一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿及其組裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿及其組裝方法，該組合錨桿的外錨模塊由外錨端、錨管及其連接件錨墩組成，通過錨固劑與鉆孔壁粘結(jié)起到全長(zhǎng)粘結(jié)式錨桿的作用；內(nèi)錨模塊由外錨端、錨墩、彈簧和螺桿組成，螺桿在外錨端的牽引下壓縮內(nèi)錨彈簧，將錨固力分散作用于各個(gè)錨墩，錨墩再將該作用力以壓力的形式傳遞給錨固劑，從而起到壓力分散型錨桿的作用；內(nèi)錨模塊在錨管斷裂前與外錨模塊呈并聯(lián)關(guān)系，對(duì)圍巖起到輔助錨固作用，在錨管斷裂后對(duì)圍巖進(jìn)行緩沖讓壓與及時(shí)的二次高強(qiáng)支護(hù)。
【專利說明】
一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿及其組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是針對(duì)高應(yīng)力大變形或具有沖擊傾向性的巖體工程的支護(hù)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]錨桿支護(hù)是礦山、隧洞、邊坡等巖土工程穩(wěn)定性控制的一種重要手段。相關(guān)科技人員在錨桿支護(hù)的研究與應(yīng)用過程中，開發(fā)了數(shù)目眾多的各種錨桿并成功地解決了大量的工程支護(hù)問題。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)錨桿都難以適應(yīng)高應(yīng)力大變形和具有沖擊傾向性的巖體工程。根據(jù)這類巖體工程的應(yīng)力與變形特點(diǎn)，較有效的錨桿形式是具有讓壓特性的高強(qiáng)錨桿。其基本要求是既要有足夠的變形能力以適應(yīng)圍巖大變形，又要在變形過程中持續(xù)提供較高的錨固力。目前常用的此類錨桿主要有恒阻大變形錨桿和讓壓管錨桿。
[0003]恒阻大變形錨桿由恒阻裝置、桿體、托盤和螺母組成。其中，恒阻裝置包括恒阻套管和恒阻體，并且恒阻套管內(nèi)表面和桿體的外表面均為螺紋結(jié)構(gòu)。恒阻裝置套裝于桿體的尾部，托盤和螺母依次安裝在恒阻裝置的尾部。當(dāng)施加于桿體上的軸力大于或等于恒阻大變形錨桿的設(shè)計(jì)恒阻力時(shí)，恒阻裝置內(nèi)的恒阻體沿著套管內(nèi)壁發(fā)生摩擦滑移，在滑移過程中保持恒阻特性，依靠恒阻裝置的結(jié)構(gòu)變形來抵抗巖體的變形破壞。這種錨桿在一定條件下能起到較好的讓壓和抗沖擊作用，然而由于需要在錨桿的桿體頭部和恒阻套管處分別進(jìn)行粘結(jié)錨固，給錨桿安裝造成了很大的困難，而且一旦粘結(jié)錨固段發(fā)生破斷或松脫將導(dǎo)致整個(gè)錨桿的失效。因此，該錨桿存在安裝困難和可靠性低的缺陷。
[0004]讓壓管錨桿由高強(qiáng)桿體、讓壓管、托盤以及螺母等部件組成。與普通的錨桿相比，該讓壓錨桿在錨桿尾部增加了一個(gè)具有讓壓功能的讓壓管。根據(jù)大變形圍巖條件的不同，讓壓管可以設(shè)計(jì)制造成不同的規(guī)格。這種錨桿雖然具有較好的防沖擊效果，但一方面由于讓壓管位于外錨端，使讓壓管的長(zhǎng)度即讓壓變形量受到很大限制，另一方面為了發(fā)揮讓壓作用而不能采用全長(zhǎng)錨固方式，一旦粘結(jié)錨固段發(fā)生破斷或松脫也將導(dǎo)致整個(gè)錨桿的失效。因此，該錨桿存在讓壓變形量有限和可靠性低的問題。