CN86102960A

CN86102960A - 膨胀式止动螺栓

Info

Publication number: CN86102960A
Application number: CN86102960.7A
Authority: CN
Inventors: 理查德·达尼尔·迪克森; 约翰·豪兰德·鲁尔
Original assignee: Huck Manufacturing Co
Current assignee: Huck Manufacturing Co
Priority date: 1985-04-29
Filing date: 1986-04-29
Publication date: 1987-04-29
Also published as: WO1986006447A2; ZA863199B; EP0221144A1; CN1004722B; KR880700172A; IL78645A0; JPS63500196A; PT82478A; ES296605Y; ES296605U; AU5814986A; AU579733B2; WO1986006447A3; IN163030B; AR240191A1

Abstract

一个将工件紧固在混凝土中的止动螺栓装置。包括一个螺栓、一个锁定环和一个套筒。其中螺栓带有一个膨胀部分，在螺栓和套筒之间加上轴向力后，该膨胀部分使套筒内侧径向膨胀与混凝土孔壁相结合。该螺栓还带有一个加粗销杆头。该加粗销杆头可以跟套筒的膨胀端相配合以制止螺栓的相对运动，还可对已膨胀了的套筒膨胀端再作进一步的径向膨胀。螺栓上还套有一个锁定环，套筒径向膨胀之后，就可将锁定环挤入到螺栓的锁定螺纹槽中。

Description

本发明涉及设在混液土或其它同类材料中的止动螺栓。

本发明涉及的内容在美国专利3，915，053号、2，531，048号和4，472，096号中所叙述过的那种双构件压式紧固件或锁定螺栓。

将工件紧固在混液土上的螺栓往往采用一个芯子和一个膨胀套筒，套筒随着芯子的相对移动而膨胀，结果使紧固螺栓与混液土中的预先钻好的孔形成静配合。这种静配合是这样形成的，即在芯杆跟套筒之间加上一个相对的轴向力。在混液土孔过大或者当套筒被膨胀时孔中局部区域的混凝土块被过多地挤碎的情况下，在套筒的膨胀部位与混凝土孔之间的封闭式连接就会遭到破坏。而事实上许多场合，芯子可能挤入到套筒中的哪个位置上是无法预料的;而在极端的情况下，芯杆交最终到达一种几乎穿过套筒的位置。

在以前的结构中，是采用将芯杆变粗的部份拉入套筒的方法使套筒膨胀的。当套筒被膨胀后，一旦跟混凝土孔接合时，这时出现的夹紧力是初步的，不牢靠的。而且，当芯杆混凝土继续挤入套筒时，该夹紧力的有效性并没有明显的提高。而在本发明中，芯杆本身带有一个延长的膨胀部份，用它使套筒径向向外膨胀，以便提供一级的膨胀夹紧力或者将套筒跟混凝土孔锁定。在优选的实施例中，止动螺栓膨胀部份的一端是一个加粗的销杆头，该粗销杆头具有一个平面配合面，该配合面与套筒的膨胀端的末端配合。一级膨胀的结果，能跟混凝土孔形成具有足够强度的封闭的螺栓头连接。这种接合所起的作用，就象在螺栓和套筒之间放上一个挡块一样，它将螺栓定位在相对于套筒另一端的一个所需的位置上。与此同时，如果一级膨胀夹紧力仍然不够大，那么若将加粗的销杆头部分挤头套筒的一端，使套筒产生轴向膨胀或径向外鼓（呈柱状弯曲），加粗的销杆头的这种接合可以为套筒内侧端提供更进一步的径向膨胀。然而，万一在混凝土孔径过大或局部粉碎过多的场合，为了增强套筒混凝土孔之间的锁定，销杆头还能进一步膨胀套筒并提供二级腹背受敌夹紧力。这时，螺栓的进一步位移是不大的，最终定位在一个预定的、可接触的范围之内。

为了使套筒能跟混凝土孔壁咬住或啮合得更牢，套筒的膨胀端可以做成细齿面或粗糙面。紧靠着混凝土或工件的外表面设有一个法兰环，它提供了一个为承受反作用力加宽了的支承面。另一种结构是采用一种带有平垫的直环来做反作用力的支承面。

螺栓的销定螺扣最好采用阳螺纹。而环上带有与珍珠阴螺纹，阴螺纹的范围是预选限定的，它正好可将套筒、螺栓及锁定环预装配起来。环内阴螺纹的强度是根据轴向锁定力来选择的，在锁定力达到某一程度即环发生变形或挤入螺栓的锁定螺纹槽之前，环内阴螺纹就会发生剪切或变形，这时，环就不再承受安装荷载了，就跟那些不带阴螺纹的环一样。

