CN105020234A - 一种用于纤维增强塑料锚杆紧固的复合螺母 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于纤维增强塑料锚杆紧固的复合螺母，包括内芯与外套，所述内芯中心设有与锚杆尾部螺纹相匹配的内螺纹，用于与杆体尾部螺纹配合，内芯前部设有锥形外壁，所述外套与内芯同心设置，外套中心设有与内芯锥形外壁相适配的锥形孔，外套前端设有凸起的球形面。本发明针对纤维增强塑料锚杆抗剪强度低、抗曲折强度低和延伸率低的弱点，实现了提高锚固强度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及锚杆锚固的锁紧装置，尤其是一种用于纤维增强塑料锚杆紧固的复合螺母。
背景技术
在巷道隧道支护和边坡山体稳定方面，已经大量采用锚杆锚索技术。而以纤维增强塑料为基质的锚杆锚索，以其高强、质轻、抗蚀的优点也在大量使用，尤其在煤巷、地铁、水利和海洋等工程中，其质轻抗蚀易切割的优点更是得到广泛重视，正在逐步推广中。
但是由于纤维增强塑料本身的材料特性决定，其力学性能的优点和缺点都非常突出，致使在推广应用上受到局限。纤维增强塑料锚杆的纵向拉伸强度很大，但在应用中只能使用到其中的一小部分。这就是因为，锚固是通过杆体尾部螺纹与紧固螺母螺纹的啮合来实现的，所以杆体受到的拉应力都会转化成螺纹之间的剪应力，但杆体螺纹与螺母螺纹的抗剪强度往往大大低于杆体的抗拉强度，所以破坏都是从螺纹开始。因此在锚固中，受到重力和地应力的冲击，杆体尚完好无损，而锚尾的锁紧螺纹则因为抗剪强度差，先行滑脱，造成锚固失效。
另外，纤维增强塑料很低的抗曲折强度也是其致命弱点。在锚具安装时，杆体与托盘往往不是垂直的，会出现一个夹角空隙，角度越大空隙越大，在受到轴向拉应力时，螺母会自动与托盘减小夹角空隙，随之贴紧，这样杆体就会受到一个曲折力，而纤维增强塑料杆体很低的抗曲折强度，又会造成杆体的曲折断裂，锚固失效。
再有，纤维增强塑料的延伸率很低，基本没有弹性变形，在受到冲击应力时，不能像钢质杆体一样产生弹性延伸，缓解冲击力，这也是纤维增强塑料杆体不如钢质杆体的地方。
发明内容
发明目的：本发明专利针对纤维增强塑料锚杆尾部螺纹和螺母螺纹抗剪强度低、抗曲折强低和延伸率低的弱点，提供一种用于纤维增强塑料锚杆紧固的复合螺母，改善纤维增强塑料锚杆的天生弱项，实现提高锚固强度的目的。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种用于纤维增强塑料锚杆紧固的复合螺母，包括内芯与外套，所述内芯中心设有与锚杆杆体尾部螺纹相匹配的螺纹孔，内芯前部设有锥形外壁，所述外套与内芯同心设置，外套中心设有与锥形外壁相适配的锥形孔，外套前端设有凸起的球形面。
本发明中，优选的，所述外套锥形孔深度大于内芯锥形外壁长度。
本发明中，优选的，所述内芯尾部外形为六角形。
有益效果：
1、复合螺母的内芯与外套的配合是内圆锥与外圆锥的配合，能够将轴向的拉应力分解成拉应力和抱紧力。当外套前端被托盘阻挡、内芯又受到向前的拉应力时，内芯将在外套内顶进，受到的外套箍紧力将随着内芯向前顶进而增加，这时内芯将产生收缩，把中心的杆体越抱越紧，从而将杆体与内芯之间的一部分剪切力转换成抱紧力，大大增加了紧固强度；
2、复合螺母的外套的前端为球形面，所配合的托盘的上部为凹球面，球形面与凹球面配合时，可以在一定范围内任意方向摆动，界面总是紧紧贴合的。因此，当杆体与托盘不成垂直相交时，只要角度不过大，复合螺母仍能与托盘配合无间，避免因不成90度相交，给杆体带来曲折力，造成杆体断裂；