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有的各種錨桿類型應(yīng)用于高應(yīng)力大變形和具有沖擊傾向性的巖體工程時(shí)都存在一些問題，因此有必要研發(fā)一種適應(yīng)性更強(qiáng)和可靠性更高的錨桿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決高應(yīng)力大變形圍巖和沖擊傾向性圍巖的支護(hù)難題，提供一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿及其組裝方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿，該組合錨桿分為外錨模塊和內(nèi)錨模塊；
[0008]所述外錨模塊包括一套錨管、錨管之間的錨墩、外錨端;一套錨管包括一根頭部錨管、若干根中部錨管、一根尾部錨管;所述錨墩兩端分別與錨管通過螺紋連接，每?jī)蓚€(gè)相鄰錨墩之間的部分為一個(gè)錨固段;所述外錨端包括錨盤、預(yù)緊彈簧、錨環(huán)和螺母，所述錨環(huán)與尾部錨管通過螺紋連接，錨環(huán)細(xì)部外圍套有一個(gè)預(yù)緊彈簧，預(yù)緊彈簧緊貼錨盤的外端面，在預(yù)警彈簧的作用下錨盤的內(nèi)端面壓緊于圍巖表面，錨環(huán)外端面緊貼螺母；
[0009]所述內(nèi)錨模塊處于外錨模塊形成的密封空間內(nèi)部，內(nèi)錨模塊包括螺桿、錨墩、內(nèi)錨彈簧和擋環(huán);所述錨墩和內(nèi)錨彈簧套設(shè)于螺桿上，內(nèi)錨彈簧的一端位于錨墩中心孔邊緣的彈簧卡槽內(nèi)，另一端被所述擋環(huán)限定于螺桿上，擋環(huán)與螺桿之間為螺紋連接，所述擋環(huán)和螺母的一端均設(shè)有阻止其沿彈簧伸長(zhǎng)方向移動(dòng)的防松膠圈；
[0010]所述外錨模塊和內(nèi)錨模塊之間通過錨墩和外錨端組合成一個(gè)整體。
[0011]作為優(yōu)選，根據(jù)錨桿的長(zhǎng)度需求，所述螺桿可以是一整根，也可以采用連接套管將多根連接而成。
[0012]作為優(yōu)選，所述組合錨桿的所有構(gòu)件中除了錨墩的外螺紋為左旋螺紋外，其余構(gòu)件的螺紋均為右旋螺紋。
[0013]作為優(yōu)選，所述錨墩中心圓孔的直徑與內(nèi)錨彈簧的內(nèi)徑相同，都略大于螺桿外徑；錨管的內(nèi)徑略大于擋環(huán)的外徑;錨盤中心孔的直徑略大于錨管的外徑;預(yù)緊彈簧的內(nèi)徑略大于錨環(huán)細(xì)部的外徑。
[0014]本發(fā)明外錨模塊由多根錨管和多個(gè)錨墩通過螺紋連接而成，內(nèi)錨模塊由多根彈簧和多個(gè)擋環(huán)通過螺桿串接而成并處于外錨模塊形成的密封空間內(nèi)部，內(nèi)外錨固模塊之間通過錨墩和外錨端組合成有機(jī)的整體。選擇不同數(shù)量和不同規(guī)格(尺寸和力學(xué)性能)的構(gòu)件，可以組裝出具有不同長(zhǎng)度和錨固性能(強(qiáng)度、剛度和變形能力)的錨桿，以滿足各種工程條件的支護(hù)需求。每個(gè)擋環(huán)和螺母的一端都有一個(gè)防松膠圈，使擋環(huán)或螺母只能沿一個(gè)方向移動(dòng)而不能反向松脫。預(yù)緊彈簧在錨環(huán)的推動(dòng)下將錨盤壓緊于圍巖表面，以此提供定量的錨桿預(yù)緊力。每?jī)蓚€(gè)相鄰錨墩之間的部分為一個(gè)錨固段，某個(gè)錨固段的破壞不會(huì)造成整根錨桿的失效。當(dāng)某個(gè)錨固段的錨管斷裂失效后其內(nèi)部的螺桿隨即承擔(dān)錨固作用，此時(shí)與螺桿相連的多個(gè)內(nèi)錨彈簧一方面起到緩沖作用以避免螺桿被拉斷，另一方面將螺桿所受荷載較均勻地分配到錨管斷裂點(diǎn)兩端的多個(gè)錨墩以避免個(gè)別錨墩受到過大的集中應(yīng)力而遭到破壞。
