專利名稱：一種錨索的高強恒阻伸長裝置及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種礦山、隧道、水利水電等工程領域支護時用的錨索，尤其涉及錨索的伸長裝置。
背景技術：
在礦山、隧道、水利水電等工程領域支護時，錨索是應用很多的支護裝備。隨著開采深度不斷增大以及大規(guī)模地下工程的建設，面臨的地質(zhì)條件越來越復雜，圍巖經(jīng)常表現(xiàn)出大變形特點。當圍巖變形量較大，超過錨索所能夠承受的范圍時，將導致錨索破壞失效，進而造成地下工程失穩(wěn)破壞事故。這種情況下要求所使用的錨索在圍巖發(fā)生大變形時可以受拉伸長而本身不發(fā)生破壞，以適應圍巖變形。目前，國內(nèi)采用的可變形伸長裝置主要采用碟形或葫蘆形托盤、可變形桿體或襯墊、改進鋼絞線的錨具、擠壓可滑動鋼套等裝置來適應圍巖體的大變形。上述裝置允許變形量一般較小，不能適應大變形的特點，而允許變形量較大的裝置，能提供的有效阻力不足，性能不夠穩(wěn)定，不能滿足現(xiàn)代地下工程支護需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務在于提供ー種高強恒阻伸長裝置。將本裝置應用于錨索中，在圍巖發(fā)生大變形時，可以在高荷載條件下受拉伸長而本身不發(fā)生破壞，確保大變形巖土工程的安全。為達到上述目的，本發(fā)明采取的方案是技術方案一一種錨索的高強恒阻伸長裝置，其特征在于，它包括筒形套管、拔絲模和冷拔桿體；所述的拔絲模為錐形模，拔絲模和套管通過螺紋或高強螺栓相連；冷拔桿體是一段變徑金屬桿，一端為粗段、另一端為細段，粗段和細段之間為錐形段，錐形段的錐度與拔絲模錐度相匹配，冷拔桿體粗端嵌套在套管內(nèi)，細段端部從拔絲模孔ロ引出；套管的尾部設有用于安裝托盤及鎖緊螺母的外螺紋，冷拔桿體細段端部設有用于連接錨索的外螺紋。技術方案ニ 一種錨索的高強恒阻伸長裝置，其特征在于，它包括筒形套管、拔絲模和冷拔桿體；所述的拔絲模為錐形模，拔絲模和套管通過螺紋或高強螺栓相連；冷拔桿體是一段變徑金屬桿，一端為粗段、另一端為細段，粗段和細段之間為錐形段，錐形段的錐度與拔絲模錐度相匹配，冷拔桿體粗端嵌套在套管內(nèi)，細段端部從拔絲?？抓硪觯焕浒螚U體細段端部設有用于連接錨索體的外螺紋；在套管的尾部設有用于連接另ー錨索體的端堵，端堵通過內(nèi)螺紋與套管相連。上述兩個技術方案中套管直徑和壁厚應符合錨固カ要求，其長度對應于冷拔桿體粗端長度；上述兩個技術方案中冷拔桿體均有以下三種結(jié)構形式I、實心變徑圓鋼結(jié)構；
2、變徑空心鋼管結(jié)構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限；3、桿體粗段采用空心結(jié)構，細段采用實心結(jié)構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限；錐形段和細端的連接采用螺紋、鋳造或焊接連接結(jié)構上述的拔絲模材料可以選用硬質(zhì)合金或優(yōu)質(zhì)鋼。為了防止冷拔桿體受損傷或被拉斷，可以在冷拔桿體和拔絲模上涂抹有潤滑剤，潤滑劑的材料可以選用肥皂、植物油。當冷拔桿體采用空心鋼管制成時，為了防止桿體拉拔過程中，內(nèi)表面產(chǎn)生損傷影響桿體強度，可以在管內(nèi)設置圓鋼芯。本發(fā)明技術方案ー用于普通錨索及單根式小錨索，使用時，通過加工有錨索穿孔 的圓盤將錨索體連接在冷拔桿體細段端部。本發(fā)明技術方案ニ用于對穿式橫阻伸長錨索，使用時，通過加工有錨索穿孔的圓盤將ー個錨索體連接在冷拔桿體細段端部；通過端堵和圓盤將另ー個錨索體連接在套管尾部。本發(fā)明依據(jù)在于金屬的冷拔性能，冷拔的過程中可以產(chǎn)生持續(xù)變形，并保持恒定的拉拔力。當采用棒材拉拔時，根據(jù)金屬塑性力學理論，可以得到桿體工作應カ計算公式為