在有些申请中，希望紧固件具有高强度，即根据在将止动螺栓从混凝土孔拔出来的方向上，对挤压环施加预定的轴赂拉伸最高设计荷载来设计，其结果是要么混凝土被拉坏，要么因承受拉力过大使螺栓的锁定螺旋槽径向切断。同样，要做到螺栓的螺旋槽不被破坏，那么应使锁定螺旋槽在所承受的挤压荷载下不会变形或者变弱。为此，锁定螺旋槽应具有独特的结构，使其能够获得抗变形的高强度。

本发明的一种优先结构是，锁定螺旋槽是非常浅的，具有一个流线形的根部。这种锁定螺旋槽就规定了所需要的螺纹的结构，螺旋槽根部呈浅的流线形，就使它具有了有效的抗拉强度、抗变形能力（当锁定环挤入时）和使用寿命。与相当的螺栓紧固件或以前的锁定螺旋槽相比，这种结构的寿命最长。另外，环应具有预定的壁厚和体积，这样，不仅当螺栓挤入时可以有裕量填充锁定螺旋槽，而且还使环具有足够的环向韧性，以防止环材料从螺栓的汪螺旋槽中弹跳出来。后一要求使螺栓与套筒、环之间保持夹紧，该夹紧力占安装荷载和螺栓上过锁定螺旋槽的横截面的应力的屈服强度的很大百分比。

本发明的一个方案是，加在螺栓上的有效初荷载要比螺栓锁定螺纹槽的允许荷载略低。为了承受这一初荷载，螺栓和环上应有一定数量的螺纹牙顶相啮合，这就要求环有一定的长度，而按本方案做的环要做得更长一些。这样，在拉伸荷载下，紧固件的破坏发生在螺栓锁定螺纹槽的径向断裂上。正如已指出的那样，这一坡坏性拉伸荷载跟紧固连接部位的最大设计拉伸荷载是相等的（最好再大一些），这样，破坏就会发生在混凝土孔或锁定螺纹槽等处。

具有高强度结构的螺栓，对于挤压荷载不会产生显著变型，这是有利的。而采用这种有用的浅螺纹槽外形是防止产生变型的重要因素。采用浅螺纹槽是本发明的一大特点，这里螺栓采用螺旋式螺纹。而当环最终挤入螺栓的螺纹槽中时，在环中就将形成一个互补阴螺纹。但如果在挤压中螺栓的螺纹发生变形，那么这些螺纹槽的功能就不如带有挤压环的螺纹紧固件那样有效。而采用本发明的浅螺纹槽、高强度螺栓，这此变形就不会发生了。这样就能保留螺纹的完整性，可以象普通螺纹紧固件那样，用合适的板手来卸和（或）上挤压环。

本发明的目的在于要提供一种新的止动螺栓，将它埋在预先钻好的混凝土孔中，能使工件与混凝土紧固住。

通过下面的叙述，就会逐步对本发明的其它特性和优点有所了解。叙述时配有示意图，这些图为：

图1为埋在混凝土孔中的本发明的止动螺栓的部分立剖面图，这时还未用安装工具对螺栓进行调整;

图2跟图1相似，也是立剖面图。这里已对止动螺栓进行了部分调整，套筒的一端已被径向膨胀开，并与混凝土孔壁相结合;

图3跟图1和图2相似，这里止动螺栓的销杆头已跟套筒的膨胀端相配合，环也已挤压在螺栓上;

图4跟图1相类似，示出了另一种止动螺栓;

图5为图1的局部较长，该止动螺栓采用高强度锁定浅螺纹槽，具有本发明的特点;

图6为一张局部剖面图，放大地示出了图5止动螺栓上锁定螺纹槽的优选外形。

参阅各图可知，所示的止动螺栓10被埋在混凝土部件14的预先钻好的孔12中，要将工件16紧固在混凝土部件14的外表面18上，不过图示的情况是尚未对螺栓进行固定。工件16带有一个孔20，以便跟混凝土孔12相对齐。

止动螺栓10具有一个销杆或芯杆22，芯子22带有一长段杆轴24，而顶端为一个加粗销杆头26。销杆24中有一段直径不变的直轴段28，直轴28的末端接销杆头26，而在另一方向上跟一个扩张型的锥形部分30相接。锥形部分30将直轴段28跟直径已变小的等径细螺杆段32连接起来，而细螺杆段32又跟带有许多锁定螺纹槽36的销定部分34相接。销杆24的另一端为牵引部分38，牵引部分上带有环形牵引槽40，环形的危险槽24为销杆24上的最薄弱点，它们于牵引部分38和锁定部分34之间。

止动螺栓10还带有一个延伸的套筒44，该套筒在其整个长度上具有相同的横断面。套筒44的中心孔45与细螺杆段32是紧配合。另外，锁定部分34的最大直径不大于细螺杆段32的最大直径，而牵引部分38的最大直径也小于细螺杆段32的直径套筒44能自由地套在销杆24上，一直套到锥形部分30上;并能轻轻打入或紧固在芯杆22上，这样，芯杆22跟套筒44就结合的象一个部件。套筒具有固定不变以横断颀，故可以从套筒两端的任何一端套入到销杆24上。

