CN110344409A - 一种吸能减震的锚杆锚头装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸能减震的锚杆锚头装置，所述锚杆锚头装置包括锚杆、固定螺帽、摩擦型阻尼器、套筒、弹簧、弹簧垫层、膨胀螺栓和套筒紧箍结构；锚杆端头与固定螺帽通过螺纹连接，固定螺帽的下方设有弹簧，弹簧的下方设有弹簧垫层，弹簧的两端分别固定连接在固定螺帽和弹簧垫层上；所述摩擦型阻尼器设在固定螺帽的外侧、套筒的内侧，摩擦型阻尼器由多层摩擦片相叠而成；所述套筒由两个半圆筒组成，套筒通过套筒紧箍结构来收紧两个半圆筒，进而调节摩擦型阻尼器内部摩擦片之间的摩擦力大小。本发明在锚杆端头处可以最大限度地消耗和吸收地震能量，减轻地震能对锚杆端头的冲击，避免锚杆端头应力激增，达到良好的吸能减震效果。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种吸能减震的锚杆锚头装置。
背景技术
随着我国基础建设的推进和发展，在建或新建的大量公路、铁路、市政、水利等基础设施，不可避免地存在大量的边坡需要支护，各种边坡支挡与防护措施也层出不穷。其中，混凝土格构梁通常联合锚杆以支护边坡体，形成格构梁+锚杆联合支护结构，格构梁+锚杆联合支护是岩土工程领域广泛采用的一种典型的柔性结构形式。
以往的地震调研以及动力试验皆表明：对于传统的格构梁+锚杆联合支护结构，地震作用下锚杆的端头处很容易出现应力激增的现象，即产生急剧增大的附加应力，造成端头处的锚杆应力过大而产生屈服甚至被拉断，进而造成支挡结构失效、道路中断等工程事故。
专利文献CN201410483046公开了一种挤压、摩擦式吸能锚杆，包括锚杆体和套筒，套筒内设置吸能衬里管，所述的套筒的末端固定连接末端卡，首端与防进螺母固定连接；所述的锚杆体首端置于吸能衬里管外的套筒内，末端依次穿过吸能衬里管、末端卡置于末端卡之外，所述的挤压、摩擦式吸能锚杆还包括预紧螺母和锚杆托盘，解决现有套筒式可伸长锚杆承载力低、恒阻与大变形功能不均衡的问题。但遇到地震等容易产生急剧增大的附加应力时，仍然不能解决锚头处的锚杆因应力过大而产生屈服甚至被拉断的问题。
因此，需要一种新的吸能减震的锚杆锚头装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种吸能减震的锚杆锚头装置，以解决背景技术中提出的地震作用下锚杆的端头处很容易产生急剧增大的附加应力，造成锚杆端头处的应力过大而使其产生屈服甚至被拉断，进而造成支挡结构失效、道路中断等工程事故的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种吸能减震的锚杆锚头装置，所述锚杆锚头装置包括锚杆、固定螺帽、摩擦型阻尼器、套筒、弹簧、弹簧垫层、膨胀螺栓和套筒紧箍结构；所述锚杆靠近上方端头的位置设有外螺纹，所述固定螺帽上设有与锚杆上的外螺纹相匹配的内螺纹，所述固定螺帽的下方且在锚杆的径向外侧设置有弹簧，所述弹簧的下方设置有弹簧垫层，弹簧的两端分别固定连接在固定螺帽和弹簧垫层上；所述摩擦型阻尼器设置在固定螺帽径向外侧，摩擦型阻尼器由径向内外设置的多层摩擦片相叠而成，所述摩擦型阻尼器的最内侧摩擦片的内侧面与固定螺帽的外侧面相贴合，摩擦型阻尼器的最外侧摩擦片的外侧面与套筒的内壁面相贴合；所述套筒由两个半圆筒组成，所述套筒通过套筒紧箍结构来收紧两个半圆筒，进而调节摩擦型阻尼器内部摩擦片之间的摩擦力大小，套筒底部径向向外固定延伸设置有带孔托盘，数个膨胀螺栓用来固定弹簧垫层，数个膨胀螺栓用来固定所述带孔托盘，进而用来固定套筒。
