CN108505517A - 双动贯入式多用途反力锚 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地锚技术领域，是针对现有的螺旋板地锚使用不便而提供的一种双动贯入式多用途反力锚。包括中空结构的锚筒，在锚筒的侧壁活动连接有锚片，在锚筒侧壁设有供锚片活动的通槽，该通槽将锚筒内部与锚筒外部连通，锚片卡接于通槽中并在该通槽中自由摇摆，且摇摆轨迹为锚筒内部与锚筒外部，在锚筒内设有将锚片挤压至锚筒外部的动力杆，在动力杆上设有连接部。本发明通过将将锚片挤入土体，内部动力杆支撑锚片不能返回，向上拔锚筒时锚片可获得土体向下的反力。由于采用动力挤入方式，锚片可进入碎石土、卵石土、杂填土等普通螺旋锚不能进入的土层。
Description
技术领域
本发明属于地锚技术领域，尤其涉及一种双动贯入式多用途反力锚。
背景技术
地锚的作用是提供反力。常见地锚为螺旋板结构，该类地锚在力矩作用下，依靠螺旋板的作用，逐渐旋入地面以下，完成施工。螺旋板地锚应用较为广泛，但其缺点明显：在杂填土、含碎石土层中，碎石、砖块等杂物阻挡螺旋板，旋转受阻，难以施工到位，或需反复试探，耗费大量时间。若需施加更大扭矩，需采用动力机械，如汽车、电动机驱动。
发明内容
本发明的目的是针对现有的螺旋板地锚使用不便而提供的一种双动贯入式多用途反力锚。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
双动贯入式多用途反力锚，包括中空结构的锚筒，在锚筒的侧壁活动连接有锚片，在锚筒侧壁设有供锚片活动的通槽，该通槽将锚筒内部与锚筒外部连通，锚片卡接于通槽中并在该通槽中自由摇摆，且摇摆轨迹为锚筒内部与锚筒外部，在锚筒内设有将锚片挤压至锚筒外部的动力杆，在动力杆上设有连接部。
所述的锚片的最大宽度大于锚筒壁厚。
所述的锚筒下端部为锥形结构。
在锚筒的侧壁设有贯穿锚筒的销钉孔，动力杆与锚筒之间通过销轴固定。
所述的锚片与锚筒连接的一端宽度小于另一端，锚片与锚筒连接的一端两边设有向外凸出的柱体，在锚筒的通槽的两侧壁上设有供锚片上的柱体卡入的卡槽，在锚筒外壁设有与卡槽连通的导向槽。
所述的锚片两边柱体的两外端部之间的距离要小于两卡槽内底部之间的距离。
所述的动力杆插入至锚筒内的一端为锥形结构或半球形结构或底部周边倒有圆角的结构。
所述的动力杆的连接部为外螺纹。
本发明的有益效果：本发明通过将将锚片挤入土体，内部动力杆支撑锚片不能返回，向上拔锚筒时锚片可获得土体向下的反力。由于采用动力挤入方式，锚片可进入碎石土、卵石土、杂填土等普通螺旋锚不能进入的土层。
附图说明
图1为锚筒的结构示意图；
图2-1为锚片与锚筒的收纳状态剖视图；
图2-2为锚片与锚筒的收纳状态横截面图；
图3-1为锚片与锚筒的工作状态剖视图；
图3-2为锚片与锚筒的工作状态横截面图；
图4为锚筒通槽与导向槽的剖视图；
图5为动力杆的结构示意图；
图6为本发明整体收纳状态的结构示意图；
图7为本发明整体工作状态的结构示意图；
图8为单个锚片上拔应力扩散状态图；
图9为两个锚片上拔应力扩散叠加效果图；
图10为整个反力锚上拔应力扩散叠加效果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
