CN110344410A - 用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元及自减震耗能的锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元及自减震耗能的锚杆，拼接单元包括钢护筒、刚性活塞、连接杆、弹簧Ⅰ和弹簧Ⅱ，钢护筒的筒体内设有两个通过弹簧Ⅱ相连的滑动刚性活塞，每个刚性活塞和与其邻近的端盖之间均设有连接杆和弹簧Ⅰ，连接杆的一端固定设置在刚性活塞上，连接杆的另一端贯穿端盖后延伸至钢护筒外，弹簧Ⅰ套设在连接杆上。本发明的拼接单元拼装在锚杆杆身内，使锚杆在地震作用下产生小幅度的伸缩往返变形，借助拼接单元内壁摩擦筒与活塞间的摩擦阻力实现消耗吸收地震能量，避免锚杆杆身产生过大的轴力而失效，从而增强锚杆的抗震性能及其在地震作用下的服役性能。

Description

用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元及自减震耗能的锚杆

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别地，涉及一种用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元及自减震耗能的锚杆。

背景技术

我国是一个地震灾害十分严重的国家。近些年来，地震作用导致的边坡失稳破坏现象愈发增多，给我国造成巨大的财产损失和人员伤亡。锚杆支护结构因其良好的支护效果和经济性被广泛应用于边坡支护工程中。尽管如此，在已有的地震灾害调研中，锚杆被拉断或拉坏的现象时有发生。现有技术中锚杆结构可做成柔性结构，虽能够适应边坡产生的微小变形，但可能在地震作用下出现锚杆轴力激增的现象，造成锚杆结构失效，进一步造成边坡失稳。

现有研究结果表明，地震作用下锚杆轴力会迅速上升，并形成永久的地震残余轴向应力，也就是说，地震作用下锚杆杆身有可能发生屈服破坏的情况。如何提高锚杆的抗震性能，从而保证锚杆支护边坡在地震作用下不失稳是岩土工程实践中备受关注的热点问题。

中国实用新型专利ZL201621376559.5公开了一种自伸缩大变形锚杆，它包括有锚杆，所述锚杆前部设有螺母和钢板托盘，且螺母靠近锚杆前部的端头；所述锚杆后部设置在套筒内，且锚杆后部的端头刚接活塞，所述锚杆后部与套筒前壁间隙配合，所述活塞与套筒内壁可滑动配合；所述套筒前端与活塞之间固定有弹簧，且弹簧套设在锚杆后部。虽然该锚杆能够在保证锚杆强度不削弱的情况下，同时利用其伸缩性以适应围岩大变形的特性，对工程的突发性灾害起到安全有效的缓冲作用；但该申请中涉及的锚杆锚固段全长均为套筒，且安装后会对套筒周围进行注浆加固，这在一定程度上限制了锚杆的变形范围，对于抗震减震性能要求更高的边坡支护结构并不适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，包括钢护筒、刚性活塞、连接杆、弹簧Ⅰ和弹簧Ⅱ，所述钢护筒包括筒体和分别安装于所述筒体的两端口处的端盖，所述筒体内设有两个均与筒体同轴设置的刚性活塞，两个刚性活塞在活塞运动方向上一前一后设置，两个所述刚性活塞之间通过弹簧Ⅱ相连，每个所述刚性活塞和与其邻近的端盖之间均设有连接杆和弹簧Ⅰ，所述连接杆的一端固定设置在所述刚性活塞上，所述连接杆的另一端贯穿所述端盖后延伸至所述钢护筒外，所述弹簧Ⅰ套设在所述连接杆上，且弹簧Ⅰ长度方向的两端由与其邻近的端盖和刚性活塞的一端限位；两个所述刚性活塞上均设有供所述钢护筒内部的弹簧Ⅰ和弹簧Ⅱ所在的不同腔室之间空气流通的通气孔；所述筒体的内表面和/或所述刚性活塞用于与所述筒体相接触部分的外表面为粗糙面，所述连接杆在锚杆轴力作用下能驱动刚性活塞与所述钢护筒产生轴向相对位移，以使所述刚性活塞与所述钢护筒摩擦生热消耗地震能量。

