一种高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓及使用方法技术

本发明专利技术涉及一种高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓及使用方法，结构包括螺栓本体，在螺栓本体的螺栓杆上套设螺纹套筒，螺栓杆的两端分别为螺栓头和梅花头，靠近梅花头的螺栓杆上通过螺纹安装螺母，在螺栓杆上由螺栓头至梅花头方向顺次套设第一套筒、第二套筒、第三套筒以及承剪垫圈，在第一套筒内部圆周壁上开设环状圆弧凹槽；螺纹套筒位于第三套筒内，当螺栓本体的梅花头受到轴向力作用时，环状圆弧凹槽向外部发生鼓曲变形，螺纹套筒相对第三套筒可发生位置偏移，同时螺纹套筒以及第三套筒对承剪垫圈施加压力，第三套筒进入承剪垫圈内腔；本发明专利技术可简单、快速地实现单边紧固作业，且预紧力与承载力能满足钢结构设计标准中连接紧固的要求。紧固的要求。紧固的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓及使用方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及一种高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓及使用方法，属于土木工程及机械连接紧固


技术介绍

[0003]目前，在土木建筑以及机械安装领域，对于结构件连接紧固的安装需求量非常巨大；就当前来看，传统的螺栓实施连接紧固作业时，工作人员需要从被连接件的两侧进行作业，即从螺栓孔的一侧插入带螺帽的螺栓，然后在另外一侧用工具将螺母拧紧。上述连接紧固方法构造简单、操作方便、承载力好，但局限适用于开口截面构件的连接，对于另外一侧操作空间有限的情况进行连接紧固时，就无法使用这种常用的螺栓螺母连接紧固的方法。例如，在钢管结构（方钢管和圆钢管）及钢管混凝土结构中，常常涉及到柱柱拼接、管桁架加固、梁柱节点装配连接等安装场景，由于钢管截面为闭口截面，不能同时在两边进行操作，只能在单侧进行操作连接安装，因此无法采用传统的螺栓螺母进行连接紧固。
[0004]而目前国内外针对钢结构的单边连接螺栓的装置较少，且具有操作复杂、安装工具少、承载力不足等缺点，因此亟需一种新型的螺栓，可以实现单边自紧。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓及使用方法，可简单、快速地实现单边紧固作业，且预紧力与承载力能满足钢结构设计标准中连接紧固的要求。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓，包括螺栓本体，在螺栓本体的螺栓杆上套设螺纹套筒，螺纹套筒与螺栓杆的螺纹啮合；螺栓杆的两端分别为螺栓头和梅花头，螺栓头凸出螺栓杆，靠近梅花头的螺栓杆上通过螺纹安装螺母，在螺栓杆上由螺栓头至梅花头方向顺次套设第一套筒、第二套筒、第三套筒以及承剪垫圈，在第一套筒内部圆周壁上开设环状圆弧凹槽；螺纹套筒位于第三套筒内，当螺栓本体的梅花头受到轴向力作用时，环状圆弧凹槽向外部发生鼓曲变形，螺纹套筒相对第三套筒可发生位置偏移，同时螺纹套筒以及第三套筒对承剪垫圈施加压力，第三套筒进入承剪垫圈内腔；作为本专利技术的进一步优选，第一套筒与螺栓头相邻的一端端面紧贴螺栓头凸出部分，第一套筒的另一端端面与第二套筒的一端端面贴合；在第二套筒的另一端开口处设置套筒台阶，第三套筒的一端通过套筒台阶与第二套筒的另一端咬合，且第三套筒的内径大于第二套筒的内径；螺纹套筒的外径与第三套筒的内径相等，且螺纹套筒的一端端面与第二套筒的另一端端面贴合；
作为本专利技术的进一步优选，第三套筒的内径等于第二套筒套筒台阶的外径；作为本专利技术的进一步优选，承剪垫圈内腔为一个空腔，在承剪垫圈的一端设置台座，台座抵住第三套筒的另一端，螺纹套筒以及第三套筒对承剪垫圈施加压力时可剪断台座，以使第三套筒进入承剪垫圈内腔；作为本专利技术的进一步优选，承剪垫圈设置台座的一端还开设凹槽，第三套筒的另一端嵌入凹槽与台座相抵，凹槽内还设置第一垫圈台阶；在承剪垫圈的另一端设置第二垫圈台阶；作为本专利技术的进一步优选，承剪垫圈的另一端与螺母之间设置垫片；作为本专利技术的进一步优选，第一套筒的长度均大于第二套筒、第三套筒的长度；第二套筒与第三套筒的长度之和与构件厚度匹配；作为本专利技术的进一步优选，螺纹套筒的宽度大于或者等于螺纹距离的两倍；作为本专利技术的进一步优选，第一套筒选用屈服强度范围为200MPa
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300MPa的材料，且其延伸率至少为40%；第二套筒、第三套筒均选用屈服强度大于900MPa的材料制作；根据所述的高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓的使用方法，具体包括以下步骤：第一步，选择需要紧固的第一构件和第二构件，第一构件为闭口截面，近第二构件一端面可操作；第二步，将螺栓本体的螺栓头、第一套筒、第二套筒、第三套筒、螺纹套筒、承剪垫圈、垫圈、螺母依次进行组装，将组装完毕的螺栓本体伸入第一构件、第二构件的螺栓孔中，承剪垫圈的一端端面紧贴第二构件外侧壁，实现准确定位；第三步，将螺栓本体的梅花头、螺母分别插入扭剪型电动扳手的内套筒、外套筒，启动扭剪型电动扳手，内套筒旋转，对螺栓本体进行拧紧；第三步，位于第一套筒内部圆周壁上的环状圆弧凹槽在轴向力的作用下发生变形，并挤压第二套筒，环状圆弧凹槽向外侧发生鼓曲变形形成扩大头，此时螺纹套筒在第三套筒内向承剪垫圈方向移动，直至螺纹套筒的另一端经过凹槽与承剪垫圈的台座接触；第四步，扭剪型电动扳手继续启动，螺纹套筒以及第三套筒挤压承剪垫圈的台座，将台座剪断，此时第三套筒在承剪垫圈的空腔内自由移动，将外套筒的轴向力进行释放；第五步，继续启动扭剪型电动扳手，扩大头与第一构件内壁逐渐接触，梅花头剪断，此时螺栓本体的预紧力全部传递至第一构件以及第二构件上，安装完毕。
[0007]通过以上技术方案，相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供的自紧螺栓只需在一侧进行安装，实现了单边作业，适用于钢结构的节点连接，尤其是闭口截面钢管混凝土；2、本专利技术提供的结构包含顺次拼接的一套筒、第二套筒、第三套筒以及承剪垫圈，可根据被紧固构件的总厚度进行调整，可适用于不同型号的钢板连接；3、本专利技术提供的结构包含螺纹套筒，其与其他部件配合使用，控制在成形阶段压缩量的大小，提高了锚固头的稳定性；4、本专利技术提供的结构使用方法对被连接构件螺栓孔大小要求较小，未对连接件强度造成较大削弱。