如图1-图10所示的双动贯入式多用途反力锚，包括中空结构的锚筒1，在锚筒的侧壁活动连接有锚片2，在锚筒侧壁设有供锚片活动的通槽13，该通槽将锚筒内部与锚筒外部连通，锚片卡接于通槽中并在该通槽中自由摇摆，且摇摆轨迹为锚筒内部与锚筒外部，在锚筒内设有将锚片挤压至锚筒外部的动力杆3，在动力杆上设有连接部。所述的锚片的最大宽度大于锚筒壁厚。在锚筒的侧壁设有贯穿锚筒的销钉孔，动力杆与锚筒之间通过销轴固定。
所述的锚片与锚筒连接的一端宽度小于另一端，锚片与锚筒连接的一端两边设有向外凸出的柱体21，在锚筒的通槽的两侧壁上设有供锚片上的柱体卡入的卡槽14，在锚筒外壁设有与卡槽连通的导向槽。所述的锚片两边柱体的两外端部之间的距离要小于两卡槽内底部之间的距离。所述的动力杆插入至锚筒内的一端为锥形结构或半球形结构或底部周边倒有圆角的结构。 所述的动力杆的连接部为外螺纹。
其中锚筒：属于主体结构，锚筒1长度1460mm，截面内径30mm，外径50mm。距顶部55~65mm处，设两组插销孔12，互相垂直，孔径10mm。从距顶部250mm处开始，依次错落开竖向通槽13供锚片进出。相邻两通槽之间夹角45°，通槽高度70mm，相邻两通槽之间高差62mm。底部为锚锥14，锥角60°，椎体直径50mm，实心结构，椎体顶部为高13mm螺纹15，与锚筒连接。配套插销11长度80mm，直径9.5mm。锚筒结构图见图2。锚筒采用钢管加工，锚筒通槽及卡槽及导向槽采用铣床精细加工。锚锥采用高强度碳钢制作，表面淬火后硬度满足HRC=45~50。
锚片2为不等边扇形，长边长度65mm，短边长度48.08mm，厚度10mm。收纳时位于通槽13与锚筒内腔组成的空间内，长边与锚筒1外壁对齐，内边与竖直方向夹角45°。通过柱体21与锚筒连接，嵌入锚筒。柱体直径6mm，长度16mm，与锚片固定一体。见图3。锚片安装方法：将锚片顶部的柱体21与导向槽外部开口对齐，沿半圆方向推入卡槽14底部，将柱体沿图4箭头所示方向环向推入卡槽14上部，完成安装。
动力杆3总长度1550mm，外径28mm，实心。动力杆顶部为长度80mm，直径28mm的螺纹段31。底部为半径6mm的圆柱体倒角。距离顶部165mm处，设置一个沿直径方向固定销孔32，孔径10mm。见图5。
工作方法：
一、将锚筒竖直立于地面，锤击锚筒顶部，使锚筒进入地面。部分凸出在外的锚片在土体挤压作用下，自行收回锚筒内。锚筒露出地面高度不小于100mm。
二、将动力杆插入锚筒，锤击动力杆，直至达到锚筒底部，各个锚片伸出（见图7），嵌入土体。
三、将插销插入锚筒与动力杆上部的孔内，两者联结。通过动力杆顶部的螺纹，连接需要提供反力的设备。
受力分析：
锚片具有向上运动趋势时，对土体挤压。根据土体的性质，综合考虑内摩擦角、粘聚力等参数，利用土力学原理，对于稍密至中密的碎石土，上拔角为35°~50°。
对于杂填土，由于内部混杂砖块、碎石等不均匀体，通常可获得较大抗拔力，上拔角30°~40°。故锚片的上拔力按照最小值30°考虑。
单个锚片考虑土体上拔角后，土体应力呈倒锥形扩散状态（见图8）。考虑相邻的锚片，应力扩散锥形互相叠加（见图9）。
所有锚片在上拔状态下，土体应力影响区域互相叠加，最终形成底部不规则的倒锥体（见图10）。为计算方便，取锥体高度、底面半径的平均值计算。一般情况下碎石土重度大于填土，填土重度在17.0~18.5 kN/m3范围内，本次计算取小值γ=17.0kN/ m3 。
抗拔锥底面半径 R=（725.49+829.41）÷2=777.45mm，
椎体高度 H=（1136.72+1316.72）÷2=1226.72mm，
椎体体积V==0.776m3，