3、复合螺母的内芯与外套的配合是内圆锥与外圆锥的配合，在受到轴向拉应力时，内芯将在外套中顶进，随着拉应力的增大，顶进距离加长，这种距离的增长等于增加了杆体的延伸率，有利于对抗冲击应力。由于外套锥形孔的深度大于内芯锥形外壁长度，利于内锥在外套中顶进；
4、复合螺母的内芯在外套中的顶进距离，决定于两者圆锥的角度，角度小顶进距离长，反之则距离短。可以根据实际需要调整配合角度，以满足现场需要。
附图说明
图1为本发明的组合结构示意图；
图2为内芯的结构示意图；
图3为外套的结构示意图；
图4为本发明的受力分解图。
图中：1-内芯，2-外套，3-内螺纹，4-锥形外壁，5-锥形孔，6-球形面。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1至3所示，本发明用于纤维增强塑料锚杆紧固的复合螺母包括内芯1与外套2，所述内芯1中心设有与锚杆尾部螺纹相匹配的内螺纹3，内芯1前部设有锥形外壁4，包括内芯1尾部外形为六角形，便于紧固，所述外套2与内芯1同心设置，外套2中心设有与内芯锥形外壁4相适配的锥形孔5，锥形孔5深度大于锥形外壁4长度，内芯1前端设有凸起的球形面6。内芯1采用纤维增强热固性塑料模压成型，或用纤维增强热塑性塑料注射成型。外套2用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等无机或有机纤维的增强塑料缠绕预成型，然后模压固化，以提供最大的抗张强度。
复合螺母的内芯1与外套2的配合是锥形孔5与锥形外壁4的配合，能够将轴向的拉应力分解成拉应力和抱紧力。如图4所示，F1为内芯1受到的拉应力；F2为外套2受到前方托盘阻挡后产生的与F1相反的作用力；F3与F4是F1轴向拉力的分解。当外套2受到阻挡，内芯1通过螺纹连接的杆体受到轴向拉力时，将带动内芯1在外套2中产生顺向滑动，从图4中可以看出，轴向拉力F1分解出的F3使外套2受到张力，从而产生对内芯1的反作用力，使内芯1收缩，将内芯1中的螺纹与杆体螺纹之间的轴向剪切力部分转换成抱紧力，把内芯1所连接的杆体越抱越紧，大大增加了紧固强度。
由于复合螺母的外套2的前端为球形面6，托盘的上部为凹球面，球形面6与凹球面的配合时，在一定范围内可以任意方向摆动，界面总是紧紧贴合的。因此，当杆体与托盘不成垂直相交时，只要角度不过大，复合螺母仍能与托盘配合无间，避免因不成90度相交，给杆体带来曲折力，造成杆体断裂。
在受到轴向拉应力时，内芯1在外套2中顶进，随着拉应力的增大，顶进距离加长，这种距离的增长等于增加了杆体的延伸率，有利于对抗冲击应力。由于外套2锥形孔5深度大于内芯1锥形外壁4长度，使内芯1在外套2中顶进距离增长。内芯1在外套2中的顶进距离，决定于两者圆锥的角度，角度小顶进距离长，反之则距离短，可以根据实际需要调整配合角度，以满足现场需要。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于纤维增强塑料锚杆紧固的复合螺母，其特征在于：包括内芯(1)与外套(2)，所述内芯(1)中心设有与锚杆杆体尾部螺纹相匹配的内螺纹(3)，内芯(1)前部设有锥形外壁(4)，所述外套(2)与内芯(1)同心设置，外套(2)中心设有与锥形外壁(4)相适配的锥形孔(5)，外套(2)前端设有凸起的球形面(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于纤维增强塑料锚杆紧固的复合螺母，其特征在于：所述锥形孔(5)深度大于锥形外壁(4)长度。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于纤维增强塑料锚杆紧固的复合螺母，其特征在于：所述内芯(1)尾部外形为六角形。
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