CN117738709A - 一种具有多级受力防线的锚杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多级受力防线的锚杆，包括：核心钢筋；大套筒；小套筒；限位结构，其包括大套筒限位端板和小套筒限位端板，适于通过大套筒限位端板和小套筒限位端板配合限制大套筒和小套筒沿核心钢筋轴向相互远离移动的距离；辅助传力结构，其包括：大套筒封头钢板；钢托板，其与大套筒之间设有大套筒外加劲肋，钢托板固定在岩壁上；内套管，其设于大套筒内并圈设在核心钢筋外，内套管与大套筒之间设有大套筒内加劲肋，且大套筒内加劲肋与大套筒封头钢板连接。本申请的锚杆在核心钢筋拉伸变形后，大套筒限位端板与小套筒限位端板接触提供锚固力，发挥第二级防线的作用，配合核心钢筋提供的锚固力共同提供更大的支护力，使锚杆能继续发挥作用。

Description

一种具有多级受力防线的锚杆

技术领域

本发明涉及锚固技术的领域，具体涉及一种具有多级受力防线的锚杆。

背景技术

随着交通网络的迅速发展，在交通网络的建设过程中，常常涉及到隧道、边坡工程的施工，岩石锚杆作为岩质隧道、边坡工程的一项重要锚固支护技术，正广泛的运用于各个项目的支护及灾害防护中。

目前，常规的锚杆通常是通过预估需要的锚固力来设计锚杆强度。而在实际的工程项目中，隧道岩爆、矿井爆破、边坡爆破等场景下，岩石内应力会突然增加，突然增加的围岩内力可能会超出锚杆抗拉承载力而导致锚杆被拉断，从而引起整个锚杆系统连锁反应，引发工程事故。

发明内容

基于上述表述，本发明提供了一种具有多级受力防线的锚杆，以解决相关技术中的锚杆，在岩石内应力会突然增加时可能会超出锚杆抗拉承载力而导致锚杆被拉断，从而引起整个锚杆系统连锁反应，引发工程事故的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本申请提供一种具有多级受力防线的锚杆，所采用的技术方案如下：

一种具有多级受力防线的锚杆，包括：

核心钢筋；

大套筒，其同轴套设于所述核心钢筋外并固定在岩壁上；

小套筒，其同轴套设于所述核心钢筋外且与所述第一套筒在所述核心钢筋轴向分布，所述小套筒一端置于所述大套筒内，所述小套筒另一端与所述核心钢筋固定；

限位结构，其包括连接于所述大套筒上的大套筒限位端板和连接于所述小套筒上的小套筒限位端板，所述大套筒限位端板位于所述小套筒限位端板和所述小套筒与所述核心钢筋固定的一端之间，且所述大套筒限位端板和所述小套筒限位端板在所述核心钢筋轴向上的投影相交，适于通过所述大套筒限位端板和所述小套筒限位端板配合限制所述大套筒和所述小套筒沿所述核心钢筋轴向相互远离移动的距离；

辅助传力结构，其包括：

-大套筒封头钢板，其位于所述大套筒远离所述小套筒的一端，所述核心钢筋穿过所述大套筒封头钢板后连接钢筋螺母；

-钢托板，其位于所述大套筒远离所述小套筒的一端且圈设在所述大套筒外，所述钢托板与所述大套筒之间设有大套筒外加劲肋，所述钢托板通过锚栓固定在岩壁上；

-内套管，其设于所述大套筒内并圈设在所述核心钢筋外，所述内套管与所述大套筒之间设有大套筒内加劲肋，且所述大套筒内加劲肋与所述大套筒封头钢板连接。

优选的，所述大套筒限位端板呈圆环形圈设在所述大套筒外并与所述大套筒一体成型铸造，所述小套筒限位端板呈圆环形圈设在所述小套筒外并与所述小套筒焊接固定，所述小套筒限位端板置于所述大套筒内，所述大套筒限位端板内径小于所述小套筒限位端板外径，所述大套筒限位端板与所述小套筒限位端板沿所述核心钢筋轴向间隔设定距离。

优选的，所述小套筒限位端板外侧边沿距离所述小套筒外表面30mm，所述大套筒限位端板内侧边沿距离所述大套筒内表面30mm，所述大套筒限位端板内侧边沿距离所述小套筒外表面3～8mm，所述小套筒限位端板外表面距离所述大套筒内表面3～8mm。

