CN113864305B - 自钻孔膨胀锚栓 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自钻孔膨胀锚栓，包括用于钻孔的钻头，与钻头相连接的锚杆，以及套装于所述锚杆上的膨胀套筒，所述锚杆在邻接所述钻头的第一端具有膨胀锥，在膨胀锥后方连续的有颈部区域，并且在颈部区域远离所述钻头的第二端具有螺纹节段，当所述膨胀锥被拉入所述膨胀套筒中时，该膨胀锥沿径向扩张所述膨胀套筒，所述钻头和所述锚杆的膨胀锥之间设有过渡部，该过渡部的最大直径小于所述钻头形成的钻孔的孔径。在锚固过程中，膨胀套筒和孔壁以及过渡部之间形成了良好的摩擦贴合，使自钻孔锚栓的锚固效果大大的提高。

Description

自钻孔膨胀锚栓

技术领域

本发明涉及一种建筑工程用的锚栓，更具体的，涉及一种具有自钻孔功能的膨胀锚栓。

背景技术

现有的自钻式锚栓通常用于矿山矿石开采工业，锚栓体积巨大，用于钻孔的钻头通常采用较为坚硬的材料制成。而通常建筑行业，用于混泥土、石材、木材等的固定连接的锚固件，一般是不带有自钻孔功能的。最常用的在基材上有预成型钻孔，再插入膨胀锚栓，膨胀锚栓在杆体上套有一纵向开缝的高强度套管，套管因其具有开缝结构而具有很强的弹性，套管被挤压进入钻孔内，通过套管表面与钻孔内表面形成摩擦贴合，从而以摩擦方式将杆体固定在钻孔内。但是，这就需要的另外的钻孔工具和工序。因此具有自钻孔功能的膨胀锚栓也开始应用在建筑行业中。

例如，WO9749929A中公开了一种自钻孔锚栓10，包括一个局部带有螺纹的螺栓12，被容纳在一个套管11中，该套管局部带有裂缝，螺栓12的一端具有加厚部13，从该套管11中伸出。螺栓的加厚部13连接一用于钻孔的钻头16。钻头16的直径至少和所述套管11一样宽。当螺栓被向外拉出时，加厚部13则被拉进套管11内，从而讲锚栓10固定在钻头16钻的钻孔内。

然而，前述专利所公开的自钻孔锚栓，在通过旋紧螺母15将螺栓12向外拉的过程中，套管11沿锥形的加厚部13滑动，由于其钻头16和加厚部13的直径略微大于套管11的直径，那么套管11在没有到达加厚部13和钻头16的连接处时就将抵触在孔壁上。导致的后果是如果形成孔壁的材料强度较小，锚栓10将被整个拉出孔外，而如果形成孔壁的材料强度很高，则套管前端斜抵在孔壁上，而无法和孔壁形成良好的摩擦贴合，使得锚栓的可承受的紧固拉力大大的降低了。

因此，我们期望一种具有更高的荷载力并且锚固效果可靠的自钻孔膨胀锚栓。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自钻孔膨胀锚栓，其膨胀套筒在其钻头形成的自钻孔中与孔壁形成良好的摩擦贴合，从而具有高载荷的稳定的锚固效果。

一种自钻孔膨胀锚栓，包括用于钻孔的钻头，与钻头相连接的锚杆，以及套装于所述锚杆上的膨胀套筒，所述锚杆在邻接所述钻头的第一端具有膨胀锥，在膨胀锥后方连续的有颈部区域，并且在颈部区域远离所述钻头的第二端具有螺纹节段，当所述膨胀锥被拉入所述膨胀套筒中时，该膨胀锥沿径向扩张所述膨胀套筒，所述钻头和所述锚杆的膨胀锥之间设有过渡部，该过渡部的最大直径小于所述钻头形成的钻孔的孔径。

通过在钻头和锚杆的膨胀锥之间设有过渡部，并且过渡部的最大直径小于钻孔的最大直径，也就是说，在过渡部区域，锚栓和孔壁之间是具有间隙的，因此，在锚固过程中，所述锚杆的膨胀锥被拉入所述膨胀套筒中时，膨胀套筒滑过膨胀锥进入过渡部和孔壁的间隙，这样膨胀套筒和孔壁以及过渡部之间形成了良好的摩擦贴合，使锚栓的锚固效果大大的提高。