优选的，两个所述端盖上各开设有一个过杆孔，所述过杆孔中设置有密封圈，所述密封圈的截面为U型凹槽型，所述密封圈的凹槽紧扣在所述过杆孔的孔壁上。

优选的，所述筒体的圆柱形内表面为摩擦面。

优选的，所述筒体的内摩擦面为磨砂面或设置有纹路结构的摩擦面。

优选的，所述刚性活塞用于与所述弹簧Ⅱ连接的端部设置连接环或连接孔，所述弹簧II与所述刚性活塞以挂接的方式连接。

优选的，所述连接杆的端部与所述刚性活塞之间焊接连接或一体成型。

优选的，所述钢护筒为圆柱状结构，所述筒体的内表面和刚性活塞的外表面均呈圆柱形，所述钢护筒两端的端盖与所述筒体焊接固定。

本发明还提供一种自减震耗能的锚杆，包括至少两个锚杆节段、至少两个连接套环以及至少一个如上述的用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，相邻两个所述锚杆节段之间设有一个所述拼接单元，所述连接杆通过连接套环与锚杆节段相连，所述连接杆和锚杆节段的拼接段均设有外螺纹，所述连接套环设置有内螺纹。优选的，所述锚杆包括3～5个所述拼接单元。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)、本发明的锚杆杆身减震耗能的拼接单元拼装在锚杆杆身内，使锚杆在地震作用下产生小幅度的伸缩往返变形，借助拼接单元内壁摩擦筒与刚性活塞间的摩擦阻力实现消耗吸收地震能量，避免锚杆杆身产生过大的轴力而失效，从而增强锚杆的抗震性能及其在地震作用下的服役性能。

(2)、本发明的锚杆杆身减震耗能的拼接单元，能够减小锚杆在地震后轴力上升的幅度，提高锚杆的耐久性，避免锚杆杆身产生过大的轴力而失效。

(3)、本发明的自减震耗能的锚杆，在锚杆上施加预应力，弹簧Ⅰ的存在使刚性活塞不会与钢护筒两侧端头发生刚性碰撞而导致装置失去减震缓冲作用；同时锚杆适应岩土体在开挖过程中的正常施工变形，锚杆的变形转换为对弹簧Ⅰ的压力传递给钢护筒壁，锚杆轴力不会因小变形而大幅增加。

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是本发明一种用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元的结构示意图；

图2是图1中拼接单元的A-A剖面结构示意图；

图3是图1中拼接单元的B-B剖面结构示意图；

图4是图1中拼接单元的C-C剖面结构示意图；

图5是本发明一种自减震耗能的锚杆的结构示意图；

其中，1、钢护筒，1.1、摩擦面，2、刚性活塞，2.1、通气孔，3、连接杆，4、弹簧Ⅰ，5、弹簧Ⅱ，6、密封圈，7、锚杆节段，8、连接套环。

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。

参见图1至图4，一种用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，包括钢护筒1、刚性活塞2、连接杆3、弹簧Ⅰ4和弹簧Ⅱ5。钢护筒1包括筒体和分别焊接安装于筒体的两端口处的端盖，筒体内设有两个均与筒体同轴设置的可滑动刚性活塞2，该两个刚性活塞在活塞运动方向上一前一后设置并将钢护筒的内腔分隔成三个腔室，两个刚性活塞上均设有供钢护筒内部不同腔室之间的空气流通的通气孔2.1。本实施方式中设置通气孔的目的是使得两个刚性活塞的轴向运动不受限，因此通气孔不一定是轴向孔，只需要是连通三个腔室之间的通孔即可，且通孔的横截面形状也不受限。