附图说明
[0008]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0009]图1是本专利技术提供的整体结构示意图；图2是本专利技术提供的螺栓杆结构示意图；图3是本专利技术提供的第一套筒结构示意图；图4是本专利技术提供的第二套筒结构示意图；图5是本专利技术提供的第三套筒结构示意图；图6是本专利技术提供的螺纹套筒结构示意图；图7是本专利技术提供的承剪垫圈结构示意图；图8是本专利技术提供的优选实施例的结构示意图；图9是本专利技术提供的优选实施例实施时第一套筒变形的结构示意图；图10是本专利技术提供的优选实施例实施时承剪垫圈的台座剪断后示意图；图11是本专利技术提供的优选实施例实施完成紧固工作后梅花头剪断的示意图。
[0010]图中：1为螺栓杆，1
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1为螺栓头，1
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2为梅花头，2为第一套筒，2
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1为环状圆弧凹槽，3为第二套筒，3
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1为套筒台阶，4为第三套筒，5为螺纹套筒，5
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1为螺纹套筒的内侧有与螺栓杆螺纹相匹配的螺纹，6为承剪垫圈，6
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1为第一垫圈台阶，6
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2为台座，6
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3为空腔，6
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4为第二垫圈台阶，7为垫片，8为螺母，9为第一构件，10为第二构件，11为扩大头，13为内套筒，14为外套筒,15为与第一构件内壁逐渐接触的扩大头。
具体实施方式
[0011]现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓，其特征在于：包括螺栓本体，在螺栓本体的螺栓杆（1）上套设螺纹套筒（5），螺纹套筒（5）与螺栓杆（1）的螺纹啮合；螺栓杆（1）的两端分别为螺栓头（1
‑
1）和梅花头（1
‑
2），螺栓头（1
‑
1）凸出螺栓杆（1），靠近梅花头（1
‑
2）的螺栓杆（1）上通过螺纹安装螺母（8），在螺栓杆（1）上由螺栓头（1
‑
1）至梅花头（1
‑
2）方向顺次套设第一套筒（2）、第二套筒（3）、第三套筒（4）以及承剪垫圈（6），在第一套筒（2）内部圆周壁上开设环状圆弧凹槽（2
‑
1）；螺纹套筒（5）位于第三套筒（4）内，当螺栓本体的梅花头（1
‑
2）受到轴向力作用时，环状圆弧凹槽（2
‑
1）向外部发生鼓曲变形，螺纹套筒（5）相对第三套筒（4）可发生位置偏移，同时螺纹套筒（5）以及第三套筒（4）对承剪垫圈（6）施加压力，第三套筒（4）进入承剪垫圈（6）内腔。2.根据权利要求1所述的高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓，其特征在于：第一套筒（2）与螺栓头（1
‑
1）相邻的一端端面紧贴螺栓头（1
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1）凸出部分，第一套筒（2）的另一端端面与第二套筒（3）的一端端面贴合；在第二套筒（3）的另一端开口处设置套筒台阶（3
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1），第三套筒（4）的一端通过套筒台阶（3
‑
1）与第二套筒（3）的另一端咬合，且第三套筒（4）的内径大于第二套筒（3）的内径；螺纹套筒（5）的外径与第三套筒（4）的内径相等，且螺纹套筒（5）的一端端面与第二套筒（3）的另一端端面贴合。3.根据权利要求2所述的高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓，其特征在于：第三套筒（4）的内径等于第二套筒（3）套筒台阶（3
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1）的外径。4.根据权利要求2所述的高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓，其特征在于：承剪垫圈（6）内腔为一个空腔（6
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3），在承剪垫圈（6）的一端设置台座（6
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2），台座（6
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2）抵住第三套筒（4）的另一端，螺纹套筒（5）以及第三套筒（4）对承剪垫圈（6）施加压力时可剪断台座（6
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2），以使第三套筒（4）进入承剪垫圈（6）内腔。5.根据权利要求4所述的高预紧力扭剪型高强度单边自紧螺栓，其特征在于：承剪垫圈（6）设置台座（6
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2）的一端还开设凹槽，第三套筒（4）的另一端嵌入凹槽与台座（6
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2）相抵，凹槽内还设置第一垫圈台阶（6

【专利技术属性】
技术研发人员：范圣刚，王坤，谢军，索雅琪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：