σ￡ = σ, (I + ^^)[1 - 3ηα ] + σ, tan or + 0.15/ ^ σν(I)其中，σ,為拉拔應力，即工作應力，也就是拔絲模出口處桿體的軸向應力；03為桿體拉拔前后的平均變形抗力；α為模角ば為摩擦系數(shù)；％為原始直徑鞏為拔出后直徑；Ld為定徑區(qū)長度。桿體拉カ即恒阻伸長裝置提供的阻カ為
F = σΛ X — D,2( 2 )根據(jù)桿體拉出前后直徑、斷面減縮率、材料性質(zhì)、模角、潤滑劑種類等因素不同，拉拔カ小則幾噸，最大可達到上千噸。本發(fā)明高強恒阻伸長裝置的工作原理大致是當圍巖發(fā)生變形時會對錨索產(chǎn)生拉力，該拉カ經(jīng)由鋼絞線傳遞到冷拔桿體，由于冷拔桿體較粗一端直徑大于拔絲?？抓韮?nèi)徑，拔絲模阻止其向外運動，二者之間會產(chǎn)生很大的擠壓力。當拉カ超過冷拔桿體的塑形變形カ時，冷拔桿體在縱向拉力和拔絲模橫向壓力的作用下發(fā)生頸縮現(xiàn)象，其截面變小，桿體被緩慢拔出。這種變形可以持續(xù)進行，并保持恒定的拉拔カ，這樣就實現(xiàn)了恒阻連續(xù)大變形的目的。本發(fā)明恒阻伸長裝置充分利用鋼筋/鋼管的冷拔性能，所受拉カ大于其額定拉拔カ時可以產(chǎn)生持續(xù)變形，允許冷拔桿體發(fā)生較大位移以適應圍巖變形，并保持恒定的阻力，在此過程中還可以不斷地吸收圍巖變形能量，另外還提高了錨索的抗震性能，確保大變形巖土工程的安全。除了實現(xiàn)恒阻變形外，拉拔的另ー個有益效果為桿體通過模孔后，強度大幅提高。此外，本發(fā)明還具有可提供阻カ大，結(jié)構簡單，性能穩(wěn)定等特點。


下面結(jié)合附圖與具體應用實例對本發(fā)明作進ー步說明圖I為高強恒阻伸長裝置剖面示意圖，圖中以變徑空心鋼管結(jié)構為例；圖2為拉拔變形結(jié)構原理圖，圖中以實心結(jié)構為例；圖3為本發(fā)明應用于普通錨索的示意圖；圖4為本發(fā)明應用于對穿錨索的實施例示意圖；圖5為本發(fā)明應用于單根小錨索的示意圖。
圖例說明，I-套管，2-拔絲模，3-冷拔桿體，4-第一外螺紋，5-第二外螺紋，6_內(nèi)螺紋，7-高強螺栓，8-圓盤，9-錨索體，10-外端蓋，11-鎖緊螺母，12-錨盤，13-混凝土墩，14-注漿管，15-端堵結(jié)構，16-帶收縮孔的螺母，17-鎖塊。
具體實施例方式結(jié)合圖I進ー步說明本發(fā)明恒阻伸長裝置第一種技術方案的構造。一種錨索的高強恒阻伸長裝置，它包括筒形套管I、拔絲模2和冷拔桿體3 ;所述的拔絲模2是錐形摸，拔絲模2和套管I通過螺紋或高強螺栓7相連，冷拔桿體2是一段變徑金屬桿，一端為粗段、一端為細段，粗段和細段之間為錐形段，錐形段的錐度與拔絲模2的錐度相匹配；冷拔桿體3粗段嵌套在套管I內(nèi)，冷拔桿體3細段端部從拔絲模2孔ロ引出；套管I的尾部設有用于安裝鎖緊螺母的第一外螺紋4，冷拔桿體的細段端部設有用于連接錨索的第二外螺紋5。上述的套管I直徑和壁厚應符合錨固カ要求，其長度對應于冷拔桿體3粗端長度；上述的拔絲模2材料可以選用硬質(zhì)合金或優(yōu)質(zhì)鋼。