抗拔土体重力 G=γV=17.0kN/ m3 ×0.776m3=13.19kN，
即可提供约13kN的抗拔力。
材料强度验算：
锚筒、锚片、动力杆、销钉采用常见45号钢制作。取45号钢抗拉强度[t]=600MPa，抗剪强度[τ]=178MPa，密度ρ=7.85g/cm3进行计算。
本系统中，相对薄弱的部位有：锚片柱体的抗剪性能τ1，锚筒与动力杆销钉的抗剪性能τ2，锚筒在通槽叠加处地抗拉性能t1，锚筒在两组销钉孔处地抗拉性能t2。
抗剪强度，按照整体剪断考虑，τ2 比τ1更弱。故抗剪强度仅计算锚筒与动力杆销钉的抗剪性能τ2 一处。
抗拉强度，按照完全拉断考虑，比较两者的断裂面，两组销钉孔12除抗拉性能，还存在一定的抗剪性能。从安全及简化计算角度考虑，不计此处地抗剪强度。比较二者的截面可知，t2比t1更弱。
计算如下：
本系统质量 g≈ρv = ρπr2h = 7.85×3.14×2.52×155=23879g，
重力gn=23.879×9.8 = 234.0 N = 0.234kN，
锚筒与动力杆连接销钉有两个受剪截面。故
τ2 =[τ]πr2 ×2= 178×106×3.14×(9.5/2)2 ×106 ×2= 25221N
＞ G+ gn= 13424N，
锚筒在两组销钉孔（12）处地抗拉性能
t2 = [t]A= 600×106 ×852×106 = 511200N
＞ G+ gn= 13424N，
材料抗剪与抗拉强度均满足设计要求。
综上所述，本发明系统可提供最大约13kN的竖向锚固力。一般静力触探工作需要约2~3T反力，使用两套本系统即可满足其基本要求。本系统可多个共用，提供更大的竖向反力。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域内普通的技术人员的简单更改和替换都是本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.双动贯入式多用途反力锚，其特征在于：包括中空结构的锚筒，在锚筒的侧壁活动连接有锚片，在锚筒侧壁设有供锚片活动的通槽，该通槽将锚筒内部与锚筒外部连通，锚片卡接于通槽中并在该通槽中自由摇摆，且摇摆轨迹为锚筒内部与锚筒外部，在锚筒内设有将锚片挤压至锚筒外部的动力杆，在动力杆上设有连接部。
2.根据权利要求1所述的双动贯入式多用途反力锚，其特征在于：所述的锚片的最大宽度大于锚筒壁厚。
3.根据权利要求1所述的双动贯入式多用途反力锚，其特征在于：所述的锚筒下端部为锥形结构。
4.根据权利要求1所述的双动贯入式多用途反力锚，其特征在于：在锚筒的侧壁设有贯穿锚筒的销钉孔，动力杆与锚筒之间通过销轴固定。
5.根据权利要求1所述的双动贯入式多用途反力锚，其特征在于：所述的锚片与锚筒连接的一端宽度小于另一端，锚片与锚筒连接的一端两边设有向外凸出的柱体，在锚筒的通槽的两侧壁上设有供锚片上的柱体卡入的卡槽，在锚筒外壁设有与卡槽连通的导向槽。
6.根据权利要求5所述的双动贯入式多用途反力锚，其特征在于： 所述的锚片两边柱体的两外端部之间的距离要小于两卡槽内底部之间的距离。
7.根据权利要求1所述的双动贯入式多用途反力锚，其特征在于：所述的动力杆插入至锚筒内的一端为锥形结构或半球形结构或底部周边倒有圆角的结构。
8.根据权利要求1所述的双动贯入式多用途反力锚，其特征在于：所述的动力杆的连接部为外螺纹。
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