隙处对应相邻的啮合片31则形成楔形面32，而各啮合片31对应与之配合的楔形面32也可进一步形成导入面33。
螺母10则通过其内壁的螺纹与螺杆20的螺纹配合而旋拧在螺杆20的外端上。螺杆20上在螺母10的里面还可进一步套有弹性垫圈12和垫片11。
本实用新型安装时，如图4、6所示，在墙体(基材)上钻孔，将最里端的啮合件30旋拧在螺杆20上，并将其它啮合件30套置在螺杆20上，再将螺杆20连同啮合件30一起插入预先钻好的基材内孔中，然后，将外挂物A挂置在螺杆20上，将螺母10旋在螺杆上，旋紧螺母10，随着螺母10的旋紧，螺杆20向外移，带动旋拧在螺杆20最里端的啮合件30随之外移，受最里端的啮合件30和螺母10相对挤压，使数个啮合件30的啮合片31与基材孔形成啮合，相互撑开，当旋至啮合片31与基材孔有效啮合时，即令螺杆20、啮合片31及基材孔牢固、稳定地配合。
具体原理分析如下：
图3、4所示的减压型锚栓是六级重载锚栓，1、3、5为同向啮合片，2、4、6为反向啮合片，1、2级和3、4级和5、6级组成三对六级膨胀组合，1、4和3、6级为同一部件。每对啮合对锚栓抗拉或抗压时，相互支撑，相互约束，形成了六级双向啮合链，60％以上的有效锚固深度的锚栓圆柱面均匀形成啮合，啮合压强大大降低，其值可设计在基材混凝土抗压强度标准值内，形成了全新的安全啮合理论。
安全啮合理论：
压强：单位面积上的压力称压强。表达式P＝F/S，P-压强，F-压力，S-面积。
啮合压强：多级重载锚栓在加载时，单位啮合面上的压力称啮合压强。
安全啮合压强：多级重载锚栓单位啮合面上的压力值小于锚固基材的抗压标准值时，称单位啮合面上的压力为安全啮合压强。
当啮合压强小于锚固基材抗压标准值，各锚固构件安全可靠。
当啮合压强大于锚固基材抗压标准值，各锚固构件将发生安全事故。
从压强表达式P＝F/S可以看出，压强值的大小，与压力成正比；与面积成反比。即：当压力一定时，面积增加，压强值减小；当面积一定时，压力增加，压强值增加。
六级重载锚栓啮合面积：锚栓机械性能6.8级时，为保证安全啮合压强，啮合结构采用六极双向，如图11、12所示，是六级重载锚栓啮合面积图像和锚栓螺杆公称应力截面面积图像。
表一：六级重载锚栓啮合面积/公称应力截面(锚栓机械性能6.8级)
锚栓规格   M12     M16   M20     M24     M30
公称应力截面(mm2)   83.40     157.00   245.00     353.00     561.00
锚栓啮合面积(mm2)   3360.00     6547.14   10167.95     14299.56     22730.50
六级啮合面积/公称应力截面 40.29 41.70 41.51 40.51 40.52
表一显示，六级重载锚栓的啮合结构产生了强大的啮合面积潜力，提供了安全啮合压强的必要条件。
表二：六级重载锚栓的设计参数(锚栓机械性能6.8级)
  锚栓规格     M12     M16     M20     M24     M30
  拉力设计值KN     27.83     51.83     81.00     116.25     185.25
  拉力保证值KN     37.10     69.10     108.00     155.00     247.00
  拉力破坏值KN     50.58     94.20     147.00     211.80     336.60
  摩擦系数(钢与混凝土)     0.60     0.60     0.60     0.60     0.60
  摩擦力设计值KN     50.58     94.20     147.00     211.80     336.60
  压力设计值KN     84.30     157.00     245.00     353.00     561.00
  啮合面积设计值(mm2)     3360.00     6547.14     10167.95     14299.56     22730.50
  安全啮合压强设计值Mpa     25.09     23.98     24.10     24.69     24.68
表二显示，安全啮合压强设计值均小于等于C25混凝土抗压强度标准值。
表三：八级重载锚栓啮合面积/公称应力截面(锚栓机械性能8.8级)
锚栓规格     M12     M16     M20     M24     M30
公称应力截面(mm2)     83.40     157.00     245.00     353.00     561.00
锚栓啮合面积(mm2)     4480.00     8729.52     13557.27     19066.08     30307.33
六级啮合面积/公称应力截面 53.72 55.60 55.34 54.01 54.02
表四：八级重载锚栓的设计参数(锚栓机械性能8.8级)
锚栓规格     M12     M16     M20     M24     M30
拉力设计值KN     36.68     68.25     110.25     159.00     252.75
拉力保证值KN     48.90     91.00     147.00     212.00     337.00
拉力破坏值KN     66.72     125.60     196.00     282.40     448.80
摩擦系数(钢与混凝土)     0.60     0.60     0.60     0.60     0.60
摩擦力设计值KN     66.72     125.60     196.00     282.40     448.80
压力设计值KN     111.20     209.33     326.67     470.67     801.33
啮合面积设计值(mm2)     4480.00     8729.52     13557.27     19066.08     30307.33
安全啮合压强设计值Mpa 24.82 23.98 24.10 24.69 26.44
表三显示，八级重载锚栓的啮合面积。
表四显示，安全啮合压强设计值均小于等于C25混凝土抗压强度标准值。
图7所示，六级重载锚栓抗拉时，在基材弹性范围内，基材给与1、3、5级啮合链支撑力，同时1、3、5级啮合链又给予2、4、6级啮合链支撑力(见图10所示)，使得三对六级啮合链均匀抗拉。
图8所示，六级重载锚栓抗压时，在基材弹性变量范围内，基材给与2、4、6级啮合链支撑力，同时2、4、6级啮合链又给予1、3、5级啮合链支撑力(见图9所示)，使得三对六级啮合链均匀抗压。
以上分析确定：多级重载锚栓独有的啮合结构产生出优异的抗动载特性。
多级重载锚栓在多级双向啮合链有效均匀的作用下，锚栓的多极双向圆柱啮合面与基材间产生了多级的(接近连续)紧密的啮合，无论基材材料多样性、或者施工情况的复杂性，迫使基材材料产生了裂纹和空洞，在锚栓的圆柱面上总能存在多极双向啮合链(接近连续)与基材间的多级的紧密啮合，从而得到可靠的双向锚固力。多极重载锚栓全新的安全啮合压强结构将使得多极重载锚栓涵盖砌体、空芯砖墙、轻质混凝土、钢筋混凝土、石材及金属结构等不同基材领域的锚固应用。
多级重载锚栓由于具备了安全的啮合压强和优异的抗动载性能，广泛的应用领域将造福人类的安全生活。