筒状锁定环46可套在从工件孔20外侧端伸出来的销杆24上。锁定环具有一个较平直的直环部分48和一个加粗了的法兰环50。法兰环50跟套筒44和工作孔20的对面或外侧相靠，这样，该法壮环50就能部分挤压住工件16的外侧面52的周边。正如从图上可见，当用牵引工具54在芯杆22和销定环46之间加上一个轴向力来对止动螺栓10进行调整固定之后，锁定环46就被挤入锁定螺旋槽36，以便将芯杆22跟套筒44锁定起来。牵引工具54是众所周知的通用件的构造，为了说明问题起见只画出了一部分。在有一种方案中，锁定环46可以预先组装在芯杆22上。这样，芯杆22、套筒44和锁定环46就组合成了一个部件上。

另外，锁定环46上可以带有一些配合螺纹62。这一结构便利于芯杆22、套筒44和锁定环46的组装工作。这样，将锁定环46与芯杆22的螺纹锁定部分34拧接上，就能将上述的21个紧固部件预组装起来。为了组装方便起见，锁定法兰环50应呈普通的六角形或其它不规则的形状，可便于应用适当的板手等工具。与此同时，芯杆22的牵引部分38上应具有扁平面，便于卡住，以免在预组装过程中出现相对旋转。另一个办法是，销杆24的杆头呈六角形。以便可以卡住来避免出现上述那种的相对旋转现象。在另一种方案中，为了防止在安装后又将锁定环46卸走，法兰环50可做成环形。

这里请看图1-3，在操作中，所钻的混凝土孔12应有足够的深度，可以放入芯杆22、套筒44和锁定环46的组装件，并在再放上工件16之后，这时，套筒44不应高了工件16的表面52。另外，为了便于工具54的夹爪56的操作，在工件表面52的外头应有足够数量的牵引槽40。将工件孔20跟混凝土孔12轴向对准，并使由芯杆22、套筒44和锁定环46组成的预组装紧固件放置在混凝土孔12和工件孔20之中，并交定法兰环50靠在工件表面52上，接着，将夹爪56钳入牵引槽40中，并使压紧砧58靠在锁定环46的外侧端上，这样，牵引工具54就连接到紧固件10上了。操作牵引工具54，就在芯杆22和锁定环46之间加上了轴向力。当牵引力加大时，芯杆22就将销杆24的扩张型锥形部分30带入套筒孔45，使套筒44的内侧端径向往外膨胀，跟混凝土孔12的孔壁结合上，当锥形部分30被进一步挤入套筒孔45时，套筒44的内侧端就继续腹背受敌并跟芯杆22的直轴段28形成过盈配合，这就是套筒44径向膨胀的最大直径，并形成粗堵头59（见图2和图3）。套筒膨胀过程直到销杆头26与被膨胀的套筒44的端部相碰才停止，使套筒44和混凝土孔12结合或锁定，这被定义为一级膨胀。

销杆头26跟套筒44的膨胀端相配合起到了锁块的作用，可以螺栓的进一步移动，并把套筒44的这一端限定住而防止套筒44从销杆头26那儿挤有序地出去。在这种情况下，控制轴向安装拉力，使工具54的压紧砧58将锁定环46挤入锁定螺纹槽36。这时，锁定螺纹槽36是跟锁定环46对准的。在锁定环46被挤压之后，进一步轴向拉力，结果会导致销杆24在危险槽24处被拉断。这样，紧固连接的整个安装工作就全部完毕，如图3所示。

锁定环配合螺纹62的数目和螺纹的径向深度均是有限定的，帮螺纹的强度也是被限定的。这样，当紧固安装工作开始后，当芯杆222相对于锁定环46进行轴向移动时，配合螺纹62将很易变形成被剪切;这一情况在较低的轴向荷载下就会发生，故锁定环46就不会过早地挤入销杆锁定螺旋槽36中。在发明的一种方案中，只设有一圈（360°）锁定环配合螺纹就足以满足预组装的要求，当然在紧固安装时仍然很易变形。应注意到。带有牵引槽的牵引部分38的最大直径小于锁定环配合螺纹62的内径，这样，锁定环46就能很容易地套到芯杆22上，锁定环的配合螺纹62也能拧到锁定部分34的螺纹上。

