CN111810208A - 一种锚杆及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锚杆及其制作方法，一种锚杆包括杆体和位于杆体上的工作件；工作件包括沿杆体的轴线设置的弹性件，且杆体与弹性件一体成型，以增加杆体的抗扭性能；工作件还包括检测件，检测件检测杆体受力情况。一种制作方法，包括备料、穿束、定位、入模成型、成型丝缠绕、固化成型、锚具安装和光纤跳线制作。解决了现有的FRP锚杆抗扭能力差的问题。本发明的一种锚杆及其制作方法将杆体、扭转弹簧和检测件有机固结为一体，提高了本锚杆的受力能力和抗扭性能，增加了使用范围。

Description

一种锚杆及其制作方法

技术领域

本发明属于锚杆技术领域，具体涉及一种锚杆及其制作方法。

背景技术

结构加固与安全监测是土木工程的核心发展方向。目前，玻璃钢锚杆，即FRP锚杆，在岩土工程高边坡、水利水电工程大规模地下洞室、大规模地下厂房、泄洪洞等重大基础设施中得到了广泛的研究和成功的应用。

FRP锚杆是由玻璃纤维、树脂等材料通过拉挤设备制作而成。FRP锚杆通过岩体软弱结构面的孔锚入岩体内，把滑体与稳固岩层联在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡等不稳定岩体的整体性和强度。同时，为了将监测与加固相结合，在FRP锚杆中内嵌智能光纤传感器，形成智能FRP锚杆，能够有效的进行锚固结构应力的监测，方便快捷。

但是由于FRP锚杆抗扭力小，常常出现拧劈的现象，FRP锚杆损坏，起不到锚固的作用，对结构的安全性产生影响。

发明内容

本发明目的在于提供一种锚杆及其制作方法，解决了现有的FRP锚杆抗扭能力差的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一方面，本技术方案公开了一种锚杆，包括杆体和位于杆体上的工作件；

工作件包括沿杆体的轴线设置的弹性件，且杆体与弹性件一体成型，以增加杆体的抗扭性能；

工作件还包括检测件，检测件检测杆体受力情况。

本锚杆通过一体成型工艺的应用，以及弹性件的添加，增加了杆体的抗扭性能，避免了本锚杆在作业过程中出现拧劈的概率，增加了使用寿命。通过检测件内置于杆体内，保证测量的基础上，避免了检测件在外力作用下损坏，提高了检测件的使用寿命。

可选择地，杆体由纤维增强塑料制成；

杆体的外表面上设有若干个凸出部，以增加杆体的表面积；

凸出部与杆体选用同种材料制成并一体成型。

可选择地，凸出部组成螺旋肋。

可选择地，弹性件为扭转弹簧。

可选择地，扭转弹簧的的心轴最大直径比杆体的直径小3mm；且扭转弹簧的弹簧线径不小于2mm。

可选择地，扭转弹簧的旋向与螺旋肋的旋向一致。

可选择地，检测件包括光纤、位于光纤上的光纤光栅和与光纤相连的光纤跳线；

光纤一端沿着杆体的轴线设置于杆体内，光纤另一端穿出杆体并与光纤跳线相连；

光纤光栅至少有一个。

可选择地，光纤有一根，光纤上设有至少一个光纤光栅；或者光纤有多根，相邻光纤之间平行布设，且每根光纤上设有至少一个光纤光栅。

可选择地，杆体上还设有锚具。

另一方面，本技术方案公开了一种制作方法，用于制作所述的锚杆，包括以下步骤：

备料，预先准备若干纤维增强塑料、扭转弹簧、光纤光栅和光纤，纤维增强塑料分为杆体部和肋部，光纤光栅固定在光纤上；

穿束，杆体部依次穿过分纱盘和树脂浸润区，并等待进入模具；光纤依次穿过分纱盘和树脂浸润区，并等待进入模具；

定位，扭转弹簧放置于模具中，并居中放置；

入模成型，杆体部和光纤放入模具内，模具加热以使扭转弹簧、光纤和杆体部固定成型，同时进行牵引；

成型丝缠绕，牵引时，于杆体部的外表面缠绕成型丝，形成螺旋肋后添加肋部；

固化成型，牵引，加热固化成型，以形成杆体；

锚具安装，于杆体外安装锚具；

光纤跳线制作，熔接光纤和光纤跳线。

本制作方法的工艺简单，实施方便，便于学习和掌握，降低了推广应用的难度。

本发明的有益效果为：

1、本锚杆同时将检测件设置在杆体内，杆体、弹性件和检测件一体成型，有效提高了本锚杆的受力能力；检测件位于杆体内，减少了外贴传感器的复杂工序，消除了传感器的安装误差，提高了测量精度；杆体出现破损时，位于杆体内的检测件依旧能够正常工作，在起到检测本锚杆受力情况的基础上，提高了检测件的使用寿命，提高了检测件的存活率。