优选的，所述小套筒的内径大于所述核心钢筋的直径5～8mm，所述小套筒与所述核心钢筋间通过一环形钢块锚体连接固定。

优选的，所述小套筒与所述核心钢筋之间填充半固体的润滑脂。

优选的，所述小套筒限位端板与所述大套筒限位端板之间填充半固体的润滑脂。

优选的，所述大套筒封头钢板中心开设供所述核心钢筋穿过的通孔，通孔孔径大于所述核心钢筋直径2mm，所述内套管内径大于所述核心钢筋直径2～5mm。

优选的，所述核心钢筋为HRB400或HRB500热轧带肋钢筋，所述大套筒、所述小套筒、所述大套筒限位端板和所述小套筒限位端板均采用Q355B或Q390B低合金高强度钢。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

本申请的锚杆，在使用时小套筒的一端与核心钢筋一同锚固在混凝土锚块中，大套筒固定在岩壁上，当锚杆作用的围岩区域内力增加，发生向外的变形时，此时核心钢筋在外力作用下发生拉伸变形，大套筒限位端板与小套筒限位端板相互靠近，当达到设计的自由位移限值时，大套筒限位端板与小套筒限位端板相互接触，此时核心钢筋并未达到极限受拉承载力，仍能提供锚固力，大套筒与小套筒在大套筒限位端板与小套筒限位端板相互咬合作用下也在此时提供锚固力，发挥第二级防线的作用，最终共同提供更大的支护力，使锚杆能继续发挥作用。对于一些应力可能增大的围岩，如在隧道岩爆、矿井爆破、边坡爆破等突发灾害场景下，具有如下的优点：锚杆随着围岩内力的发育而相应的变形，能释放一定的围岩应力，可能在核心钢筋轴力增加过程中重新达到新的平衡点；锚杆具有良好的延性，在岩体突然崩塌前能观察到岩体的发育变形，及时预警，避免突发安全事件的发生；对锚杆自由段(未锚固于锚体中的部分)进行第二级防线的设计，外套筒能与核心钢筋共同承载，获得更大的支护能力；当核心钢筋被拉断后，大套筒和小套筒体系仍能继续单独承载，围岩内力在大变形释放后，可能达到新的平衡，而使锚杆能继续发挥作用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的具有多级受力防线的锚杆锚固在岩体上时的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的具有多级受力防线的锚杆的示意图；

图3为图2中沿A-A线的剖视图；

图4为本发明实施例1提供的具有多级受力防线的锚杆中核心钢筋的应力—应变曲线示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、大套筒；2、小套筒；3、大套筒限位端板；4、小套筒限位端板；5、核心钢筋；6、钢筋螺母；7、大套筒封头钢板；8、大套筒外加劲肋；9、钢托板；10、大套筒内加劲肋；11、内套管；12、钢块锚体；13、锚栓。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

参照图1-4所示，本申请实施例提供一种具有多级受力防线的锚杆，其包括自由段和锚固段。

参照图1-3所示，锚杆包括核心钢筋5、大套筒1、小套筒2、限位结构和辅助传力结构，大套筒1同轴套设于核心钢筋5外并固定在岩壁上，小套筒2同轴套设于核心钢筋5外且与第一套筒在核心钢筋5轴向分布，小套筒2一端置于大套筒1内，小套筒2另一端与核心钢筋5固定，限位结构包括连接于大套筒1上的大套筒限位端板3和连接于小套筒2上的小套筒限位端板4，大套筒限位端板3位于小套筒限位端板4和小套筒2与核心钢筋5固定的一端之间，且大套筒限位端板3和小套筒限位端板4在核心钢筋5轴向上的投影相交，适于通过大套筒限位端板3和小套筒限位端板4配合限制大套筒1和小套筒2沿核心钢筋5轴向相互远离移动的距离。辅助传力结构包括大套筒封头钢板7、钢托板9和内套管11，大套筒封头钢板7位于大套筒1远离小套筒2的一端，核心钢筋5穿过大套筒封头钢板7后连接钢筋螺母6，钢托板9位于大套筒1远离小套筒2的一端且圈设在大套筒1外，钢托板9与大套筒1之间设有大套筒外加劲肋8，钢托板9通过锚栓13固定在岩壁上，内套管11设于大套筒1内并圈设在核心钢筋5外，内套管11与大套筒1之间设有大套筒内加劲肋10，且大套筒内加劲肋10与大套筒封头钢板7连接。

参照图1-3所示，锚杆安装时，核心钢筋5靠近小套筒2的一端即小套筒2与核心钢筋5固定的一端锚固于混凝土锚体内形成锚固段，而锚杆在锚孔内且未锚固于混凝土锚体内的部分为自由段，自由段长度可变且在拉长设定距离后大套筒1和小套筒2可形成第二级受力防线。