总的来讲，混凝土孔12和套筒44的外表面之间的间隙应符合预选的要求，以便于将芯杆22和套筒44组件放入到混凝土孔12中。不过这一间隙还是有限制的，即当套筒44内侧膨胀时，套筒跟混凝土孔12之间将能获得牢固的锁定。应注意到：销杆头26的直径一般跟套筒44的外径是一样的。而相信的直轴段28的直径一般等于轴套44的平均直径，即为套筒外径跟内径之和的一半，或者可以说平均直径等于外径减去套筒的壁厚。还应看到：扩张型锥形部分的长度跟直轴段28即最终膨胀部分的长度相比是较短的。故套筒44将在有交物范围内被加以膨胀，以便能良好地跟混凝土孔12的孔壁相销定。本发明中的一种结构是这样的，由于套筒44的外径为1.587Cm（0.625）英寸）和内径为1.155Cm（0.455英寸），销杆24的直径已减小了的等径细螺杆部分32的直径约为1.143Cm（0.450英寸），而它的加粗了的直轴段28的直径为1.435Cm（0.565英寸）。销杆头26的直径约为1.587Cm（0.625英寸）。直轴段28的长度应约为扩张型锥形部分30的2～3倍。扩张型锥形部分30的扩张边跟芯杆22的轴线成15°角。在芯杆的各部分采用上述尺寸时，直轴段28的轴各长度为1.955Cm（0.770英寸），而锥形部分30的长度为0.838Cm（0.330英寸）。而套筒44外径表面跟混凝土孔壁之间的总的径向间间隙范围为0.0254Cm（0.010英寸）～0.101Cm（0.040英寸）。

如上面已，当销杆头26跟套筒44的膨胀端相靠时就对套筒44进行了最后的膨胀锁定，这就在预埋紧固件10和混凝土孔12之间提供了所需的一级锁定，以便将工件16固定在混凝土部件14上。然而，在有些场合，混凝土孔12和套筒44之间的间隙往往过大。而在另外一些场合，在混凝土孔12中的套筒膨胀区上，往往使混凝土又粉碎太多。在出现上述以类似的情况时，会影响一级径向膨胀锁定的可靠性。而采用本发明中的结构，就能够很好地来对付这些情况，以第二级膨胀的方式提供良好的锁定。故当销杆头26已跟套筒44的内侧膨胀端靠上时，若套筒膨胀端仍然不能与混凝土孔12的孔壁紧密结合，那么仍然可以进行进一步的径向膨胀。这时，销杆头26可使套筒端头发生径向鼓起现象，跟术弯曲型的情况一样;或者是销杆头26就轴向移动进入套筒44的内径孔45。应注意到：销杆头26的配合端面60一般跟螺栓轴线横切或相互垂直;这就提供了一个可以靠在套筒44内侧端上的配合平面。由于芯杆22的材料比套筒的要硬得多，故销杆头26可以不发生变形地挤入套筒44。在某些情况下，销杆头26的配合面60会从套筒44的内侧端上挤下一圈材料，以使螺栓头26可以挤入内径孔45来对套筒44进行径向膨胀。在上述的任何一种情况下，结果均可加大套筒44的径向膨胀，这样，就能够对付上面提到过的各种情况，而在止动螺栓10和混凝土孔12之间提供牢固的锁定。

在本发明的一种方案中，芯杆22采用AISI（美国铁学会）4140合金钢，硬度为RC33-36;而套筒44采用AISI1020碳钢，硬度为R80-90。应注意到：锁定环46和压紧砧58互相之间的配合线形状应是这样的，它使得只有在上述的安装调整工序均已毕之后，才能让锁定环46挤入锁定螺纹槽36;也就是，只有在堵头59已懒散成，需要时也已利用销杆头26进行了第二级径向膨胀之后，才能进行锁定环挤压。

就蛭，在发明的一种方案中，螺纹锁定部分34应有一定的长度，以至于在紧固安装完毕后，销定部分34在锁定环46外侧端以外留出较长的一段，见图3。这样，通过合适的螺纹部件和螺纹连接，可很方便地往紧固件10上安装上其它所需的装置。另外，在一些安装场地里，往往需要对一个或几个已安装好的止动螺栓10进行荷载试验。可在销杆22和工件16之间加上一个大小已预选好的轴向荷载试图将止动螺栓10从混凝土孔12中拉出来。已安装好的紧固件10应该能承受这一设计荷载，而在从混凝土孔12往外的方向上没有较大的位移。在锁定环46外侧端以外留有一段带螺纹的部分，以便可以往芯杆22上拧上试验工具，这样，就可以进行荷载试验。

发明的另一种方案示于图4。这里为了简便起见，与图1-3中相类似的部件采用相同的数字标号，只是均带有字母脚注“a”;同样，有些部件的说明也就省略了。

为了将工件16a固定在混凝土部件14a上，在混凝土部件14a的预先钻好的孔12a中放上一个止动螺栓10a。

销杆或芯杆22a的构造基本上跟图1-3中的芯杆22是相同的。不同之处只是，锁定部分34a上带有一个或几个轴向较宽的槽63，它具有抗转动功能，以防止在锁定环46a跟芯杆22a之间出现相对转动。另外，在止动螺栓10a已紧固完毕后，可以防止将锁定环46a从锁定螺纹槽36a上脱掉。