2、本锚杆具备了质量轻、强度高和耐腐蚀的特点，可用于岩土工程高边坡、水利水电工程大规模地下洞室等基础设施中对于扭矩要求大的部位的锚杆应力监测，提高了使用范围。

3、本锚杆在使用时，将杆体插入岩体内，将岩体的滑动部分与稳定部分连接在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡不稳定岩体的整体性和强度。多个本锚杆配合使用进而组成锚固系统，以增加锚固区域的面积。

4、本锚杆的制作方法将杆体、扭转弹簧和检测件有机固结为一体，提高了本锚杆的受力能力和抗扭性能，增加了使用范围。本锚杆的制作方法工艺简单，实施方便，有利于推广和应用。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是一种锚杆的结构示意图；

图2是一种锚杆的剖视结构示意图；

图3是一种锚杆的俯视结构示意图；

图4是检测件的结构示意图；

图5是一种制作方法的流程图。

图中：1、杆体；2、工作件；21、弹性件；22、检测件；221、光纤；222、光纤光栅；223、光纤跳线；3、凸出部；4、锚具。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例的一种锚杆，包括杆体1和位于杆体1上的工作件2；

工作件2包括沿杆体1的轴线设置的弹性件21，且杆体1与弹性件21一体成型，以增加杆体1的抗扭性能；

工作件2还包括检测件22，检测件22检测杆体1受力情况。

FRP锚杆是由玻璃纤维、树脂等材料通过拉挤设备制作而成。FRP锚杆通过岩体软弱结构面的孔锚入岩体内，把滑体与稳固岩层联在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡等不稳定岩体的整体性和强度。同时，为了将监测与加固相结合，在FRP锚杆中内嵌智能光纤传感器，形成智能FRP锚杆，能够有效的进行锚固结构应力的监测，方便快捷。

但是由于FRP锚杆抗扭力小，常常出现拧劈的现象，FRP锚杆损坏，起不到锚固的作用，对结构的安全性产生影响；同时，光纤传感器受损，也起不到检测的作用。

故设计了本锚杆，本锚杆通过杆体1一体成型的方式增加了杆体1的受力能力，降低了应力集中的概率，从而提高了抗扭性能；弹性件21位于杆体1内并与杆体1共同受力，提高了杆体1的受力能力，也有效提高了抗扭性能。

本锚杆同时将检测件22设置在杆体1内，杆体1、弹性件21和检测件22一体成型，有效提高了本锚杆的受力能力；检测件22位于杆体1内，减少了外贴传感器的复杂工序，消除了传感器的安装误差，提高了测量精度；杆体1出现破损时，位于杆体1内的检测件22依旧能够正常工作，在起到检测本锚杆受力情况的基础上，提高了检测件22的使用寿命，提高了检测件22的存活率。

本锚杆还具备了质量轻、强度高和耐腐蚀的特点，可用于岩土工程高边坡、水利水电工程大规模地下洞室等基础设施中对于扭矩要求大的部位的锚杆应力监测，提高了使用范围。

本锚杆在使用时，将杆体1插入岩体内，将岩体的滑动部分与稳定部分连接在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡不稳定岩体的整体性和强度。多个本锚杆配合使用进而组成锚固系统，以增加锚固区域的面积。

将本锚杆的检测件22连接起来并汇集到一个监控系统上，检测件22将各个锚杆的实时受力情况传输至监控系统，监控系统进行数据的收集、分析和存储，进而实现对锚固系统的远程监控，提高了监控的自动化程度，降低了经济成本。

其中，监控系统为现有技术，如山东恒安电子科技有限公司所公开的KJ616锚杆锚索应力在线监测系统，同时也不在本公开的保护范围之内，在此就不再赘述。

下面结合本锚杆的具体结构对本锚杆进行详细说明。

在本公开提供的具体实施方式中，所述杆体1可以构造为任意合适的结构。作为一种选择，杆体1由纤维增强塑料制成。纤维增强塑料，即玻璃纤维增强塑料，是一种品种繁多，性能较好，用途广泛的复合材料。纤维增强塑料具有重量轻，比强度高，耐腐蚀，电绝缘性能好，传热慢，热绝缘性好，耐瞬时超高温性能好的特点。