[0015]上述一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿的組裝方法，包括以下步驟:
[0016]第一步:所述組合錨桿的裝配從螺桿中部開始往兩端依次進(jìn)行，首先依次裝配螺桿中部的錨墩、內(nèi)錨彈簧、擋環(huán)及防松膠圈；
[0017]第二步:接著裝配中部錨墩兩端的中部錨管，然后依次裝配兩端的錨墩、內(nèi)錨彈簧、擋環(huán)及防松膠圈。
[0018]第三步:再接著裝配頭部錨管和尾部錨管，最后依次裝配外錨端的錨盤、預(yù)緊彈簧、錨環(huán)、螺母和防松膠圈。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:
[0020](I)分段錨固，錨固性能可靠。每?jī)蓚€(gè)相鄰錨墩之間的部分為一個(gè)錨固段，某個(gè)錨固段的破壞不會(huì)造成整根錨桿的失效。當(dāng)某個(gè)錨固段的錨管斷裂失效后其內(nèi)部的螺桿隨即承擔(dān)錨固作用，此時(shí)與螺桿相連的多個(gè)內(nèi)錨彈簧一方面起到緩沖作用以避免螺桿被拉斷，另一方面將螺桿所受荷載較均勻地分配到錨管斷裂點(diǎn)兩端的多個(gè)錨墩以避免個(gè)別錨墩受到過大的集中應(yīng)力而遭到破壞。
[0021](2)模塊化結(jié)構(gòu)，易于組裝、適應(yīng)性強(qiáng)。每根錨桿分為外錨模塊和內(nèi)錨模塊，外錨模塊由多根錨管和多個(gè)錨墩通過螺紋連接而成，內(nèi)錨模塊由多根彈簧和多個(gè)擋環(huán)通過螺桿串接而成，內(nèi)外錨固模塊之間通過錨墩和外錨端組合成有機(jī)的整體。各構(gòu)件之間連接簡(jiǎn)單，組裝方便;選擇不同數(shù)量和不同規(guī)格(尺寸和力學(xué)性能)的構(gòu)件，可以組裝出具有不同長(zhǎng)度和錨固性能(強(qiáng)度、剛度和變形能力)的錨桿，以滿足各種工程條件的支護(hù)需求。
[0022](3)多階承載，錨固強(qiáng)度高、抗沖擊和適應(yīng)變形能力強(qiáng)。本發(fā)明在工作的不同階段，將由高強(qiáng)錨管、內(nèi)錨彈簧和高強(qiáng)螺桿依次起主導(dǎo)承載作用，使得每?jī)蓚€(gè)相鄰錨墩之間的錨固段都具有初次高強(qiáng)錨固、彈性緩沖和二次高強(qiáng)錨固的“抗、讓、抗”三階承載特性，而且在抗沖擊的讓壓過程中所有錨固段加上外錨端的預(yù)緊彈簧同時(shí)參與作用，能很好地適應(yīng)高應(yīng)力大變形圍巖和沖擊傾向性圍巖的支護(hù)。
[0023](4)內(nèi)錨模塊處于外錨模塊的密封空間，防腐蝕能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)，易于對(duì)錨桿工況和工程安全性進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。錨桿的外錨模塊很容易實(shí)現(xiàn)密封，內(nèi)錨彈簧和螺桿等構(gòu)件在錨管破裂之前處于外錨模塊的密閉空間內(nèi)，能有效避免腐蝕破壞，加上構(gòu)件本身的防腐蝕處理能大大延長(zhǎng)錨桿的服務(wù)年限;此外，在錨管內(nèi)布設(shè)傳感器能避免外界干擾和過早破壞，實(shí)現(xiàn)錨桿工況與工程安全狀況的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
[0024](5)安裝簡(jiǎn)單快捷，預(yù)緊力施加方便、準(zhǔn)確、可靠。本發(fā)明的安裝過程與普通全長(zhǎng)粘結(jié)式螺紋鋼錨桿的安裝一樣簡(jiǎn)單快捷;區(qū)別在于本發(fā)明的預(yù)緊力通過擰動(dòng)錨環(huán)和螺母使預(yù)緊彈簧產(chǎn)生一定的壓縮量來準(zhǔn)確施加，可以克服普通錨桿的預(yù)緊力極易衰減的缺點(diǎn)，具有較高的可靠性。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明組合錨桿的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為圖1中A處的放大圖；