参照图1-3所示，大套筒限位端板3呈圆环形圈设在大套筒1外并与大套筒1一体成型铸造，小套筒限位端板4呈圆环形圈设在小套筒2外并与小套筒2焊接固定，小套筒限位端板4置于大套筒1内，大套筒限位端板3内径小于小套筒限位端板4外径，大套筒限位端板3与小套筒限位端板4沿核心钢筋5轴向间隔设定距离。

参照图1-3所示，大套筒封头钢板7焊接在大套筒1端部，内套管11和大套筒1同轴且与大套筒1之间焊接有三个大套筒内加劲肋10，且大套筒封头钢板7和大套筒内加劲肋10焊接固定；钢托板9采用全熔透剖口焊焊接于大套筒1外壁上，并在钢托板9和大套筒1之间焊接六个大套筒外加劲肋8，以保证端部大套管上轴力的传递，钢托板9通过3个M16锚栓13固定在围岩壁上；核心钢筋5穿过大套筒封头钢板7的一端车螺纹，并通过钢筋螺母6固定在大套筒封头钢板7的中心位置。

参照图1-3所示，进一步的，小套筒限位端板4离小套筒2位于大套筒1内的一端端部距离30mm，以保证焊接质量。

参照图1-3所示，具体的，小套筒2的内径大于核心钢筋5的直径5～8mm，小套筒2与核心钢筋5间通过一环形钢块锚体12连接固定；小套筒限位端板4外侧边沿距离小套筒2外表面30mm(图1中标识的数值a的大小)，大套筒限位端板3内侧边沿距离大套筒1内表面30mm(图1中标识的数值b的大小)，所述大套筒限位端板3内侧边沿距离所述小套筒2外表面3～8mm，具体可设为5mm，所述小套筒限位端板4外表面距离所述大套筒1内表面3～8mm，具体可设为5mm；大套筒封头钢板7中心开设供核心钢筋5穿过的通孔，通孔孔径大于核心钢筋5直径2mm，内套管11内径大于核心钢筋5直径2～5mm；核心钢筋5为HRB400或HRB500热轧带肋钢筋，大套筒1、小套筒2、大套筒限位端板3和小套筒限位端板4均采用Q355B或Q390B低合金高强度钢。按设计需要选择合适的核心钢筋5直径、各部件钢材板厚、加劲肋尺寸、连接件规格及焊脚尺寸。

进一步的，小套筒2与核心钢筋5之间填充半固体的润滑脂，小套筒限位端板4与大套筒限位端板3之间填充半固体的润滑脂。

本实施例的锚杆安装时，先将焊接好小套筒限位端板4的小套筒2与大套筒1互套，大套筒1另一端先完成与大套筒封头钢板7、三个大套筒内加劲肋10、内套管11、六个大套筒外加劲肋8及钢托板9的焊接，后将核心钢筋5插入小套筒2与大套筒1，根据需要预留好大套筒限位端板3与小套筒限位端板4之间的设计位移，钢块锚体12焊接于核心钢筋5上并与小套筒2右端焊接，固定住小套筒2右端。小套筒2与核心钢筋5之间的缝隙填充半固体的润滑脂，以保证核心钢筋5的自由拉伸；小套筒限位端板4与大套筒限位端板3之间填充半固体的润滑脂，以保证大套筒1和小套筒2在锚杆受力前期能相对滑动。锚杆锚固段按照标准施工工序进行安装并注浆，小套筒2右端一段钻孔内注浆浇灌，作为锚固段的一部分。随后使用3个M16锚栓13将钢托板9固定在围岩壁上；使用钢筋螺母6将核心钢筋5固定在大套筒封头钢板7的中心位置，完成安装。由于锚杆装置的自由段大部分暴露在空气中并未注浆灌实，故在安装前需先对各部件进行防腐防锈处理。

本发明的工作原理：当锚杆作用的围岩区域内力增加，发生向外的变形时，此时核心钢筋5在外力作用下发生拉伸变形，大套筒1向左侧移动(参照附图1的安放方式)，当达到设计的自由位移限值时，大套筒限位端板3与小套筒限位端板4相互接触，此时核心钢筋5并未达到极限受拉承载力，仍能提供锚固力，大套筒1与小套筒2在端板相互咬合作用下也在此时提供锚固力，发挥第二级防线的作用，最终共同提供更大的支护力，使锚杆能继续发挥作用；当核心钢筋5被拉断时，大套筒1和小套筒2体系仍能继续单独承载，围岩内力在大变形释放后，可能达到新的平衡，而使锚杆能继续发挥作用。