优选地，作为一种选择，杆体1的外表面上设有若干个凸出部3，以增加杆体1的表面积；凸出部3与杆体1选用同种材料制成并一体成型。

对于凸出部3，一方面凸出部3的设置增加了杆体1的表面积，在杆体1插接至岩体内时，增加了杆体1与岩体的接触面积，提高与岩土岩层的粘结锚固力，提高了锚固效果。另一方面，凸出部3与杆体1一体成型，有效提高了本锚杆整体的受力能力，有效避免了应力集中的出现，增加了本锚杆的使用寿命。

更优选地，作为一种选择，凸出部3组成螺旋肋。螺旋肋在结构上类似于螺纹，进而使得凸出部3还具备了连接作用，方便于锚具4安装在锚杆上，起到了简化结构的作用。

在本公开提供的具体实施方式中，所述弹性件21可以构造为任意合适的结构。作为一种选择，弹性件21为扭转弹簧。在杆体1随外力扭转时，扭转弹簧变性并产生扭矩，一方面增加了杆体1受力能力，另一方面扭转弹簧恢复变形可以使杆体1复位，避免了杆体1产生塑性变形。

优选地，作为一种选择，弹性件21还可以选用螺旋筋。

优选地，作为一种选择，扭转弹簧的的心轴最大直径比杆体1的直径小3mm。对扭转弹簧的尺寸进行限制，避免扭转弹簧穿出杆体1，避免产生剥离破坏。

且扭转弹簧的弹簧线径不小于2mm。确定了了扭转弹簧的最低弹簧线径，保证本锚杆有足够的抗扭力。

优选地，作为一种选择，扭转弹簧的旋向与螺旋肋的旋向一致。旋向一致的设置保证了变形方向一致，保证了本锚杆有足够的抗扭力，避免了本锚杆在作业阶段出现拧劈。

在本公开提供的具体实施方式中，所述检测件22可以构造为任意合适的结构。作为一种选择，检测件22包括光纤221、位于光纤221上的光纤光栅222和与光纤221相连的光纤跳线223；

光纤221一端沿着杆体1的轴线设置于杆体1内，光纤221另一端穿出杆体1并与光纤跳线223相连；

光纤光栅222至少有一个。

现在对检测件22的结构进行补充，其中，光纤光栅222的波长对温度和应变同时敏感，对于本锚杆，杆体1的形变将会直接为光纤光栅222所监测；通过光纤221和光纤跳线223的组合将光纤光栅222监测到的信息传递至监测系统。

优选地，作为一种选择，光纤光栅222有多个时，光纤光栅222等间距设置在光纤221上。

优选地，作为一种选择，光纤221有一根，光纤221上设有至少一个光纤光栅222；或者光纤221有多根，相邻光纤221之间平行布设，且每根光纤221上设有至少一个光纤光栅222。

根据不同工程的监测需求，组成单光纤光栅222检测系和多光纤光栅222检测系，适应不同环境，以提高了检测精度。

在本公开提供的具体实施方式中，所述杆体1可以构造为任意合适的结构。作为一种选择，杆体1上还设有锚具4。通过锚具4的设置将本锚杆与岩体永久性锚固，提高了锚固的效果。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，对制作实施例1中的锚杆的方法进行介绍。

如图1至图5所示，本实施例的一种制作方法，用于制作所述的锚杆，包括以下步骤：

备料，预先准备若干纤维增强塑料、扭转弹簧、光纤光栅222和光纤221，纤维增强塑料分为杆体部和肋部，光纤光栅222固定在光纤221上；

穿束，杆体部依次穿过分纱盘和树脂浸润区，并等待进入模具；光纤221依次穿过分纱盘和树脂浸润区，并等待进入模具；

定位，扭转弹簧放置于模具中，并居中放置；

入模成型，杆体部和光纤221放入模具内，模具加热以使扭转弹簧、光纤221和杆体部固定成型，同时进行牵引；

成型丝缠绕，牵引时，于杆体部的外表面缠绕成型丝，形成螺旋肋后添加肋部；

固化成型，牵引，加热固化成型，以形成杆体1；

锚具4安装，于杆体1外安装锚具4；

光纤跳线223制作，熔接光纤221和光纤跳线223。

本锚杆的制作方法将杆体1、扭转弹簧和检测件22有机固结为一体，提高了本锚杆的受力能力和抗扭性能，增加了使用范围。本锚杆的制作方法工艺简单，实施方便，有利于推广和应用。