[0027]圖3為圖1中B處的放大圖；
[0028]圖4為本發(fā)明組合錨桿的錨墩結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5為圖4的側(cè)視圖；
[0030]圖6為本發(fā)明組合錨桿的擋環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7為圖6中側(cè)視圖；
[0032]圖8為本發(fā)明組合錨桿的錨環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖9為圖8中側(cè)視圖；
[0034]圖10為本發(fā)明組合錨桿的螺母結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖11為圖10中側(cè)視圖；
[0036]圖12為本發(fā)明裝配步驟一示意圖；
[0037]圖13為本發(fā)明裝配步驟二示意圖；
[0038]圖14為本發(fā)明裝配步驟三示意圖；
[0039]圖15為本發(fā)明工作時(shí)錨管斷裂前、后對(duì)比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0041 ]如圖1-11所不，一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合銷桿，該組合銷桿分為外錨模塊和內(nèi)錨模塊;所述外錨模塊包括一套錨管、錨管之間的錨墩3、外錨端;一套錨管包括一根頭部錨管21、若干根中部錨管22、一根尾部錨管23;所述錨墩3兩端分別與錨管通過螺紋連接，每?jī)蓚€(gè)相鄰錨墩3之間的部分為一個(gè)錨固段;所述外錨端包括錨盤7、預(yù)緊彈簧8、錨環(huán)9和螺母10，所述錨環(huán)9與尾部錨管23通過螺紋連接，錨環(huán)9細(xì)部外圍套有一個(gè)預(yù)緊彈簧8，預(yù)緊彈簧8緊貼錨盤7的外端面，在預(yù)緊彈簧8的作用下錨盤7的內(nèi)端面壓緊于圍巖表面，錨環(huán)9外端面緊貼螺母10;所述內(nèi)錨模塊處于外錨模塊形成的密封空間內(nèi)部，內(nèi)錨模塊包括螺桿1、錨墩3、內(nèi)錨彈簧4和擋環(huán)5;所述錨墩3和內(nèi)錨彈簧4套設(shè)于螺桿I上，內(nèi)錨彈簧的一端位于錨墩3中心孔邊緣的彈簧卡槽內(nèi)，另一端被所述擋環(huán)5限定于螺桿I的一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)，擋環(huán)5與螺桿I之間為螺紋連接，所述擋環(huán)5和螺母10的一端均設(shè)有阻止其沿彈簧伸長(zhǎng)方向移動(dòng)的防松膠圈6;所述外錨模塊和內(nèi)錨模塊之間通過錨墩和外錨端組合成一個(gè)整體。
[0042]根據(jù)錨桿的長(zhǎng)度需求，所述螺桿I可以是一整根，也可以采用連接套管將多根連接而成。所述組合錨桿的所有構(gòu)件中除了錨墩3的外螺紋為左旋螺紋外，其余構(gòu)件的螺紋均為右旋螺紋。所述錨墩3中心圓孔的直徑與內(nèi)錨彈簧4的內(nèi)徑相同，都略大于螺桿I的外徑;錨管的內(nèi)徑略大于擋環(huán)5的外徑;錨盤7中心孔的直徑略大于錨管的外徑;預(yù)緊彈簧8的內(nèi)徑略大于錨環(huán)9細(xì)部的外徑。
[0043]上述一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿的組裝方法，包括以下步驟:
[0044]如圖12所示，第一步:所述組合錨桿的裝配從螺桿中部開始往兩端依次進(jìn)行，首先依次裝配螺桿中部的錨墩、內(nèi)錨彈簧、擋環(huán)及防松膠圈；
[0045]如圖13所示，第二步:接著裝配中部錨墩兩端的中部錨管，然后依次裝配兩端的錨墩、內(nèi)錨彈簧、擋環(huán)及防松膠圈。
[0046]如圖14所示，第三步:再接著裝配頭部錨管和尾部錨管，最后依次裝配外錨端的錨盤、預(yù)緊彈簧、錨環(huán)、螺母和防松膠圈。
[0047]本發(fā)明工作原理及過程:
[0048]本發(fā)明是分段式模塊化的全長(zhǎng)粘結(jié)式管錨桿(外錨模塊)與抗沖擊壓力分散型錨桿(內(nèi)錨模塊)的有機(jī)組合體。其基本原理是:每?jī)蓚€(gè)相鄰錨墩之間的部分為一個(gè)錨固段;夕卜錨模塊由外錨端、錨管及其連接件錨墩組成，通過錨固劑與鉆孔壁粘結(jié)起到全長(zhǎng)粘結(jié)式錨桿的作用；內(nèi)錨模塊由外錨端、錨墩、彈簧和螺桿組成，螺桿在外錨端的牽引下壓縮內(nèi)錨彈簧，將錨固力分散作用于各個(gè)錨墩，錨墩再將該作用力以壓力的形式傳遞給錨固劑，從而起到壓力分散型錨桿的作用；內(nèi)錨模塊在錨管斷裂前與外錨模塊呈并聯(lián)關(guān)系，對(duì)圍巖起到輔助錨固作用，在錨管斷裂后對(duì)圍巖進(jìn)行緩沖讓壓與及時(shí)的二次高強(qiáng)支護(hù)。在工作的不同階段，各個(gè)錨固段將由高強(qiáng)錨管、內(nèi)錨彈簧和高強(qiáng)螺桿依次起主導(dǎo)承載作用，使得每個(gè)錨固段都具有高強(qiáng)錨固、彈性緩沖和二次高強(qiáng)錨固的“抗、讓、抗”三階承載特性，而且各個(gè)錨固段之間既相對(duì)獨(dú)立又緊密聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了在確保錨桿自身穩(wěn)定性的條件下對(duì)圍巖進(jìn)行長(zhǎng)期有效的維護(hù)。
[0049]以三個(gè)錨固段的錨桿為例，其工作原理和過程如圖15所示。圖中l(wèi)tl、lt2、lt3分別表示頭部錨固段、中部錨固段和尾部錨固段的錨管(tube)有效長(zhǎng)度，lsl、ls2、ls3分別表示頭部錨固段、中部錨固段和尾部錨固段的彈簧(spring)有效長(zhǎng)度，lrl、lr2、lr3分別表示頭部錨固段、中部錨固段和尾部錨固段的螺桿(rod)有效長(zhǎng)度，Sburst表示尾部錨管斷裂后錨桿突然增加的伸長(zhǎng)量。
[0050]設(shè)內(nèi)銷彈簧的彈性系數(shù)分別為k1、k2、k3，壓縮變形量分別為Δlsl、Δ ls2、Δ 1S3，對(duì)錨墩的作用力分別為fs1、fs2、fs3，則根據(jù)胡克定律可得，由于彈簧壓縮變形對(duì)錨墩的作用力計(jì)算公式為:
[0051]Fsi = ki.Δ Li(I)
[0052]Fs2 = k2.Δ Is2(2)
[0053]Fs3 = k3.Δ Is3(3)
[0054]設(shè)螺桿的變形模量為E，橫截面有效面積為S，各段變形量分別為△In、△ lr2、Δlr3，軸力分別為Frl、Fr2、Fr3，則各段螺桿的軸力計(jì)算公式為:
[0055]Fri = E.S.Δ lTi/lri(4)
[0056]Fr2 = E.S.Δ lr2/lr2(5)
[0057]Fr3 = E.S.Δ Ir3/lr3(6)
[0058]根據(jù)受力平衡關(guān)系，彈簧對(duì)錨墩的作用力與螺桿軸力間存在以下關(guān)系:
[0059]Fri = Fsi(7)
[0060]Fr2 = Frl+Fs2(8)
[0061 ] Fr3 = Fr2+Fs3(9)