进一步地，所述摩擦型阻尼器的材质为石棉摩擦材料或粉末冶金摩擦材料。
进一步地，所述最内侧摩擦片的内侧面与固定螺帽的外侧面之间、最外侧摩擦片的外侧面与套筒的内壁面之间均有相互匹配的纹路，从而使得最内侧摩擦片的内侧面与固定螺帽的外侧面、最外侧摩擦片的外侧面与套筒的内壁面在固定后均不会产生相对位移。
进一步地，所述套筒顶部还设有盖板。
进一步地，所述摩擦型阻尼器为5～8层半圆筒状的摩擦片组成，每层摩擦片的厚度为1～5mm。
进一步地，所述套筒紧箍结构设置在套筒上，包括分别设置在两个半圆筒的两条侧边上的紧箍环，使用时套筒的两个半圆筒相对围成圆筒，两个螺栓分别穿过分别位于两个半圆筒上的紧箍环，将套筒箍紧。
进一步地，所述套筒紧箍结构包括两块半片抱箍，两块半片抱箍均呈半圆环状，对合后通过螺栓将套筒箍紧。
进一步地，所述套筒和带孔托盘一体化设置。
进一步地，所述弹簧的两端分别焊接在固定螺帽和弹簧垫层上。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明改进了锚杆端头的固定方式，即在混凝土梁上设置一个套筒，将摩擦型阻尼器夹在固定螺帽与套筒之间，在固定螺帽与混凝土梁之间设置高强弹簧。地震作用时，混凝土框架梁+锚杆联合支挡结构会产生振动，其锚杆端头会沿锚杆杆身方向发生来回位移，从而带动固定螺帽与套筒之间的轴向相对位移，固定在固定螺帽与套筒之间的摩擦型阻尼器会产生错位变形，摩擦型阻尼器内的摩擦片间的摩擦力始终做负功，从而大量消耗地震能量。同时，位于固定螺帽与混凝土格构梁之间的高强弹簧在拉伸和压缩过程中会将地震能转化为弹性势能，使得固定螺帽进一步与套筒内壁产生来回的相对位移，从而不断促使摩擦型阻尼器内摩擦力做负功，损耗地震能量。如此，在锚杆端头处可以最大限度地消耗和吸收地震能量，减轻地震能对锚杆端头的冲击，避免锚杆端头应力激增，达到良好的吸能减震效果。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的锚杆锚头装置剖面图；
图2为本发明实施例提供的锚杆锚头装置结构示意图；
图3为本发明实施例提供的锚头装置内部结构图；
图4为本发明实施例提供的摩擦型阻尼器示意图；
图5为本发明实施例提供的弹簧垫层示意图；
其中，1、套筒；2、摩擦型阻尼器；3、固定螺帽；4、弹簧；5、弹簧垫层；6、锚杆；7、膨胀螺栓；8、套筒紧箍结构；9、盖板；10、混凝土格构梁；11、膨胀螺栓穿越孔；12、预留孔；13、带孔托盘。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本发明提供一种吸能减震的锚杆锚头装置，所述锚杆锚头装置包括锚杆6、固定螺帽3、摩擦型阻尼器2、套筒1、弹簧4、弹簧垫层5、膨胀螺栓7和套筒紧箍结构8。
所述锚杆6端头穿过高强弹簧4，为防止高强弹簧4与混凝土格构梁10因“点接触”而产生应力集中现象，在两者接触部位设置弹簧垫层5。弹簧垫层5采用膨胀螺栓7固定在混凝土格构梁10上，高强弹簧4通过焊接的方式与弹簧垫层5连接为一个整体。弹簧垫层5为环状金属板，中间的孔为预留孔12，供锚杆6穿过，金属板上还有若干个膨胀螺栓穿越孔11，用于膨胀螺栓7固定弹簧垫层5。
所述锚杆6靠近上方端头的位置设有外螺纹，所述固定螺帽3为含轴向通孔的固定螺帽，所述固定螺帽3上设有与锚杆6上的外螺纹相匹配的内螺纹，含内螺纹的固定螺帽3用于拧设在含外螺纹的锚杆6上。所述固定螺帽3可沿锚杆6上方端头处向下逐步拧紧，直至与高强弹簧4接触；即所述固定螺帽3的下方且在锚杆6的径向外侧设置有弹簧4，所述弹簧4的下方设置有弹簧垫层5。