套筒44a的内侧端上带有一段粗糙的外表面的部分64，可以采用滚花面或细齿面。粗糙表面部分64的轴向长度至少应跟直轴段28a的一样长，最好再长一些。这样，紧固时，粗糙表面部分至少可部分地跟扩张型锥形部分30a形成过盈配合。粗糙表面部分64将会咬入混凝土孔12a的孔壁，从而增加了套筒44a和混凝土孔12a之间的结合力。

锁定环46a具有平直的侧面，只是在其外侧端形成一个加粗的挤压凸缘66。与压紧砧（图中未示出）挤压表面外形相吻合的抗压凸缘66对初始挤压力抵抗的功能。而只有当相对的轴向拉力达到所需的一定值时，才可以开始进行挤压。锁定环46a的内侧端呈直筒式结构。在本方案中，在锁定环46a和套筒44a的外侧端之间设有一个平垫68，它跟工件表面52a相配合，以便为安装荷载提供一个紧固件的反作用面。平垫68中有一个孔70，孔径跟套筒孔45a相同。锁定环的配合螺纹62a和带螺纹的锁定部分34a配合，可将芯杆22a、套筒44a、反作用平垫68和锁定环46a预组装起来，以便于操作。

止动螺栓10a的一般操作跟图1-3中的止动螺栓10相似，这里就不讲了。

如已叙述的那样，要求采用本发明的止动螺栓的混凝土牢固连接应具有足够的强度，即当所承受的拉伸荷载小于预定的最大荷载时，止动螺栓或周围的混凝土均不发生破裂现象。利用本发明的特点，可以采用环形锁定槽这一外形构造，在许多申请中所提及的螺纹形式（如图1-4中所示）也是可取的，而这些形式的优点，上面已讨论过了。而普通螺纹有时在拉伸荷载小于最大设计荷载甚至在等于安装荷载的情况下就断裂了。另外，当锁定环挤压时普通螺纹也易于发生变形，这样，对普通螺纹的连接功能也会有影响。已经发现，图5和图6所示为芯相干22b提供的锁定螺纹槽外形曲线是有其优越性的。

在图5和图6所示的实例中，跟图1-3中相同的部件均采用相同的数字标号，只是外加上字母脚注“b”。另外，有些部件的说明就不再重复了。举例来说，除了如图5和图6所示并已提到的那个带有锁定螺纹槽部分34b的细节以外，芯杆22b跟图1-3中的芯相干22是相同的。

先请看图6，在发明的一个方案中，芯杆22b上锁定部分34b的锁定螺纹槽36b采用浅槽结构，具有一个近似流线型的根部。流线性的轮廓线能在两个不同直径之间提供一个过渡，而且基本上不产生应力集中或者有效应力集中系数（Kt）为1（1）。锁定螺纹槽36b被环形齿顶78所分割，36b可以用根部72来规定。该根部的一端跟前过渡区74相接，而另一端跟后过渡区76相连。为了使根部形状尽可能接近流线形，根部72一般呈椭圆形，根部曲线可用下列关系来定义。

(X2)/(Db2) + (Y²)/(D_b ²) = 1

式中，（X， Y）为根部曲面上点的坐标。事实上，该椭圆曲线模仿了两条澭形曲线，一条来自过渡区74，另一条来自过渡区76。

除上述外，锁定螺纹槽36b可用下列参数进一步定义：

1.P-一连续锁定螺旋槽36b之间的螺距;

2.P/X-一螺纹肩部70的宽度，所选取的X值提供了销定环46b材料最终抗剪切强度跟芯杆22b材料最终抗剪切强度之间的比值，这样，在拉伸荷载作用下，剪切破坏会发生有效剪切平面上，即横切螺栓的螺纹肩部78或已挤压锁定环的合成螺纹肩部;

3.h-一锁定螺旋槽36b的深度;

4.Dr-一锁定螺纹槽36b的有效根部直线;

5.D_U-一螺旋螺纹肩部78的齿顶直径（或根据用带有螺纹的螺栓22b的齿顶来定义）;

6.Da-一椭圆的长轴，该椭圆定义根部72的椭圆根部曲线;

7.Db-一椭圆的短轴，该椭圆定义根部72的椭圆根部曲线。

8.Db/2-一为椭圆短轴的一半，或者是沿着短轴D，从根部72至长轴Da的距离;

9.L-一为前述过渡区74和后过渡区76的两条切线之间的轴向距离，这两条切线与由根部72定义的椭圆相切;