拔絲模2具有非常大的強度可以經(jīng)受很大的軸向拉、壓力，過程中發(fā)生的變形量很小；上述的冷拔桿體3有以下結(jié)構形式，圖I僅示出變徑空心鋼管結(jié)構I、實心變徑圓鋼結(jié)構；2、變徑空心鋼管結(jié)構，鋼管粗段的終端設有鎖塊17作為桿體拉拔極限，如圖I所示；3、桿體粗段采用空心結(jié)構，細段采用實心結(jié)構，鋼管粗段的終端設有鎖塊17，作為桿體拉拔極限；錐形段和細端的連接采用螺紋、鋳造或焊接連接結(jié)構。當冷拔桿體采用空心鋼管制成時，為了防止冷拔桿體3拉拔過程中，內(nèi)表面產(chǎn)生損傷影響桿體強度，可以在管內(nèi)設置圓鋼芯。為了防止冷拔桿體受損傷或被拉斷，在冷拔桿體3和拔絲模2上涂抹有潤滑劑，潤滑劑的材料可以選用肥皂、植物油均可。本裝置還可應用于兩個錨索之間，為此，在套管I的尾部設有用于連接錨索的內(nèi)螺紋6。本發(fā)明依據(jù)金屬的冷拔原理，如圖2所示冷拔桿體3與拔絲模2保持接觸，冷拔桿體3受拉カF時，拔絲模2對冷拔桿體3作用有摩擦力T和正壓カN，由于冷拔桿體3的剛度比拔絲模的剛度小，其截面被壓縮，逐漸被拉出拔絲模2。冷拔的過程中可以產(chǎn)生持續(xù)變形，并保持恒定的拉拔カ。本發(fā)明第二種技術方案與第一種大體相同，不同的是在第一種技術方案中套管的尾部設有用于安裝托盤及鎖緊螺母的外螺紋，而在第二種技術方案中在套管的尾部設有用于連接另ー錨索的端堵，端堵通過內(nèi)螺紋與套管相連。(見圖4)將本發(fā)明應用于錨索中，可以有多種具體實施方式
以適應不同的エ況，此處僅列舉三個具體實施例如下如圖3所示，本發(fā)明應用于普通錨索時，通過加工有錨索穿孔的圓盤8將錨索體9連接在冷拔桿體3上，圓盤8通過第二外螺紋5與冷拔桿體3連接。將錨索體9裝入鉆孔，通過注漿管14灌漿，并建造混凝土墩13，通過內(nèi)螺紋6將外端蓋10固定在套管I上。待錨固劑凝固后，通過第一外螺紋4用鎖緊螺母11將套管I和錨盤12鎖緊在混凝土墩13上，并施加設計的預應力。如圖4示出的是ー種對穿式橫阻伸長錨索，它是將恒阻伸長裝置兩端連接錨索體 9應用在相鄰的兩條巷道或隧道中，一端通過圓盤8將錨索體9套裝在冷拔桿體3上，另ー端通過內(nèi)螺紋6連接上端堵裝結(jié)構15，再將另ー錨索體9連接在其上；對于相鄰的兩條巷道或隧道之間的巖柱存在明顯的高應カ情況下，需要這種對穿式預應カ錨索；在兩條巷道之間打通孔，兩端均安設外錨頭，省去了內(nèi)錨固段。如圖5所示，對于煤礦軟巖巷道支護，巷道圍巖常表現(xiàn)出大變形特征，一般采用小孔徑鉆孔，錨索體9采用單根鋼絞線，孔底端頭錨固，為了防止鋼絞線被拉斷有必要采用本發(fā)明的恒阻伸長裝置。應用本發(fā)明時，通過帶收縮孔的螺母16將錨索體9套裝在冷拔桿體3上，再通過第二外螺紋5用鎖緊螺母11固定，裝入鉆孔灌漿錨固后再通過第一外螺紋4用鎖緊螺母鎖緊在孔壁上。
權利要求
1.一種錨索的高強恒阻伸長裝置，其特征在于，它包括筒形套管、拔絲模和冷拔桿體；所述的拔絲模為錐形模，拔絲模和套管通過螺紋或高強螺栓相連；冷拔桿體是一段變徑金屬桿，一端為粗段、另一端為細段，粗段和細段之間為錐形段，錐形段的錐度與拔絲模錐度相匹配，冷拔桿體粗端嵌套在套管內(nèi)，細段端部從拔絲模孔ロ引出；套管的尾部設有用于安裝托盤及鎖緊螺母的外螺紋，冷拔桿體細段端部設有用于連接錨索的外螺紋；要求套管直徑和壁厚應符合錨固カ要求，其長度對應于冷拔桿體粗端長度。