根据本发明的一个优选实施例，所述过渡部大致为圆柱形。圆柱形的过渡部加工简单，而且还能提供均匀的锚固力。

根据本发明的另一个优选实施例，所述过渡部大致为截头锥形，该截头锥形的斜面从所述锚杆的膨胀锥向所述钻头方向扩张。优选的，所述过渡部的锥角小于所述膨胀锥的锥角。更优选的，所述过渡部的锥角为0～5度。截头锥形的过渡部更有利于导向膨胀套筒进入过渡部和孔壁的间隙，同时过渡部的锥角小于膨胀锥的锥角，保证膨胀套筒不会沿膨胀锥伸入到孔壁内，而是渐进的进入到过渡部和孔壁的间隙，直到覆盖整个过渡部，从而使本发明的自钻孔锚栓的锚固效果更好，所能承受的载荷更高。

根据本发明又一优选实施例，所述钻头形成的钻孔的孔径和所述过渡部的最大直径差不大于所述膨胀套筒的厚度。所述钻头形成的钻孔的孔径和所述过渡部的最大直径差即孔壁和过渡部之间的间隙，而这个间隙不能过大，过大将导致膨胀套筒无法与孔壁紧密的贴合，更无法与孔壁之间形成良好的摩擦贴合。但是这个间隙也不能太小，太小则导致膨胀套筒无法进入间隙。基本上，所述钻头形成的钻孔的孔径和所述过渡部的最大直径差取决于膨胀套筒的厚度，其不能大于膨胀套筒的厚度，优选的，等于或略微小于膨胀套筒的厚度，从而在锚杆，膨胀套筒和孔壁之间形成过盈配合，使得本发明的自钻孔锚栓的锚固效果更好。

更优选的，所述钻头与所述过渡部的连接处设有倒角，以避免应力集中。

根据本发明的优选实施例，所述过渡部的高度小于所述钻头的高度。更优选的，所述过渡部的高度是钻头高度的1/5～1/2。过渡部的高度可根据锚栓的埋入深度以及所需的紧固力矩进行调整。在通常情况下，过渡部的高度小于钻头高度，并且在1/5到1/2的范围内足以满足自钻孔锚栓应用工况的需求，同时锚栓结构紧凑，节约材料，性能稳定。

附图说明

通过以下详细的描述同时阅读附图可以更好地理解所述实施例。强调的是，各种部件不一定按比例绘制。实际上，为了清楚地进行论述，可以任意增大或减小尺寸。在附图中，相同的附图标记指代相同的元件。

图1是本发明的自钻孔膨胀锚栓的示意图；

图2是本发明的自钻孔膨胀锚栓的沿中心线的剖视图；

图3是本发明的自钻孔膨胀锚栓的一个实施例的局部示意图；

图4示出的本发明的自钻孔膨胀锚栓的另一个实施例的局部示意图；

图5是本发明的自钻孔膨胀锚栓安装状态的示意图。

具体实施方式

下面，将参照图1至图5描述根据本发明的自钻孔膨胀锚栓。

在本发明一个示意性的实施例中，如图1所示，自钻孔膨胀锚栓10，包括用于钻孔的钻头2，与钻头相连接的锚杆1，所述钻头2和所述锚杆的膨胀锥6之间设有过渡部4，以及套装于所述锚杆上的膨胀套筒3。

所述钻头2具有用于钻孔的刃部。钻头的形状和尺寸可以是任何适于产生所期望的形状和直径的孔的形状或尺寸。在本发明中，钻头可以由任何用于适当地的材料制成，例如，低碳钢、高碳钢、高速钢、钴钢、碳化钨、多晶金刚石、或任何其他合适的材料。此外，钻头可被涂覆有提高钻头强度或耐磨度的涂层，例如，黑色氧化物、一氮化钛(TiN)、氮化钛铝(TiAN)、氮化钛碳(TiCN)、金刚石粉末、氮化锆、或任何其他能够提供所需要的特征的材料。根据本发明的一个优选实施例，所述钻头2和过渡部4，锚杆1是一体成型的，钻头2也可以是与锚杆1相同的材质。

