一种自开式单向螺栓锚固装置技术领域
本发明属于建筑钢结构领域，涉及一种可有效提高单向螺栓在钢
管混凝土柱中锚固性能的自开式单向螺栓锚固装置。
背景技术
钢管混凝土结构是在钢管内填充素混凝土,利用钢管和混凝土两
种材料在受力过程中的相互作用,内填混凝土有效地提高了钢管的局
部稳定性和抗火能力,而钢管对内填混凝上的约束作用又使其强度提
高、塑性和韧性性能大为改善,充分发挥了两种材料的优点和潜力,可
使构件截面减小,承载能力提高,整体重量减轻。钢管混凝土结构能够
大幅度节约钢材和基础费用,节省大量支模板的工作,缩短工期,环境
污染小，增加使用面积增加5％-8％。钢管混凝土柱截面惯性矩对称稳
定性能好，闭口截面抗扭性能优越，外观简洁优美，防火防腐性能好。
目前，钢管柱和型钢梁连接节点主要有内隔板式节点，贯通隔板
式节点，外隔板节点，外肋环板式节点等形式，安装麻烦，须现场焊
接，连接质量难有保证，耗费大量人力物力，劳动效率低下。1994
年美国北岭地震和1995年日本阪神地震的震害调查表明，钢框架梁
柱焊接刚性节点破坏非常严重。上述现场焊接的节点都属于刚性节点，
同时存在大量的焊接缺陷，在大震等自然灾害时会成为主体结构中极
为脆弱的部位，降低了结构的延性，从而大幅度削弱使得整个结构的
安全性能。从施工角度出发，传统的钢管柱和型钢梁连接节点需要钢
管柱内型钢梁上下翼缘对应处设置各类型隔板来承受梁翼缘的拉、压
力，通常需要在隔板上开洞以保证混凝土浇筑，但这样明显会影响钢
管柱混凝土浇筑质量，会出现离析，不密实等问题。钢管柱和型钢梁
连接节点采用螺栓连接可以解决诸多传统焊接节点的不利因素。震害
调查同时表明螺栓连接节点破坏较为少见，而且螺栓连接节点不会在
节点区域形成隔断，对钢管柱混凝土浇筑影响很小，等等。但钢管柱
属于封闭截面，普通高强螺栓在闭口截面中无法使用，制约钢管与H
形型钢梁连接节点连接方式的应用。
单向螺栓，又名盲眼螺栓或单面锁紧螺栓，可以实现单侧安装、
单侧拧紧功能，非常适用于钢管结构的连接，具有现场施工简单方便、
焊接量极小的特点,连接质量有保证。同时，单向螺栓有高强的抗剪
承载力、抗拉承载力和预紧力，在一定条件下其力学性能可以做到与
传统高强度螺栓相媲美，非常适用于钢管结构的连接。使用单向螺栓
可以解决封闭截面构件的螺栓连接问题，不仅应用在主体结构构件的
连接，也可应用于建筑外墙、楼梯，阳台等需要单向紧固之处。在实
际应用中，目前较为常见的单向螺栓主要包括Hollo-bolt(Lindapter
International,UK),Flowdrill(FlowdrillB.V.,TheNetherlands),andthe
AjaxOneside(AjaxEngineeredFasteners,Australia)，HSSB(Huck
International，America)、BOM(HuckInternational,America)和the
Ultra-Twist(HuckInternational,America)等。
钢管壁平面外刚度小，尤其是方钢管管壁，在节点受拉力区时会
产生较大平面外变形，导致节点过早发生破坏。研究发现，在单向螺
栓安装锚固装置有效限制钢管壁平面外变形。良好的单向螺栓锚固装
置可使螺栓埋深范围内内力重分布，限制混凝土剪切破坏，极限状态
为螺杆被拉断，充分利用高强螺栓的强度。但目前的单向螺栓多数为
空心截面构件设计，并为考虑填充混凝土的作用，螺栓末端紧贴钢管
内壁，没有延伸到混凝土内部，无法充分利用混凝土的锚固性能。
以往有学者在单向螺栓下端点焊螺纹钢筋，延长在混凝土中的螺
栓杆和螺栓内侧端头拧螺帽等方法来增强单向螺栓锚固性能，这几种
做法有操作麻烦，锚固性能较差等缺点。由于单面螺栓单侧安装、单
侧拧紧的特点，缺少必要的操作空间，安装性能良好锚固装置有极大
限制。因此，在当在钢管混凝土结构中应用单向螺栓时，十分有必要
发明一种既能够有效提高盲单向螺栓的锚固作用，又安装方便，造价
低廉的锚固装置。
发明内容
本发明为了解决在钢管混凝土中安装单向螺栓时，无法安装具有