Claims (6)

1、一种多级重载锚栓，其特征在于：由螺母、螺杆及至少二个啮合件组成，各啮合件逐一套置在螺杆上，最里端的啮合件通过螺纹旋拧在螺杆上，且各啮合件的同一端间隔形成数个啮合片，此啮合片交叉插置在相邻啮合件的啮合片之间，螺母则通过螺纹旋拧在螺杆的外端上。
2、如权利要求1所述的一种多级重载锚栓，其特征在于：多级重载锚栓共有两个啮合件，两个啮合件的相对端分别间隔形成数个啮合片，两个啮合件的啮合片相互交叉插置在一起。
3、如权利要求1所述的一种多级重载锚栓，其特征在于：多级重载锚栓有三个以上啮合件，两边的两个啮合件的相对端分别间隔形成数个啮合片，中间的所有啮合件的两端都间隔形成数个啮合片，相邻两个啮合件上相对的啮合片相互交叉插置在一起。
4、如权利要求1所述的一种多级重载锚栓，其特征在于：各啮合件上啮合片的间隙处对应相邻的啮合片则形成楔形面。
5、如权利要求4所述的一种多级重载锚栓，其特征在于：各啮合片对应与之配合的楔形面也形成导入面。
6、如权利要求1所述的一种多级重载锚栓，其特征在于：螺杆上在螺母的里面还套有弹性垫圈和垫片。
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Patentee after: Fujian Pengkun Industry Co., Ltd.

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Patentee before: Xiamen Qun Ji Anchor Bolt Co., Ltd.

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Granted publication date: 20080806