如图2所示，所述锚杆1在邻接所述钻头的第一端具有膨胀锥6，在其后方连续的有颈部区域11，并且在颈部区域远离所述钻头的第二端具有螺纹节段7。在颈部区域11中锚杆1具有基本上恒定的柱形横截面。锚杆1在膨胀锥6上从颈部区域11开始朝向锚杆前方的第一端扩张，所述膨胀锥6的最大直径处是所述锚杆的第一端，最小的直径是与颈部区域11相交处，并且膨胀锥6的最小直径基本上等于所述颈部区域11的直径。膨胀锥6的表面形成为锥台形，但是，这里的锥台形并不是严格的数学含义上的锥台形，可以理解，膨胀锥6的斜面形状可以是直线形的，也可以是渐扩的弧线形的。在颈部区域11的远离膨胀锥6的一侧上，在锚杆1的后端部的区域中，具有用于将拉力引入到锚杆1中的螺纹节段7，根据本发明的一个实施例，该螺纹节段7为外螺纹，在该外螺纹节段7上可装有螺母(未示出)。可以理解的是，所述螺纹节段7也可以是在锚杆1的后端部区域的内螺纹，与螺栓配合形成负载。

所述膨胀套筒3环形的包围所述锚杆1，该膨胀套筒3大致从所述膨胀锥6和颈部区域的连接处开始沿轴向延伸直到所述螺纹节段7。当所述膨胀锥6被拉入所述膨胀套筒3中时，该膨胀锥6沿径向扩张所述膨胀套筒3所述膨胀套筒3的内径略大于所述颈部区域11的外径。

所述钻头2和所述锚杆的膨胀锥6之间设有过渡部4。该过渡部4从所述锚杆的第一端延伸至所述钻头。根据本发明的一个优选实施例，过渡部4为圆柱形，也就是说，过渡部4的最大直径即圆柱形的直径，基本等于或者略微大于所述膨胀锥的最大直径。该过渡部4的最大直径小于所述钻头形成的钻孔的孔径。

如图1和图5所示，在安装自钻孔锚栓10的过程中，通过一安装工具驱动钻头2在基底13材料上钻孔，形成钻孔12，钻孔12的孔径是由钻头的尺寸决定的。钻孔完成后，自钻孔锚栓就直接留在钻孔12内。随后通过安装工具沿锚栓纵轴方向锤击膨胀套筒3，膨胀套筒3向膨胀锥方向移动，膨胀套筒3的前方的端部区域开始沿膨胀锥径向扩张。然后，锚杆1通过旋紧螺母而沿着平行于纵轴延伸的拉出方向从钻孔12拉出一段。由于膨胀套筒3与钻孔12的基本柱形的孔壁相摩擦，因此膨胀套筒3在此保持在钻孔12中并且由此引起锚杆1相对于膨胀套筒3移动。在该移动过程中，锚杆1的膨胀锥6的斜面总是更深地进入(挤入)膨胀套筒3中。当膨胀锥6完全进入膨胀套筒3时，由于本发明的膨胀锥6和钻头2之间还设有最大直径小于孔径的过渡部4，因此过渡部4和钻孔12的孔壁之间还有些许的间隙。当继续旋紧螺母而将锚杆1沿着平行于纵轴延伸的拉出方向从钻孔12继续拉出时，膨胀套筒3在其前方的端部的区域将进入过渡部4和孔壁的间隙，并且与钻孔12的孔壁挤压。这样膨胀套筒3的径向扩张既不会导致孔壁的损坏，又与孔壁紧密的贴合，形成良好的摩擦固定，通过这种机制使得膨胀锚栓1固定在基底13中。图5中示出了自钻孔锚栓10已安装的状态，在该状态下该膨胀锚栓固定在基底13中。借助于螺母可以将安装件固定在基底13上。