10.W-为沿着短轴D_b从根部72至轴长为L的轴线之间的径向距离。

在一种方案中，前过渡区74的平面与芯杆22b的轴线的垂直面的夹角为40°，而后过渡区76的平面与芯杆的轴线的垂直面的夹角陡一些，为20°。在挤压过程中，前过渡区74的这个角度便于锁定环46b材料的滑移，而较陡的后过渡区可以为被挤压的锁定环材料起到支撑的作用。在挤压过程中，当锁定环46b伸长时，这一支撑效果可使锁定环46b和套筒44b相互之间夹得更紧。过渡区74和76跟椭圆根部72相切，这样，在轮廓线上可以做到平坦的过渡。这个椭圆形的根部72具有一个比长轴直径D_a短的轴各长度L和径向宽度W，该径向宽度W小于短轴的一半。这个根部72的长度L和宽度W总是分别小于长轴D_a和短轴D_b。然而，在有上述倾角的直线过渡区74和76的情况下，为了确保平坦的过渡，宽度W不应小于D_b/2的80%或D_b/2的80%或D_b的40%。

在采用图5～6的紧固件结构时，已发现应对每一个螺旋槽的深度进行选择，以提供深度h对芯杆22b的螺纹点顶直径D_u的最小比值。对这一点来讲，螺旋槽深度h的主要标准是，它应有足够的深度，以便在挤压之后能够很好地容纳和只留锁定环48a的材料。螺旋槽深度可取为0.04×D_u或再浅一些，即（h/D_u）×10²＝4。采用这样的浅螺纹槽，在螺纹齿顶直径D_u给定的情况下，螺栓可获得最大的根部直径D_r。这样，在材料已给定的情况下，芯相干22_b将具有最大的抗拉强度。这是因为拉伸破坏会发生在根部直径D上，而在采用最大根部直径时，D_r只比D_u小一点。采用最大的根部直径，也可以延长疲劳寿命。事实上，由于螺纹36b为螺旋式的，拉伸破坏会发生在某些平均直么D_m上，D_m为根部直径和螺纹齿顶直径D_a的平均值。这样，对于直径给定的螺杆来讲，与普通的螺纹紧固件相比。采用本发明就能提高抗拉强度和延长疲劳寿命。与此同时，浅螺纹槽36b允许在根部72采用流线形或椭圆形外形，其效果是可以大大减小应力集中系数K_t，这又有利于延长疲劳寿命。当然，跟以前的止动螺栓锁定螺纹加以比较，也能得到同样的比较结果。

采用浅螺纹槽结构时，希望锁定环46b提供这样的材料体积，即把46b挤入锁定螺纹槽36b内时，环46b提供的材料体积大于填充36b的螺扣所需要的体积。

在一个实施例中，须选定46b的体积以提供多余的环材料实现锁定环46b对螺纹槽36b的“裕量填充”。即提供大于压紧砧58b中挤压的喉部80所能容纳的材料和大于锁定环与芯杆22的锁定部分34的正面接触的挤压封套所能容纳的材料。在本方案中，已发现锁定环材料的这一余量至少应为16%。采用浅螺纹槽36b时，上述16%的锁定环材料的余量体积就不需要了，原因是，跟以往较深的锁定螺纹槽结构相比，锁定环材料的径向挤入量没那么大。对于喉部80中有效挤压区的有限长度来讲（见图5和图6），一般可由下式来决定上述的“裕量填充”的百分比：

100× (〔 (D_C ²- ID²)-(D_a ²-D_m ²)〕dl)/(〔D_a ²-D_m ²〕dl)

＝%（裕量填充）

式中：

D_a-压紧砧58b中喉部80的直径;

D_c-锁定环46b挤压前的外径;

ID-锁定环46b挤压前的内径;

D-锁定螺纹36b的平均直径;

dl-喉部80挤压区中的有限长度。

由于锁定螺纹槽36B较浅，故相对于锁定环46b来讲要求芯杆22b应有足够高的硬度，以防止在大的挤压荷载下出现压碎、明显的拉力变型或断裂等现象。在发明的一种方案中（见图5和图6），芯杆22b可采用AISI414O合金钢或AISI1541碳钢，最大抗剪强度至少为95KSI.而锁定环46b可采用AISI1031（或AISI1020）碳钢，最大抗剪强度约为45KSI。一般来讲，芯杆22b和锁定环46b这二者的最大抗剪强度的比值范围应为1.8∶1～2.4∶1。芯杆22b具有足够的硬度，来承受所给的大拉伸预荷载以及来自锁定环的挤压荷载，而不发生变形。也就注意到。从生产角度来看，跟以往较深的锁定螺纹槽相比，浅螺纹槽36b也容易形成，事实上，螺纹槽36b是螺栓淬火后才被加工出来的。

