阅读说明：本技术 一种高疲劳性能的拉杆螺母组件 (Pull rod nut component with high fatigue performance ) 是由 苏强 吴东明 谢正元 李旺龙 于 2019-10-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高疲劳性能的拉杆螺母组件,包括拉杆、台阶式螺母和垫圈,台阶式螺母和垫圈位于拉杆的一端或两端,台阶式螺母的台阶套入到垫圈的内孔中,台阶式螺母的中部端面支承于垫圈的端面,拉杆为两端或全长开有与台阶式螺母配合的外螺纹,台阶式螺母的内螺纹与拉杆的外螺纹配合,台阶式螺母的外表面为圆形或多边形。所述垫圈或是一设有内孔的垫板或是组合式垫圈,垫板内孔的尺寸稍大于台阶式螺母之台阶的外径,组合式垫圈由球面垫圈和内球面垫圈组成；在台阶式螺母的后端面还连接有一个锁紧螺母。该组件使得螺纹付长度内受力尽可能均匀,减低了前端螺纹付(靠近垫圈端)的应力集中情况,从而显著提高了拉杆螺母组件的疲劳性能。(The invention relates to a pull rod nut component with high fatigue performance, which comprises a pull rod, a step nut and a washer, wherein the step nut and the washer are positioned at one end or two ends of the pull rod, the step of the step nut is sleeved into an inner hole of the washer, the middle end surface of the step nut is supported on the end surface of the washer, the pull rod is provided with external threads matched with the step nut at two ends or the whole length, the internal threads of the step nut are matched with the external threads of the pull rod, and the outer surface of the step nut is circular or polygonal. The gasket is a backing plate with an inner hole or a combined gasket, the size of the inner hole of the backing plate is slightly larger than the outer diameter of the step nut, and the combined gasket is composed of a spherical gasket and an inner spherical gasket; the rear end face of the stepped nut is also connected with a locking nut. The assembly enables the stress in the length of the screw pair to be as uniform as possible, reduces the stress concentration condition of the front end screw pair (close to the end of the washer), and thus obviously improves the fatigue performance of the pull rod nut assembly.)

一种高疲劳性能的拉杆螺母组件

技术领域

本发明涉及预应力领域用结构组件，具体说是一种高疲劳性能的拉杆螺母组件。

背景技术

在工程建设中，特别在预应力领域中，常用到拉杆螺母组件；如悬索桥锚碇索股连接构造中，拉杆螺母组件一端连接于索股锚头，另一端连接于连接平板（连接平板被预应力锚固于砼体的前锚面）；又如在岩土锚杆中的拉杆螺母组件，在大型空间结构中的拉杆螺母组件，在预制桥墩中的高强钢拉杆螺母组件，在桥梁钢性吊杆中的拉杆螺母组件等；这些工程中的拉杆螺母组件往往承受较高的静载和动载，拉杆螺母组件的抗疲劳性能尤其重要，关系到构件的安全和耐久。

现有的拉杆螺母组件主要由拉杆、螺母、垫圈组成，参见图1，螺母两端面平行或一端面为球面，外形为圆形或多边形，内孔设有与拉杆配合的螺纹；垫圈两端面平行或一端面为球面，外形为圆形或多边形（四边形较多），内孔大于拉杆直径；拉杆一般为两端或全长开有与螺母配合的外螺纹；现有这种拉杆螺母组件，拉杆的荷载通过螺纹付传递给螺母，螺母通过端面与垫圈端面支承贴合传递给垫圈，最后由垫圈传递给构件。

现有的螺母拉杆组件在荷载作用下，整个螺纹付长度内的受力是不均匀的，前端螺纹付（靠近垫圈端）受力最大，越往后螺纹付受力越小；通常应力最高的前端拉杆螺纹付往往最先失效，通常表现为拉杆在螺纹付出口处断裂；工程上为上安全起见，拉杆外径尺寸设计得比较大，相应的螺母组件尺寸也较大，但应力集中的程度没有改变；而对于受循环荷载的拉杆螺母组件来说，减少应力集中至关重要。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种高疲劳性能的拉杆螺母组件，该高疲劳性能的拉杆螺母组件通过对现有关键零件结构进行设计改进，使得螺纹付长度内受力尽可能均匀，减低了前端螺纹付(靠近垫圈端）的应力集中情况，从而显著提高了拉杆螺母组件的疲劳性能。