由于过渡部4的存在，使得膨胀套筒3在径向扩张的过程中被准确的导向到期望的位置，并且可以适用于不同硬度的基底材料。当基底13的材料强度较弱时，膨胀套筒3的前端区域在膨胀锥的最大直径处被挤压伸入到基底材料中。所述钻头2形成的钻孔12的孔径和所述过渡部4的最大直径差不大于所述膨胀套筒的厚度。过渡部4和钻头2仍然牢固的被膨胀套筒包围，并不会被施加沿轴向向外的拉力拉出膨胀套筒。

如图3所示，根据本发明的另一个优选实施例，所述过渡部4为截头锥形，截头锥形的斜面从所述锚杆的膨胀锥6沿纵轴向所述钻头方向扩张。优选的，如图3所示，所述过渡部4的锥角小于所述膨胀锥6的锥角，也就是说过渡部4的斜面相对于纵轴的倾角小于膨胀锥6的侧斜面相对于纵轴的倾角。更优选的，所述过渡部4的锥角为0～5度，在本发明的一个优选实施例中，该锥角大概为3度。截头锥形的过渡部4更有利于导向膨胀套筒3进入过渡部4和孔壁的间隙，同时过渡部4的锥角小于膨胀锥6的锥角，保证膨胀套筒3不会沿膨胀锥6伸入到钻孔12的孔壁内，而是渐进的进入到过渡部和孔壁的间隙，直到覆盖整个过渡部，从而使本发命的自钻孔锚栓的锚固效果更好，所能承受的载荷更高。

优选的，所述钻头与所述过渡部的连接处设有倒角，从而避免在连接处产生应力集中。另外，根据本发明的优选实施例，如图4所示，所述过渡部的高度h小于所述钻头的高度h₀。更优选的，所述过渡部的高度h是钻头高度h₀的1/5～1/2。过渡部的高度可根据锚栓的埋入深度以及所需的紧固力矩进行调整。在通常情况下，过渡部的高度小于钻头高度，并且在1/5到1/2的范围内足以满足自钻孔锚栓应用工况的需求，同时锚栓结构紧凑，节约材料，性能稳定。

如前所述，尽管说明书中已经参考附图对本发明的示例性实施例进行了说明，但是本发明不限于上述各具体实施方式，还可以有许多其他实施例方式。

Claims (9)

1.一种自钻孔膨胀锚栓，包括用于钻孔的钻头，与钻头相连接的锚杆，以及套装于所述锚杆上的膨胀套筒，所述锚杆在邻接所述钻头的第一端具有膨胀锥，在膨胀锥后方连续的有颈部区域，并且在颈部区域远离所述钻头的第二端具有螺纹节段，当所述膨胀锥被拉入所述膨胀套筒中时，该膨胀锥沿径向扩张所述膨胀套筒，其特征在于，所述钻头和所述锚杆的膨胀锥之间设有过渡部，该过渡部的最大直径小于所述钻头形成的钻孔的孔径，所述钻头形成的钻孔的孔径和所述过渡部的最大直径差不大于所述膨胀套筒的厚度。

2.根据权利要求1所述的自钻孔膨胀锚栓，其特征在于，所述过渡部大致为圆柱形。

3.根据权利要求1所述的自钻孔膨胀锚栓，其特征在于，所述过渡部大致为截头锥形，该截头锥形的斜面从所述锚杆的膨胀锥向所述钻头方向扩张。

4.根据权利要求3所述的自钻孔膨胀锚栓，其特征在于，所述过渡部的锥角小于所述膨胀锥的锥角。

5.根据权利要求4所述的自钻孔膨胀锚栓，其特征在于，所述过渡部的锥角为0～5度。

6.根据权利要求1所述的自钻孔膨胀锚栓，其特征在于，所述钻头与所述过渡部的连接处设有倒角。

7.根据权利要求6所述的自钻孔膨胀锚栓，其特征在于，所述过渡部与所述膨胀锥的连接处设有弧形倒角。

8.根据权利要求1-5中任一项中所述的自钻孔膨胀锚栓，其特征在于，所述过渡部的高度小于所述钻头的高度。

9.根据权利要求8中所述的自钻孔膨胀锚栓，其特征在于，所述过渡部的高度是钻头高度的1/5～1/2。

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