较好锚固性能的螺栓端头锚固装置的问题，提出了一种自开式单向螺
栓锚固装置，通过在单向螺栓端头安装该种锚固装置，可以增强螺栓
在混凝土中的锚固作用，提高节点的连接性能，尤其节点刚度的提高
十分明显。在提高螺栓锚固性能的同时，限制了钢管管壁，尤其是方
钢管管壁的过早的平面外变形，改善节点性能。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
一种自开式单向螺栓锚固装置，包括圆柱形套筒、锚固弹片、销
轴和扭转弹簧，所述销轴沿套筒的横截面直径方向贯穿设置在套筒上
部，所述的锚固弹片中部通过销孔活动铰接在所述销轴上，所述套筒
中部沿垂直所述销轴的方向贯穿设置有为锚固弹片绕销轴转动提供
足够空间的镂空部，所述镂空部设置有限制锚固弹片旋转角度的限位
部，所述扭转弹簧套在销轴中部且位于锚固弹片的销孔内，所述扭转
弹簧的两个臂分别作用在锚固弹片和套筒上，自然状态下，在扭转弹
簧及限位部的共同作用下，锚固弹片的长度方向与套筒的长度方向保
持相互垂直的状态。
进一步地，所述套筒下端通过螺纹连接、焊接与单向螺栓相连接，
针对lindaper单向螺栓，在套筒下端通过内螺纹与单向螺栓螺杆连接，
针对其他类型的单向螺栓，可以改变连接端头构造适配各种类型单向
螺栓。
进一步地，所述套筒与单向螺栓呈一体式结构，即套筒与单向螺
栓为整体式结构。
进一步地，所述的锚固弹片的侧面及套筒镂空部的内侧面均设置
有刻壕，所述扭转弹簧的两臂分别放置于所述刻壕内，防止扭转弹簧
错位。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明施工安装简便，工艺简单，造价较低，不同于单纯延长螺
栓杆利用摩擦力来提供锚固力，本发明中的锚固装置除了螺杆与混凝
土接触提供摩擦锚固力，更重要的靠端部旋转式的锚固弹片进行机械
锚固，极大地提升了单向螺栓在钢管混凝土柱的锚固作用，提高节点
的连接性能，尤其节点刚度的提高十分明显。单向螺栓安装该种锚固
装置在能够限制钢管管壁受拉区过早的平面外变形，尤其是方钢管管
壁，避免节点过早破坏。安装有该种锚固装置的单向螺栓可以限制混
凝土剪切破坏，使得螺杆最终被拉断，充分利用发挥高强螺栓的强度。
附图说明
图1是本发明实施例的主视示意图。
图2是本发明实施例的左视示意图。
图3是本发明实施例的右视示意图。
图4是本发明实施例的剖视立体示意图。
图5是本发明实施例的爆炸示意图。
图6是本发明实施例与lindaper单向螺栓连接时的立体示意图。
图7是本发明实施例与lindaper单向螺栓连接后的实际工程安装
示意图。
图中所示为：1-锚固弹片；2-销轴；3-套筒；4-螺纹连接孔；5-
扭转弹簧；6-镂空部；7-圆锥体；8-膨胀套管；9-项圈；10-螺杆；11-
混凝土；12-方钢管柱；13-H型钢柱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细
地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限
定于以下实施例。
如图1至图4所示，一种自开式单向螺栓锚固装置，包括圆柱形
套筒3、锚固弹片1、销轴2和扭转弹簧5，所述销轴2沿套筒3的
横截面直径方向贯穿设置在套筒3上部，所述的锚固弹片1中部通过
销孔活动铰接在所述销轴2上，所述套筒3中部沿垂直所述销轴的方
向贯穿设置有为锚固弹片1绕销轴2转动提供足够空间的镂空部6，
所述镂空部6设置有限制锚固弹片1旋转角度的限位部31，所述扭
转弹簧5套在销轴2中部且位于锚固弹片1的销孔内，所述扭转弹簧
5的两个臂分别作用在锚固弹片1和套筒3上，在扭转弹簧5及限位
部31的共同作用下，锚固弹片1的长度方向与套筒3的长度方向相
互垂直，最大限度地增加了单向螺栓在钢管混凝土柱的锚固作用，提
高节点的连接性能。
所述套筒3通过螺纹连接、焊接与单向螺栓相连接，或者所述套
筒3与单向螺栓呈一体式结构，本实施例针对lindaper单向螺栓，在
套筒3下端通过内螺纹与单向螺栓螺杆连接，针对其他类型的单向螺