通过焊接将固定螺帽3与所述高强弹簧4相连，形成面接触。将固定螺帽3与所述高强弹簧4焊接之前，需要先压缩高强弹簧4，并继续拧紧固定螺帽3数圈，从而焊接后可通过弹簧4的压缩反力对锚杆6的端头处产生预拉力。当发生地震时，固定螺帽3将联动锚杆6沿锚杆6杆身的延伸方向发生来回位移，而高强弹簧4也将随其拉伸或压缩，将地震能量转化为弹性势能，并促使固定螺帽3将联动锚杆6往返运动。
所述摩擦型阻尼器2设置在固定螺帽3径向外侧，摩擦型阻尼器2由径向内外设置的多层摩擦片相叠而成，所述摩擦型阻尼器2的最内侧摩擦片的内侧面与固定螺帽3的外侧面相贴合，摩擦型阻尼器2的最外侧摩擦片的外侧面与套筒1的内壁面相贴合。
所述套筒1由两个半圆筒组成，所述套筒1通过套筒紧箍结构8来收紧两个半圆筒，进而调节摩擦型阻尼器2内部摩擦片之间的摩擦力大小，可通过调节套筒紧箍结构8上的螺栓来控制套筒1对摩擦型阻尼器2的紧箍程度，进而控制所述摩擦型阻尼器2错动时的摩擦力大小和能耗大小。
套筒1底部径向向外固定延伸设置有带孔托盘13，数个膨胀螺栓7用来固定弹簧垫层5，数个膨胀螺栓7用来固定所述带孔托盘13，进而用来固定套筒1在混凝土格构梁10上。所述套筒1和带孔托盘13一体化设置。
所述摩擦型阻尼器2的最内侧摩擦片的内侧面与固定螺帽3的外侧面相贴合，且相互贴合的两个面上有相互匹配的纹路，从而使固定螺帽3和紧贴的摩擦型阻尼器2的最内侧摩擦片之间不会产生相对位移。
所述摩擦型阻尼器2的材质为石棉摩擦材料、粉末冶金摩擦材料或其他具有摩擦消能效果的材料。石棉摩擦材料是采用石棉纤维添加适量填料，以树脂为黏结剂，采用热压工艺制成的摩擦材料。粉末冶金摩擦材料是一种以金属或合金为基体，添加了摩擦组元、润滑组元，经混合、成形、烧结等工艺生产的复合材料，是一种金属或合金基体镶嵌多种独立存在的物质的混合体，如金属陶瓷摩擦材料就是一种粉末冶金摩擦材料。
摩擦型阻尼器2中的一系列摩擦片存在挤压应力和摩擦力，并可相互错位。摩擦型阻尼器2内部的各个摩擦片之间没有连接关系，只是相互套设在固定螺帽3与套筒1之间。地震作用下，若锚杆6端头发生位移，则会通过固定螺帽3带动摩擦型阻尼器2发生错位，促使摩擦型阻尼器2中的摩擦片相互摩擦做功来消耗地震能量。所述摩擦型阻尼器2中摩擦片的层数为两层以上，优选摩擦型阻尼器2为5～8层半圆筒状的摩擦片组成。每层摩擦片的厚度为1～5mm。
所述摩擦型阻尼器2的最外侧摩擦片的外侧面与套筒1的内壁面相贴合，且相互贴合的两个面上有相互匹配的纹路，从而使套筒1和紧贴的摩擦型阻尼器2的最外侧摩擦片之间不会产生相对位移。
在一种具体的实施例中，所述套筒紧箍结构8设置在套筒1上，包括分别设置在两个半圆筒的两条侧边上的紧箍环，使用时套筒1的两个半圆筒相对围成圆筒，两个螺栓分别穿过分别位于两个半圆筒上的紧箍环，将套筒1箍紧。
在一种具体的实施例中，所述套筒紧箍结构8为独立的结构，包括两块半片抱箍，两块半片抱箍均呈半圆环状，对合后通过螺栓将套筒1箍紧。
所述套筒1顶部还设置有盖板9，盖板9用来保护所述锚杆6端头。
下面结合附图对所述吸能减震的锚杆锚头装置的施工步骤进行说明：
步骤1、清理混凝土格构梁10上的杂物，确定其强度达标，表面平整，在混凝土格构梁10上打孔，安放锚杆6并进行混凝土浇筑。
步骤2、安装弹簧垫层5：将弹簧垫层5中心的预留孔12穿入锚杆6的端头，并沿锚杆6向下直至与混凝土格构梁10接触，然后再使用膨胀螺栓7穿过膨胀螺栓穿越孔11将弹簧垫层5固定在混凝土格构梁10上。
步骤3、安装弹簧4：将弹簧4沿着锚杆6向下放置在弹簧垫层5上，并通过焊接的方式将弹簧4与弹簧垫层5连成一个整体。