[0062]根據(jù)式(1)、(4)、(7)可得ki.Alsl = E-S - A lrl/lrl。為了使彈簧在達(dá)到其極限壓縮量之前起到有效的緩沖讓壓作用以避免螺桿過早破斷，必須讓螺桿的變形量A Irl大大小于彈簧壓縮量△ Isl，也就是要求螺桿的剛度E.S/lrlS大于內(nèi)錨彈簧的剛度h。
[0063]第一階承載為初次高強(qiáng)錨固階段，從錨桿安裝到錨管斷裂之前，整根錨桿的錨固特性主要取決于錨管的粘結(jié)支護(hù)特性。在此期間主要由外錨模塊各錨固段的高強(qiáng)錨管以全長(zhǎng)粘結(jié)式錨桿的形式對(duì)圍巖進(jìn)行錨固，同時(shí)內(nèi)錨模塊以壓力分散型錨桿的形式對(duì)圍巖起輔助支護(hù)作用。
[0064]設(shè)各段銷管在圍巖變形作用下的伸長(zhǎng)量分別為Δltl、Δ lt2、Δ lt3，以頭部銷固段的錨墩為固定參照點(diǎn)，其他錨墩隨錨管伸長(zhǎng)一起往鉆孔外移動(dòng)，根據(jù)各構(gòu)件之間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系可得錨管、內(nèi)錨彈簧及螺桿的變形量之間存在如下關(guān)系式:
[0065]Δ Iti+Δ lt2+Δ lt3 = Δ IrI+Δ lr2+Δ lr3+Δ lsi (10)
[0066]Δ Is2= Δ lsi+Δ Ir1-A Iti(11)
[0067]Δ ls3= Δ lsi+Δ IrI+Δ lr2_Δ It1-Δ lt2(12)
[0068]根據(jù)以上各式和實(shí)際測(cè)得的構(gòu)件變形量，即可獲得內(nèi)錨模塊的錨固力大小及其分布情況，據(jù)此可對(duì)錨桿構(gòu)件的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以確保錨桿在各種具體工程條件下都具有最優(yōu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和支護(hù)有效性。
[0069]第二階承載為緩沖讓壓階段，從錨管斷裂到內(nèi)錨彈簧達(dá)到極限壓縮量期間，錨管斷裂段的錨固特性取決于彈簧的承載特性，其余錨固段仍由粘結(jié)式錨管起主導(dǎo)作用。當(dāng)某段錨管斷裂時(shí)，該處將由外錨模塊和內(nèi)錨模塊共同承載轉(zhuǎn)為僅由內(nèi)錨模塊承載，導(dǎo)致錨固力突然下降，必然引起斷裂點(diǎn)兩側(cè)的圍巖發(fā)生突變位移&_*。由于內(nèi)錨彈簧的剛度遠(yuǎn)小于螺桿的剛度，彈簧將產(chǎn)生較大的壓縮變形以吸收圍巖的大部分能量，同時(shí)彈簧通過錨墩作用于圍巖的錨固力迅速增大，從而起到了緩沖讓壓與及時(shí)的二次加強(qiáng)支護(hù)的作用。此外，夕卜錨端的預(yù)緊彈簧在圍巖和錨盤的推動(dòng)下產(chǎn)生一定的壓縮變形也會(huì)吸收部分沖擊變形能，起到輔助緩沖讓壓的作用。
[0070]設(shè)此過程中各內(nèi)銷彈簧的壓縮量分別為ΔV sl、Δ I7 s2n Δ I7 S3，各段螺桿的變形量分別為Δ 1\ι、Δ 1\2、Δ 1\3，根據(jù)各構(gòu)件之間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系可得如下關(guān)系式:
[0071]Δ I7 η+Δ I7r2+Δ I7r3+Δ I7si = 5burst (13)
[0072]Δ I7s2= Δ I7 si+Δ I7ri(14)
[0073]Δ I7s3= Δ I7 S2+Δ I7r2(15)
[0074]由此可知，緩沖期間新增的彈簧壓縮量大小關(guān)系為ΔI'sl< Δ l/s2< Δ I。，也就是說距離斷裂位置越近的內(nèi)錨彈簧壓縮量越大。