2.如權利要求I所述的高強恒阻伸長裝置，其特征在于，在冷拔桿體和拔絲模上涂抹有潤滑剤。
3.如權利要求I所述的高強恒阻伸長裝置，其特征在于，所述的冷拔桿體有以下三種結(jié)構形式 一是實心變徑圓鋼結(jié)構； ニ是變徑空心鋼管結(jié)構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限； 三是桿體粗段采用空心結(jié)構，細段采用實心結(jié)構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限。
4.如權利要求3所述的高強恒阻伸長裝置，其特征在于，在變徑空心鋼管內(nèi)設置有圓鋼芯。
5.如權利要求1-4任一所述的錨索的高強恒阻伸長裝置的使用方法，其特征在于，它用于普通錨索及單根式小錨索，使用時，通過加工有錨索穿孔的圓盤將錨索體連接在冷拔桿體細段端部。
6.一種錨索的高強恒阻伸長裝置，其特征在于，它包括筒形套管、拔絲模和冷拔桿體；所述的拔絲模為錐形摸，拔絲模和套管通過螺紋或高強螺栓相連；冷拔桿體是一段變徑金屬桿，一端為粗段、另一端為細段，粗段和細段之間為錐形段，錐形段的錐度與拔絲模錐度相匹配，冷拔桿體粗端嵌套在套管內(nèi)，細段端部從拔絲?？抓硪?；冷拔桿體細段端部設有用于連接錨索體的外螺紋；在套管的尾部設有用于連接另ー錨索體的端堵，端堵通過內(nèi)螺紋與套管相連；要求套管直徑和壁厚應符合錨固カ要求，其長度對應于冷拔桿體粗端長度。
7.如權利要求6所述的高強恒阻伸長裝置，其特征在干，在冷拔桿體和拔絲模上涂抹有潤滑剤。
8.如權利要求6所述的高強恒阻伸長裝置，其特征在于，所述的冷拔桿體有以下三種結(jié)構形式 一是實心變徑圓鋼結(jié)構； ニ是變徑空心鋼管結(jié)構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限； 三是桿體粗段采用空心結(jié)構，細段采用實心結(jié)構，鋼管粗段的終端設有鎖塊，作為桿體拉拔極限。
9.如權利要求8所述的高強恒阻伸長裝置，其特征在于，在變徑空心鋼管內(nèi)設置有圓鋼芯。
10.如權利要求6-9任一所述的錨索的高強恒阻伸長裝置的使用方法，其特征在于，它用于對穿式橫阻伸長錨索，使用時，通過加工有錨索穿孔的圓盤將一個錨索體連接在冷拔桿體細段端部；通過端堵和圓盤將另ー個錨索體連接在套管尾部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種錨索的高強恒阻伸長裝置及其使用方法，它包括筒形套管、拔絲模和冷拔桿體；所述的拔絲模為錐形模，拔絲模和套管通過螺紋或高強螺栓相連；冷拔桿體是一段變徑金屬桿，一端為粗段、另一端為細段，粗段和細段之間為錐形段，錐形段的錐度與拔絲模錐度相匹配，冷拔桿體粗端嵌套在套管內(nèi)，細段端部從拔絲模孔口引出；套管的尾部設有用于安裝托盤及鎖緊螺母的外螺紋，冷拔桿體細段端部設有用于連接錨索的外螺紋，或者在冷拔桿體細段端部設有用于連接錨索體的外螺紋；在套管的尾部設有用于連接另一錨索體的端堵。本發(fā)明除了實現(xiàn)恒阻變形外，拉拔的另一個有益效果為桿體通過?？缀?，強度大幅提高。
文檔編號E02D5/74GK102678147SQ20121013909
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權日2012年4月25日
發(fā)明者喬衛(wèi)國, 吳學震, 王剛, 蔣宇靜 申請人:山東科技大學