然后，为了实现上述那些优点，锁定环46b应是有足够的壁厚和体积，以确保在拉伸过程中有足够的锁定环材料沿轴向移动。另外，也要求已被挤压的锁定环具有足够的壁厚和强度，以防止锁定环从浅锁定螺纹槽36b中被弹回。锁定环壁也应具有足够的厚度，以免在拉伸荷载下发生明显的径向膨胀，这样，当紧固连接件上达到设计拉伸荷载时，螺栓上的螺纹齿顶70跟锁定环上的螺纹齿顶能保持贴合牢靠。但是，如果挤压后，锁定环不能提供足够的径向韧性，那么在拉伸荷载下锁定环46b就会产生径向膨胀，从而减少了承受荷载的有效剪切面。其结果将是，在螺栓螺纹齿顶70或相应的锁定环螺纹齿顶处，过早地出现剪切断裂现象。

另外，应时锁定环壁的厚度进行选择，以便在拉伸过程中为锁定环进入锁定浅螺纹槽和滑移提供必需的材料，从而获得所需的压紧荷载，同时，对挤压终了的锁定壁环厚度也应进行选择，应使其具有足够的径向韧性或一向强度，以免在挤压初期和其后所承受的荷载作用下从螺纹槽36b中弹出来。对锁定环46b和挤压腔80（即喉部）的体积也要进行选择，以保证锁定环46b的材料能够运动到螺纹36b中，实现良好的填充。满足了上述这些要求，又设有一个约16%的裕量填充，这样就能取得满意的效果。关于这一点应注意的是，倘若裕量填充率大大低于16%，就不能够提供所需的较大的栓22b发生变形。对于采用具有上述那种相对抗剪强度的钢铁材料制作的芯杆22b和锁定环46b来讲，可采用下列的尺寸关系，尺寸单位为厘米（英寸）：

上述尺寸只是一个示例，列出了直径已变小的细螺杆部分32b的标称直径以及螺栓螺纹齿顶直径D_u，两者近似相等。为了适应各种没尺寸的混凝土孔12b和套筒44b，实际的直径尺寸是变化的，可采用外推法来计算。

另外，下面这一点也是应该做到的，即对应于芯杆22b和锁定环46b各自材料的抗剪切强度，螺栓螺纹槽36b和螺纹齿顶78的宽度以及被挤压的锁定环46b的互补螺纹槽和螺纹齿顶的宽度之间应成一定比例，这样，当预选的最小的最终设计拉伸荷载（或再大一些）作用到紧固锁定环46b的互锁螺纹所定义的螺纹齿顶，会开始出现或同时发生剪切断裂，最好采用这样的设计，即使得由锁定环46b的螺纹所定义的螺纹齿顶跟由螺栓锁定螺纹槽36b所定义的螺纹点顶相比，前者发生剪切破坏现象，也就是说，当后者所受到的拉伸荷载为前者发生破坏时所承受的荷载的110%时，才发生剪切破坏现象。在给定的拉伸荷载下，采用上面所述的那些与最终拉伸荷载成比例的螺纹外形就能使螺栓和锁定环之间的接合长度取最小值。当然，在维持上述的抗剪强度关系的情况下，若规定锁定环要有足够的长度，那就注意可能在螺栓锁定部分34b上发生径向拉伸破坏。

采用比例强度就容许芯杆螺纹槽36b相对于螺纹齿顶78被拉伸，这样，就能更有效地利用近似流线形的螺纹根部。同时，浅螺纹槽结构也容许在根部72跟连接侧壁74和75之间有平坦的过渡。虽然所采用的椭圆形轮廓线跟所需要的流线形外形很接近，不过也可采用其它相类似的连续曲线。

采用上述比例强度方法的另一个优点是，这时限定的锁定环配合螺纹62b的抗剪强苛达最大，拧上锁定环就以产生预夹紧力，具体做法是，使锁定环配合螺纹部分62b具有跟锁定部分34b上的螺纹36b一样的宽度。

紧固件10b安装后，挤压的锁定环46B将在它本身的孔内形成互补的阴螺纹。这样，转动锁定环46B就可将它从螺栓22b上卸走。另外在某些场合，也可以给锁定环46b再加上一个转矩。

Claims

1、放置在混凝土结构或其它类似结构的紧固孔中的止动螺栓，通过牵引工具对其施加一相对轴向方向的力，使止动螺栓将工件紧固到混凝土结构上，该止动螺栓包括一个当中为通孔的管状膨胀套筒，一个带有销杆部分的螺栓，位于销杆上的牵引部分，位于销杆上带有许多环绕销杆的锁定槽的锁定部分，位于所述牵引部分和锁定部分之间被定义为所述销杆最薄弱部分的危险槽、与所述锁定部分相邻的其外径跟所述套筒孔内径相配合的细螺杆部分位于销杆另一端的导致套筒膨胀的部分、以及一个设置在销杆上的将在上述第一预选轴向力作用下被挤压到锁定螺纹槽中去的筒状锁定环。所述导致套筒膨胀部分在所述相对轴向方向的力的作用下可在所述套筒孔中作轴向移动，可使所述套筒径向向外膨胀并被混凝土孔紧紧固定住。