[0075]第三階承載為二次高強(qiáng)錨固階段，始于內(nèi)錨彈簧達(dá)到極限壓縮量之后，在此期間錨管斷裂段的錨固特性取決于螺桿的承載特性，其余錨固段仍由粘結(jié)式錨管起主導(dǎo)作用。當(dāng)內(nèi)錨彈簧達(dá)到極限壓縮量之后，它對(duì)錨墩的作用力不再受彈簧的力學(xué)參數(shù)影響而僅取決于螺桿的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線以及各段螺桿所處的變形狀態(tài)。經(jīng)過初次高強(qiáng)錨固和緩沖讓壓階段后，各錨固段的螺桿往往已經(jīng)發(fā)生了較大的變形而處于較高的應(yīng)力狀態(tài)，從而可對(duì)圍巖進(jìn)行及時(shí)的二次高強(qiáng)支護(hù)。
[0076]應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿，其特征在于:該組合錨桿分為外錨模塊和內(nèi)錨模塊； 所述外錨模塊包括一套錨管、錨管之間的錨墩、外錨端；一套錨管包括一根頭部錨管、若干根中部錨管、一根尾部錨管;所述錨墩兩端分別與錨管通過螺紋連接，每?jī)蓚€(gè)相鄰錨墩之間的部分為一個(gè)錨固段;所述外錨端包括錨盤、預(yù)緊彈簧、錨環(huán)和螺母，所述錨環(huán)與尾部錨管通過螺紋連接，錨環(huán)細(xì)部外圍套有一個(gè)預(yù)緊彈簧，預(yù)緊彈簧緊貼錨盤的外端面，在預(yù)警彈簧的作用下錨盤的內(nèi)端面壓緊于圍巖表面，錨環(huán)外端面緊貼螺母； 所述內(nèi)錨模塊處于外錨模塊形成的密封空間內(nèi)部，內(nèi)錨模塊包括螺桿、錨墩、內(nèi)錨彈簧和擋環(huán);所述錨墩和內(nèi)錨彈簧套設(shè)于螺桿上，內(nèi)錨彈簧的一端位于錨墩中心孔邊緣的彈簧卡槽內(nèi)，另一端被所述擋環(huán)限定于螺桿上，擋環(huán)與螺桿之間為螺紋連接，所述擋環(huán)和螺母的一端均設(shè)有阻止其沿彈簧伸長(zhǎng)方向移動(dòng)的防松膠圈； 所述外錨模塊和內(nèi)錨模塊之間通過錨墩和外錨端組合成一個(gè)整體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿，其特征在于:所述螺桿是一整根，或采用連接套管將多根連接而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿，其特征在于:所述組合錨桿的所有構(gòu)件中除了錨墩的外螺紋為左旋螺紋外，其余構(gòu)件的螺紋均為右旋螺紋。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿，其特征在于:所述錨墩中心圓孔的直徑與內(nèi)錨彈簧的內(nèi)徑相同，都略大于螺桿外徑;錨管的內(nèi)徑略大于擋環(huán)的外徑;錨盤中心孔的直徑略大于錨管的外徑;預(yù)緊彈簧的內(nèi)徑略大于錨環(huán)細(xì)部的外徑。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分段式模塊化抗大變形和抗沖擊組合錨桿的組裝方法，其特征在于:包括以下步驟: 第一步:所述組合錨桿的裝配從螺桿中部開始往兩端依次進(jìn)行，首先依次裝配螺桿中部的錨墩、內(nèi)錨彈簧、擋環(huán)及防松膠圈； 第二步:接著裝配中部錨墩兩端的中部錨管，然后依次裝配兩端的錨墩、內(nèi)錨彈簧、擋環(huán)及防松膠圈； 第三步:再接著裝配頭部錨管和尾部錨管，最后依次裝配外錨端的錨盤、預(yù)緊彈簧、錨環(huán)、螺母和防松膠圈。
【文檔編號(hào)】E02D5/74GK105863695SQ201610286697
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月3日
【發(fā)明人】許國(guó)安
【申請(qǐng)人】許國(guó)安