弹簧Ⅱ的两端分别与两个刚性活塞连接，每个刚性活塞和与其邻近的端盖之间均设有连接杆3和弹簧Ⅰ4，连接杆3的一端固定设置在刚性活塞上，连接杆3的另一端贯穿端盖后延伸至钢护筒1外，弹簧Ⅰ4套在连接杆上，且弹簧Ⅰ长度方向的两端由与其邻近的端盖和刚性活塞的一端限位。优选的，筒体的内表面为粗糙面；刚性活塞用于与筒体相接触部分的外表面也是粗糙面，与筒体的粗糙面内壁有着一定的预紧力，相对滑动可产生摩擦力。筒体的圆柱形内表面为摩擦面1.1；优选的，筒体的内摩擦面为磨砂面或设置有纹路结构的摩擦面。当刚性活塞与筒体的摩擦面1.1产生轴向相对位移时，刚性活塞与筒体的摩擦面之间的摩擦反力会产生能量损耗。本实施方式中，两个刚性活塞之间用弹簧Ⅱ连接，一方面，弹簧可以承受较大的拉力或压力，并促使刚性活塞产生重复的往返运动，带动刚性活塞与筒体的内摩擦面做负功，从而消耗地震能量；另一方面，地震作用结束后，会在弹簧Ⅱ的弹性拉力或压力作用下促使拼接单元内的刚性活塞复位。

在一种具体的实施方式中，钢护筒的两个端盖上各开设有一个直径为d2的过杆孔，过杆孔中设置有环形结构的密封圈6，密封圈的截面为U型凹槽型(外侧壁带有凹槽)，密封圈的凹槽紧扣在过杆孔的孔壁上，d2大于连接杆的直径d1也小于弹簧I的外径d3，使得弹簧不会从该孔中跑出；连接杆可在密封圈内沿其轴向自由滑动。本实施方式中密封圈的设置可以增加钢护筒的封闭性，避免泥浆、地下水等倒流进钢护筒内部。密封圈具体为橡胶密封圈，但是此处需要说明的是，只要是弹性材料，密封圈6的材质还可以是金属、塑料等。

在一种具体的实施方式中，刚性活塞2用于与弹簧Ⅱ连接的端部设置钩或连接孔，弹簧II与刚性活塞2之间采用挂钩连接的方式。例如，在刚性活塞5的端部设置一个连接环或连接孔，把弹簧II挂在上面。此处的连接不选焊接连接，是因为采用挂钩连接的方式强度会高得多，能满足整体性能要求。弹簧I与刚性活塞之间不需固定连接，因为弹簧I只会受到压力，而不会受到拉力。本实施方式中，在钢护筒内设置三个弹簧，使拼接单元具有更好的弹性，可以适应地震作用下的反复来回变形。

在一种具体的实施方式中，连接杆3的端部与刚性活塞2之间焊接连接或一体成型。

在一种具体的实施方式中，钢护筒1为圆柱状结构，筒体的内表面和刚性活塞的外表面均呈圆柱形，钢护筒两端的端盖与筒体焊接固定而不是一体成型，结构设置合理、方便组装。

参见图5，一种自减震耗能的锚杆，包括至少两个锚杆节段7、至少两个连接套环8以及至少一个拼接单元，每相邻两个锚杆节段7之间设有一个拼接单元连接，连接杆3通过连接套环8与锚杆节段7相连，连接杆和锚杆节段的拼接段均设有外螺纹，连接套环8上设置有内螺纹。本具体实施方式中，锚杆的长度可以达到十几至二十米，根据应用场景的要求来设计拼接单元的数量和位置。每根锚杆上安装若干个拼接单元，例如1～10个，优选3～5个。

在一种具体的实施方式中，连接杆通过连接套环实现与锚杆节段的拼接组装。连接杆与锚杆节段的拼接段上均设有外螺纹，连接套环8设置有内螺纹；连接杆和锚杆节段的外螺纹可方便地拧入连接套环8的内螺纹中；其余段为光滑圆面，便于连接杆穿过钢护筒的密封圈的橡胶孔，实现往返位移。

在一种具体的实施方式中，连接杆的材质与锚杆相同，以保证二者的强度一致；优选二者均为钢质。更优选的，刚性活塞的材质也与锚杆相同。

在一种具体的实施方式中，在施加预应力后仍能保持其缓冲机制。从锚杆传递到连接杆上的预应力，一方面，由两个刚性活塞之间的弹簧Ⅱ来主要承担；另一方面，由两侧的刚性活塞与钢护筒端头的弹簧Ⅰ来分担，同时，弹簧Ⅰ可以有效阻止刚性活塞与钢护筒两侧端头发生刚性碰撞而失去减震缓冲作用。