解决上述问题的技术方案是：一种高疲劳性能的拉杆螺母组件，包括拉杆、螺母和垫圈，螺母和垫圈位于拉杆的一端或两端，其特征在于：所述螺母为在一端设有台阶的台阶式螺母，所述垫圈或是垫板或是组合式垫圈，台阶式螺母的台阶套入到垫圈的内孔中，台阶式螺母的中部端面支承于垫圈的端面, 拉杆为两端或全长开有与台阶式螺母配合的外螺纹，台阶式螺母的内螺纹与拉杆的外螺纹配合, 台阶式螺母的外表面为圆形或多边形。

其进一步技术方案是：所述垫圈是一设有内孔的垫板，内孔的尺寸稍大于台阶式螺母之台阶的外径，垫圈的外表面为圆形或多边形。

其进一步技术方案或是：所述垫圈是组合式垫圈，该组合式垫圈由球面垫圈和内球面垫圈组成；

所述台阶式螺母的台阶套入到组合式垫圈之球面垫圈的内孔中，台阶式螺母的中部端面支承于组合式垫圈之球面垫圈的端面, 台阶式螺母的内螺纹与拉杆的外螺纹配合。

其更进一步技术方案是：在台阶式螺母的后端面还连接有一个锁紧螺母。

由于采取上述结构，本发明之《一种高疲劳性能的拉杆螺母组件》具有以下有益效果：

1、显著提高了拉杆螺母组件的疲劳性能，参见附表一《原有拉杆螺母组件与本发明高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅰ疲劳试验结果对比表》。

现有的螺母拉杆组件在荷载作用下，整个螺纹付长度内的受力是不均匀的，前端螺纹付（靠近垫圈端）受力最大，越往后螺纹受力越小，所以通常应力集中的前端螺纹付往往最先失效，表现为此处拉杆提前断裂。

本发明之一种高疲劳性能的拉杆螺母组件通过结构改进，将螺母改为在端面设置有台阶的台阶式螺母，在该台阶段内的螺纹付（螺母前部份螺纹付），在拉杆荷载作用下能自由变形，没有支承约束作用，主要表现为拉应力，应力集中度小；该台阶的设置，使得非台阶段内的螺纹付（螺母后部分螺纹付）承担了更多的拉杆荷载，使得螺纹付长度内受力尽可能均匀，减低了前端螺纹付(靠近垫圈端）的应力集中情况，因此显著地提高了拉杆螺母组件的疲劳性能。

2、节约原材料：

由于受力均匀，在相同的荷载条件下，本发明之《一种高疲劳性能的拉杆螺母组件》的拉杆外径尺寸以及相应的螺母组件尺寸比《现有的拉杆螺母组件》尺寸小。

3、运营更加安全：

本发明之带有锁紧螺母的高疲劳性能的拉杆螺母组件在台阶式螺母的后端面还连接有一个锁紧螺母，可以防止工作运营中螺母松动，使运营更加安全、可靠。

下面结合附图和实施例对本发明之《一种高疲劳性能的拉杆螺母组件》的技术特征作进一步说明。

附图说明

图1是现有常用拉杆螺母组件结构示意图；

图2是本发明实施例一之高疲劳性能的拉杆螺母组件结构示意图：

图3是本发明拉杆螺母组件之台阶式螺母结构示意图（剖面图）；

附图4是本发明拉杆螺母组件之垫圈结构示意图（剖面图）；

附图5是本发明拉杆螺母组件之螺母和垫圈组装图示意图（剖面图）；

附图6：本发明实施例二之一种带有锁紧螺母的高疲劳性能的拉杆螺母组件结构示意图；

附图7：本发明实施例三之一种垫圈为垫圈组件的高疲劳性能的拉杆螺母组件结构示意图；

附图8：本发明实施例四之一种带有锁紧螺母、垫圈为垫圈组件的高疲劳性能的拉杆螺母组件结构示意图。

附图9：本发明实施例三、实施例四之垫圈组件的结构示意图。

图1中：

1a-螺母，2a-普通垫圈, 3-拉杆；

图2-图9中：

1-台阶式螺母，101-台阶式螺母的后端面，102-台阶式螺母的外表面，103-台阶式螺母的中部端面，104-台阶，105-内螺纹；

2-垫圈，2a-普通垫圈, 2b-组合式垫圈, 21-球面垫圈，22-内球面垫圈，

201-垫圈的端面， 201b-球面垫圈的端面， 202-垫圈的外表面，202b-组合式垫圈的外表面，203-内孔，203b-球面垫圈的内孔；3-拉杆；4-锁紧螺母。