现在对本锚杆的制作方法进行说明，备料步骤中，由于采用一体成型工艺，故纤维增强塑料中一部分用于形成杆体1，另一部分则缠绕在杆体1上以形成凸出部3，故将准备的纤维增强塑料分为杆体部和肋部。

穿束步骤中，经过分纱盘后杆体部和肋部均为纱状。

同时，树脂可选用热固性树脂或者热塑性树脂，其中热固性树脂成品可以提高整体力学性能，但其不具备二次热加工的能力；热塑性树脂成品可以进行二次热加工，进行弯折处理。

定位步骤中，抗扭弹簧居中放置，确保本锚杆成型后抗扭弹簧沿杆体1的轴线设置，确保了杆体1各个截面上都有好的抗扭性能。

入模成型步骤中，扭转弹簧、检测件22和杆体部固定成型以形成本锚杆的大致形状，但各个部分之间的结合并不紧密。

成型丝缠绕步骤中，本锚杆的大致形状成型后通过牵引以使肋部缠绕在杆体1的外表面。

固化、成型步骤中，牵引时和牵引后均进行加热，以缩短成型时间，提高加工效率。且，加热温度为250℃-260℃，以保证检测件22的稳定性。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锚杆，其特征在于：包括杆体(1)和位于杆体(1)上的工作件(2)；

工作件(2)包括沿杆体(1)的轴线设置的弹性件(21)，且杆体(1)与弹性件(21)一体成型，以增加杆体(1)的抗扭性能；

工作件(2)还包括检测件(22)，检测件(22)检测杆体(1)受力情况。

2.根据权利要求1所述的锚杆，其特征在于：杆体(1)由纤维增强塑料制成；

杆体(1)的外表面上设有若干个凸出部(3)，以增加杆体(1)的表面积；

凸出部(3)与杆体(1)选用同种材料制成并一体成型。

3.根据权利要求2所述的锚杆，其特征在于：凸出部(3)组成螺旋肋。

4.根据权利要求3所述的锚杆，其特征在于：弹性件(21)为扭转弹簧。

5.根据权利要求4所述的锚杆，其特征在于：扭转弹簧的的心轴最大直径比杆体(1)的直径小3mm；且扭转弹簧的弹簧线径不小于2mm。

6.根据权利要求4所述的锚杆，其特征在于：扭转弹簧的旋向与螺旋肋的旋向一致。

7.根据权利要求1所述的锚杆，其特征在于：检测件(22)包括光纤(221)、位于光纤(221)上的光纤光栅(222)和与光纤(221)相连的光纤跳线(223)；

光纤(221)一端沿着杆体(1)的轴线设置于杆体(1)内，光纤(221)另一端穿出杆体(1)并与光纤跳线(223)相连；

光纤光栅(222)至少有一个。

8.根据权利要求7所述的锚杆，其特征在于：光纤(221)有一根，光纤(221)上设有至少一个光纤光栅(222)；或者光纤(221)有多根，相邻光纤(221)之间平行布设，且每根光纤(221)上设有至少一个光纤光栅(222)。

9.根据权利要求1所述的锚杆，其特征在于：杆体(1)上还设有锚具(4)。

10.一种制作方法，用于制作权利要求1-9任一所述的锚杆，其特征在于，包括以下步骤：

备料，预先准备若干纤维增强塑料、扭转弹簧、光纤光栅(222)和光纤(221)，纤维增强塑料分为杆体部和肋部，光纤光栅(222)固定在光纤(221)上；

穿束，杆体部依次穿过分纱盘和树脂浸润区，并等待进入模具；光纤(221)依次穿过分纱盘和树脂浸润区，并等待进入模具；

定位，扭转弹簧放置于模具中，并居中放置；

入模成型，杆体部和光纤(221)放入模具内，模具加热以使扭转弹簧、光纤(221)和杆体部固定成型，同时进行牵引；

成型丝缠绕，牵引时，于杆体部的外表面缠绕成型丝，形成螺旋肋后添加肋部；

固化成型，牵引，加热固化成型，以形成杆体(1)；

锚具(4)安装，于杆体(1)外安装锚具(4)；

光纤跳线(223)制作，熔接光纤(221)和光纤跳线(223)。

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