栓，可以改变连接端头构造适配各种类型单向螺栓。
具体来说，本实施例所述的锚固弹片1的侧面及套筒3镂空部6
的内侧面均设置有刻壕，所述扭转弹簧5的两臂分别放置于所述刻壕
内，防止扭转弹簧5错位。
本实施例通过销轴2将套筒3、扭转弹簧5和锚固弹片1连接在
一起，利用扭转弹簧5实现锚固弹片1的旋转运动。本锚固装置为单
向螺栓的适配件，因此套筒3，销轴2和锚固弹片1主要可根据螺栓
确定尺寸,同时锚固深度，螺栓间距等因素也会影响各部件尺寸。该
锚固装置可以预制成型，也可以在现场根据工程实际要求选取特定尺
寸型号的各部件进行拼装。套筒3中部镂空，并设有限位部31，该
限位部31可以限制锚固弹片1的旋转角度，使锚固弹片1长度方向
与套筒3的轴线相互垂直，以获得最大的锚固受力面积，当锚固弹片
1在混凝土中受力时提供支持力，一端通过内螺纹与lindaper单向螺
栓的螺杆连接图6、图7，所述lindaper单向螺栓包括圆锥体7、项圈
9、螺杆10，螺纹连接处长度可根据螺栓受力情况确定，可将原lindaper
单向螺栓的内螺杆替换为较长内螺杆，套筒直径可取lindaper单向螺
栓的膨胀套管8直径，长度可根据要求螺栓受力情况和所需锚固性能
确定。锚固弹片1长度可根据螺栓间距，套筒尺寸，受力情况确定，
所述的刻壕的宽度和长度分别略大于扭转弹簧5的线径和臂长度，用
来放置扭转弹簧5的臂，所述扭转弹簧5套在销轴2中部且位于锚固
弹片1的销孔内，因此其外径小于锚固弹片1的销孔，扭转弹簧5可
采用不锈钢等材质，有线径，外径，圈数，角度，臂长等尺寸参数，
其中，圈数越大，扭转弹簧5恢复力越大，锚固弹片1打开时可迅速
回到原位，但是圈数越多，扭转弹簧5在销轴2上越长，导致锚固弹
片1在销轴2上的铰接部太薄，对受力不利，因此扭转弹簧5长度即
圈数，不宜太大，也不宜太小。
本实施例中，锚固装置把lindaper螺栓作为连接对象，但本发明
并不局限于这一种螺栓，Flowdrill、theAjaxOnesideHSSB、BOM和
theUltra-Twist这几种单向螺栓在钢管柱内的一端均可设计为本发明
的构造，成为一体化构件。
如图7所示，将锚固装置安装在单向螺栓伸入方钢管柱12内部
一侧端头，锚固弹片1长度方向与套筒3的轴线相互垂直。将单向螺
栓塞入方钢管柱12前，将锚固装置的锚固弹片1旋转一定角度，使
单向螺栓即可塞入方钢管柱12。单向螺栓进入方钢管柱12后，由于
扭转弹簧5的恢复力，锚固弹片1反向旋转，直到被限位部31所阻
拦后停止旋转，锚固弹片1的长度方向在限位部31的限制作用下与
单向螺栓的轴线方向保持相互垂直的状态，最后向方钢管柱12中浇
筑混凝土11。在安装过程中注意两点：第一，锚固弹片1应尽量平
行于钢管柱横截面，这是为了以后向方钢管柱12中浇筑混凝土11时，
锚固弹片1不被下落的混凝土11打回到套筒3内，因此，安装前在
单向螺栓头部画一条横线，并使该横线与拧紧后的锚固装置的锚固弹
片1方向平行，并在随后拧紧螺栓时，在螺栓安装扭矩的前提下，尽
量保证该条横线水平；第二，当单向螺栓进入方钢管柱12内部后，
锚固弹片1自动旋转，为确保其与单向螺栓的轴线保持相互垂直的状
态，需要顶住方钢管柱12管壁，向外拉螺栓。本锚固装置主要应用
在钢管混凝土柱与型钢梁的多种形式的螺栓连接，如方钢管柱12和
H型钢柱13，以及其他一切有可能的用处。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而
并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来
说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这
里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则
之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要
求的保护范围之内。