具体实施方式

实施例一

一种高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅰ：

如图2所示，所述高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅰ包括拉杆3、台阶式螺母1和垫圈2，台阶式螺母1和垫圈2位于拉杆3的两端；

所述台阶式螺母1的台阶104套入到垫圈2的内孔203中，台阶式螺母的中部端面103支承于垫圈的端面201（参见图3、图5）, 台阶式螺母的内螺纹105与拉杆3的外螺纹配合。

所述垫圈2为一设有内孔203的垫板（参见图4），内孔203的尺寸稍大于台阶式螺母1之台阶104的外径，垫圈的外表面202为圆形、四边形、六边形或其他任意多边形，以圆形为多数。

所述拉杆3的两端或全长开有与台阶式螺母1配合的外螺纹，台阶式螺母的外表面102为圆形、四边形、六边形或其他任意多边形，以圆形为多数。

针对实施例一，根据实际工程要求，用原有螺母拉杆组件与本发明高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅰ作对比试验验证；如某悬索桥锚碇锚固系统中采用高强钢拉杆螺母组件用于连接主缆索股与连接器，最初设计为原有拉杆螺母组件方案，为验证其抗疲劳性能，按设计要求进行200万次荷载循环试验，试验所有参数（上限荷载、下限荷载、加载频率等）不变，试验结果表明，原有螺母拉杆组件平均约在110多万次荷载循环时试验失效，拉杆断裂于螺母出口处；而用本发明高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅰ方案进行疲劳试验，都能顺利完成200万次荷载循环，高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅰ未失效。试验对比结果如附表一。

附表一

原有拉杆螺母组件与本发明高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅰ疲劳试验结果对比表

实施例二

带有锁紧螺母的一种高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅱ：

该带有锁紧螺母的高疲劳性能的拉杆螺母组件的基本结构及连接方式同实施例一，与实施例一不同之处在于：在台阶式螺母的后端面101还连接有一个锁紧螺母4（参见图6），防止工作运营中螺母松动。

实施例三

垫圈为垫圈组件的一种高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅲ：

该高疲劳性能的拉杆螺母组件基本结构同实施例一，仍包括拉杆3、台阶式螺母1和垫圈2，台阶式螺母1和垫圈2位于拉杆3的两端；

与实施例一不同之处在于：所述垫圈2是组合式垫圈2b，该组合式垫圈2b由球面垫圈21和内球面垫圈22组成；

所述台阶式螺母1的台阶104套入到组合式垫圈2b之球面垫圈的内孔203b中，台阶式螺母的中部端面103支承于组合式垫圈2b之球面垫圈的端面201b（参见图7）, 台阶式螺母的内螺纹105与拉杆3的外螺纹配合。

采用该种由球面垫圈21和内球面垫圈22组成的组合式垫圈2b的配合设计在一定程度上使拉杆螺母组件在承受偏载时能协调转动，减少由于偏载而产生过大的附加弯曲应力。

实施例四

带有锁紧螺母、垫圈为垫圈组件的一种高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅳ：

该带有锁紧螺母、垫圈为垫圈组件的高疲劳性能的拉杆螺母组件的基本结构及连接方式同实施例三，与实施例三不同之处在于：在台阶式螺母1的后端面还连接有一个锁紧螺母4（参见图8），防止工作运营中螺母松动。

作为本发明实施例一、实施例二的一种变换，所述的一种高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅰ、Ⅱ、的螺母1和垫圈2还可以只位于拉杆3的一端。

作为本发明实施例三、实施例四的一种变换，所述的一种高疲劳性能的拉杆螺母组件Ⅲ、Ⅳ的螺母1和垫圈组件2b还可以只位于拉杆3的一端。