步骤4、安装固定螺帽3，固定锚杆6：将固定螺帽3沿所述锚杆6端头向下逐步拧紧，当固定螺帽3与弹簧4接触时，压缩弹簧4，然后继续拧紧固定螺帽3数圈，再对弹簧和固定螺帽进行焊接，形成面接触。
步骤5、安装摩擦型阻尼器2及套筒1：先将半圆筒状的摩擦型阻尼器2紧紧贴合在固定螺帽3的表面；然后将套筒1包裹在摩擦型阻尼器2外表面，通过螺栓拧紧套筒紧箍结构8，实现套筒1的组装，并通过控制套筒紧箍结构8的紧箍力来控制摩擦型阻尼器2的摩擦阻力；最后使用膨胀螺栓7穿过带孔托盘13上的孔将套筒1固定在混凝土格构梁10上。
步骤6、安装盖板9：最后在套筒1顶部盖上盖板9，以保护锚杆6端头。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种吸能减震的锚杆锚头装置，其特征在于，所述锚杆锚头装置包括锚杆(6)、固定螺帽(3)、摩擦型阻尼器(2)、套筒(1)、弹簧(4)、弹簧垫层(5)、膨胀螺栓(7)和套筒紧箍结构(8)；所述锚杆(6)靠近上方端头的位置设有外螺纹，所述固定螺帽(3)上设有与锚杆(6)上的外螺纹相匹配的内螺纹，所述固定螺帽(3)的下方且在锚杆的径向外侧设置有弹簧(4)，所述弹簧(4)的下方设置有弹簧垫层(5)，弹簧(4)的两端分别固定连接在固定螺帽(3)和弹簧垫层(5)上；所述摩擦型阻尼器(2)设置在固定螺帽(3)径向外侧，摩擦型阻尼器(2)由径向内外设置的多层摩擦片相叠而成，所述摩擦型阻尼器(2)的最内侧摩擦片的内侧面与固定螺帽(3)的外侧面相贴合，摩擦型阻尼器(2)的最外侧摩擦片的外侧面与套筒(1)的内壁面相贴合；所述套筒(1)由两个半圆筒组成，所述套筒(1)通过套筒紧箍结构(8)来收紧两个半圆筒，进而调节摩擦型阻尼器(2)内部摩擦片之间的摩擦力大小，套筒(1)底部径向向外固定延伸设置有带孔托盘(13)，数个膨胀螺栓(7)用来固定弹簧垫层(5)，数个膨胀螺栓(7)用来固定所述带孔托盘(13)，进而用来固定套筒(1)。
2.根据权利要求1所述的锚杆锚头装置，其特征在于，所述摩擦型阻尼器(2)的材质为石棉摩擦材料或粉末冶金摩擦材料。
3.根据权利要求1所述的锚杆锚头装置，其特征在于，所述最内侧摩擦片的内侧面与固定螺帽(3)的外侧面之间、最外侧摩擦片的外侧面与套筒(1)的内壁面之间均有相互匹配的纹路，从而使得最内侧摩擦片的内侧面与固定螺帽(3)的外侧面、最外侧摩擦片的外侧面与套筒(1)的内壁面在固定后均不会产生相对位移。
4.根据权利要求1所述的锚杆锚头装置，其特征在于，所述套筒(1)顶部还设有盖板(9)。
5.根据权利要求1所述的锚杆锚头装置，其特征在于，所述摩擦型阻尼器(2)为5～8层半圆筒状的摩擦片组成，每层摩擦片的厚度为1～5mm。
6.根据权利要求1所述的锚杆锚头装置，其特征在于，所述套筒紧箍结构(8)设置在套筒(1)上，包括分别设置在两个半圆筒的两条侧边上的紧箍环，使用时套筒(1)的两个半圆筒相对围成圆筒，两个螺栓分别穿过分别位于两个半圆筒上的紧箍环，将套筒(1)箍紧。
7.根据权利要求1所述的锚杆锚头装置，其特征在于，所述套筒紧箍结构(8)包括两块半片抱箍，两块半片抱箍均呈半圆环状，对合后通过螺栓将套筒(1)箍紧。
8.根据权利要求1所述的锚杆锚头装置，其特征在于，所述套筒(1)和带孔托盘(13)一体化设置。
9.根据权利要求1所述的锚杆锚头装置，其特征在于，所述弹簧(4)的两端分别焊接在固定螺帽(3)和弹簧垫层(5)上。
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