在一种具体的实施方式中，自减震耗能的锚杆能够很好地适应岩土体在开挖过程中产生的正常施工变形，弹簧Ⅰ的存在将锚杆的变形转换为弹簧的压力传递给钢护筒，刚性活塞与钢护筒两侧端头不会发生刚性碰撞而导致该拼接单元失去减震缓冲性能，也不会因为边坡变形大幅度增大锚杆的初始轴力。

在一种具体的实施方式中，自减震耗能锚杆的拼接单元可现场与锚杆进行装配连接，并根据需要安装在锚杆的适当位置处，同一根锚杆也可以安装多个拼接单元，以发挥其最大作用。

在一种具体的实施方式中，自减震耗能的锚杆能够将锚杆吸收的地震能量逐步转换为环状摩擦面发生相对位移时摩擦产生的热能，进一步提高锚杆在地震作用下的工作性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，其特征在于，包括钢护筒(1)、刚性活塞(2)、连接杆(3)、弹簧Ⅰ(4)和弹簧Ⅱ(5)，所述钢护筒(1)包括筒体和分别安装于所述筒体的两端口处的端盖，所述筒体内设有两个均与筒体同轴设置的刚性活塞(2)，两个刚性活塞(2)在活塞运动方向上一前一后设置，两个所述刚性活塞(2)之间通过弹簧Ⅱ(5)相连，每个所述刚性活塞和与其邻近的端盖之间均设有连接杆(3)和弹簧Ⅰ(4)，所述连接杆(3)的一端固定设置在所述刚性活塞上，所述连接杆(3)的另一端贯穿所述端盖后延伸至所述钢护筒(1)外，所述弹簧Ⅰ(4)套设在所述连接杆上，且弹簧Ⅰ(4)长度方向的两端由与其邻近的端盖和刚性活塞的一端限位；两个所述刚性活塞(2)上均设有供所述钢护筒(1)内部的弹簧Ⅰ和弹簧Ⅱ所在的不同腔室之间空气流通的通气孔(2.1)；所述筒体的内表面和/或所述刚性活塞用于与所述筒体相接触部分的外表面为粗糙面，所述连接杆(3)在锚杆轴力作用下能驱动刚性活塞(2)与所述钢护筒产生轴向相对位移，以使所述刚性活塞与所述钢护筒摩擦生热消耗地震能量。

2.根据权利要求1所述的用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，其特征在于，两个所述端盖上各开设有一个过杆孔，所述过杆孔中设置有密封圈(6)，所述密封圈的截面为U型凹槽型，所述密封圈的凹槽紧扣在所述过杆孔的孔壁上。

3.根据权利要求1所述的用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，其特征在于，所述筒体的圆柱形内表面为摩擦面(1.1)。

4.根据权利要求3所述的用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，其特征在于，所述筒体的内摩擦面为磨砂面或设置有纹路结构的摩擦面。

5.根据权利要求1所述的用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，其特征在于，所述刚性活塞(2)用于与所述弹簧Ⅱ连接的端部设置连接环或连接孔，所述弹簧II与所述刚性活塞以挂接的方式连接。

6.根据权利要求1所述的用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，其特征在于，所述连接杆(3)的端部与所述刚性活塞(2)之间焊接连接或一体成型。

7.根据权利要求1所述的用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，其特征在于，所述钢护筒(1)为圆柱状结构，所述筒体的内表面和刚性活塞的外表面均呈圆柱形，所述钢护筒两端的端盖与所述筒体焊接固定。

8.一种自减震耗能的锚杆，其特征在于，包括至少两个锚杆节段(7)、至少两个连接套环(8)以及至少一个如权利要求1-7中任一项所述的用于锚杆杆身减震耗能的拼接单元，相邻两个所述锚杆节段(7)之间设有一个所述拼接单元，所述连接杆(3)通过连接套环(8)与锚杆节段(7)相连，所述连接杆和锚杆节段的拼接段均设有外螺纹，所述连接套环(8)设置有内螺纹。

9.根据权利要求8所述的自减震耗能的锚杆，其特征在于，所述锚杆包括3～5个所述拼接单元。