2、根据权利要求1所述的止动螺栓，其中，所述螺栓在所述销杆那一端具有一个加粗销杆头所述牵引部分们于销杆远离销杆头的那一端上;所述导致套筒膨胀部分位于销杆的细螺杆段跟销杆头之间;所述加粗销杆头的直径比套筒面对导致套筒膨胀部分的管状膨胀孔径要大;所述加粗销杆头在套筒径向膨胀之后可跟所述套筒前端靠上，并使所述锁定螺纹槽跟所述锁定环相啮合被固定在预定位置上，以阻止所述螺栓相对于所述膨胀套筒作进一步的轴向运动;挤压锁定环所需的第一预选相对轴向力跟使加粗销杆头在套筒径向膨胀后靠上套筒前端所需的力相比要大。

3、根据权利要求2中所述的止动螺栓，其中，所述加粗销杆头具有一个紧固配合面，它作用在所述套筒前部的壁上，可使所述套筒作进一步的径向膨胀，以达到第二级径向膨胀;所述筒状锁定环具有一个通孔，孔膛内径的大小是这样的，即使孔与牵引部分和锁定螺纹槽之间存在间隙。

4、根据权利要求3中所述的止动螺栓，其中，所述配合面一般跟销杆的轴相垂直，配合面直径通常应等于所述膨胀套筒的外径。

5、根据权利要求1～4中任一权利要求所述的止动螺栓，其中在所述筒状销定环的通孔中带有有限的阴螺纹，以便跟锁定螺纹互销，这样、就能将螺栓、膨胀套管和锁定环在安装固定之前先预组装在一起;所述有限阴螺纹具有预选强度，以便在第二预选相对轴向力作用下，它们会产生变型，从锁定螺纹中脱出，第二预选轴向力比第一预选轴向力要小。

6、根据权利要求1～5中任一权利要求所述的螺栓，其中：销定环的一端为一个直径加大一些的法兰，它与所述膨胀套筒的后端和被紧固工件的外侧面相靠。

7、根据权利要求1～5中任一权利要求所述的止动螺栓，其中所述销定环具有一个直筒体，在所述销定环和所述膨胀套筒之间设有一个直径较大的平面垫片;所述垫片径向往外加大，以便跟要紧固的工件表面相靠。

8、根据权利要求1～7中任一权利要求所述的止动螺栓，其中导致套筒膨胀部分包括一个锥形扩张部分，其锥形表面与所述销杆的轴线成15°角。

9、根据权利要求1～8中任一权利要求所述的止动螺栓，其中所述膨胀套筒在膨胀部位有粗糙的外表面，粗糙面的轴向长度至少应跟所述销杆直轴膨胀部分一样长。

10、根据权利要求1～9中任一权利要求所述的螺栓，其中：锁定螺纹槽是螺旋延伸的，来定义出螺纹的形式。

11、根据权利要求1～10中任一权利要求所述的止动螺栓，其特征在于：锁定螺纹包括许多环绕延伸的螺栓螺旋槽及相应的螺纹齿顶;螺栓螺旋槽是浅型的，径向深度用公式（h/Du）×10²来定义，式中h为径向浓度，Du为螺纹齿顶的直径，那么对于螺纹齿顶直径Du来讲，要采用浅螺纹结构上面公式的值不应大于的;螺栓和锁定环应采用不同的材料并用有不同的最大抗剪切强度，它们两者应具有这样的抗剪切强度比，即在挤压中基本上应避免在所述螺栓上出现断裂现象，该抗剪强度比的范围约为1.8～2.4;应根据不同材料相应的抗剪强度，对在挤压中所形成的螺栓的螺槽和螺纹齿顶的径向宽度以及所述锁定环的螺纹槽和螺纹齿顶宽度进行预选，这样，可使所述螺栓和所述锁定环两者挤压过程中形成的螺纹齿顶的剪切断裂现象，同时发生在往螺栓和锁定环之间加上同样的拉伸荷载的情况下。

12、根据权利要求1～11中任一权利要求所述的止动螺栓，其中;所述螺纹螺纹槽基本上要比所述螺栓齿顶要宽;所述螺栓螺纹槽具有类似流线形的根部，它是用连续曲线来定义的。

13、根据权利要求11中所述的止动螺栓，其中，所述螺纹槽具有类似流线形的根部，一般用椭圆的一部分来定义的，所述椭圆部分不大于半个椭圆，沿着短轴又不小于椭圆的80%。