实施例1：

参照图4所示，核心钢筋5材质为HRB400级热轧带肋钢筋，钢筋直径为28mm，屈服强度标注值为400MPa，极限强度标准值为540MPa，在最大力下的总伸长率为7.5％；小套筒2材质为Q355B，内径34mm，外径50mm，壁厚8mm；大套筒1材质为Q355B，内径120mm，外径140mm，壁厚10mm；小套筒限位端板4材质为Q355B，厚度16mm；大套筒限位端板3材质为Q355B，厚度16mm；Q355B低合金高强度钢屈服强度标注值为345MPa，屈服抗剪强度标注值为199MPa，极限强度标准值为470MPa。锚杆装置自由段设计长度为1.25m，大套筒限位端板3与小套筒限位端板4之间预留50mm，即核心钢筋5自由变形的伸长率设计为4％。当大套筒1向左侧移动的距离达到设计的50mm时，大套筒限位端板3与小套筒限位端板4相互接触，此时核心钢筋5变形的伸长率为4％，核心钢筋5的轴力约为246kN～332kN，受力状态处在如图4所示的CD段，大套筒1、小套筒2通过大套筒限位端板3与小套筒限位端板4的相互咬合参与锚杆的受力，第二级受力体系开始工作；当核心钢筋5达到极限强度时，受力状态处在如图4所示的D点，核心钢筋5的轴力约332kN，大套筒1和小套筒2达到屈服状态，提供轴力约363kN，锚杆总承载力约695kN；当核心钢筋5断裂后，受力状态处在如图4所示的DE段，大套筒1和小套筒2体系单独能提供约495kN的极限承载力。其他连接件均能满足相应强度要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种具有多级受力防线的锚杆，其特征在于，包括：

核心钢筋(5)；

大套筒(1)，其同轴套设于所述核心钢筋(5)外并固定在岩壁上；

小套筒(2)，其同轴套设于所述核心钢筋(5)外且与所述第一套筒在所述核心钢筋(5)轴向分布，所述小套筒(2)一端置于所述大套筒(1)内，所述小套筒(2)另一端与所述核心钢筋(5)固定；

限位结构，其包括连接于所述大套筒(1)上的大套筒限位端板(3)和连接于所述小套筒(2)上的小套筒限位端板(4)，所述大套筒限位端板(3)位于所述小套筒限位端板(4)和所述小套筒(2)与所述核心钢筋(5)固定的一端之间，且所述大套筒限位端板(3)和所述小套筒限位端板(4)在所述核心钢筋(5)轴向上的投影相交，适于通过所述大套筒限位端板(3)和所述小套筒限位端板(4)配合限制所述大套筒(1)和所述小套筒(2)沿所述核心钢筋(5)轴向相互远离移动的距离；

辅助传力结构，其包括：

-大套筒封头钢板(7)，其位于所述大套筒(1)远离所述小套筒(2)的一端，所述核心钢筋(5)穿过所述大套筒封头钢板(7)后连接钢筋螺母(6)；

-钢托板(9)，其位于所述大套筒(1)远离所述小套筒(2)的一端且圈设在所述大套筒(1)外，所述钢托板(9)与所述大套筒(1)之间设有大套筒外加劲肋(8)，所述钢托板(9)通过锚栓(13)固定在岩壁上；

-内套管(11)，其设于所述大套筒(1)内并圈设在所述核心钢筋(5)外，所述内套管(11)与所述大套筒(1)之间设有大套筒内加劲肋(10)，且所述大套筒内加劲肋(10)与所述大套筒封头钢板(7)连接。

2.根据权利要求1所述的具有多级受力防线的锚杆，其特征在于：所述大套筒限位端板(3)呈圆环形圈设在所述大套筒(1)外并与所述大套筒(1)一体成型铸造，所述小套筒限位端板(4)呈圆环形圈设在所述小套筒(2)外并与所述小套筒(2)焊接固定，所述小套筒限位端板(4)置于所述大套筒(1)内，所述大套筒限位端板(3)内径小于所述小套筒限位端板(4)外径，所述大套筒限位端板(3)与所述小套筒限位端板(4)沿所述核心钢筋(5)轴向间隔设定距离。

3.根据权利要求2所述的具有多级受力防线的锚杆，其特征在于：所述小套筒限位端板(4)外侧边沿距离所述小套筒(2)外表面30mm，所述大套筒限位端板(3)内侧边沿距离所述大套筒(1)内表面30mm，所述大套筒限位端板(3)内侧边沿距离所述小套筒(2)外表面3～8mm，所述小套筒限位端板(4)外表面距离所述大套筒(1)内表面3～8mm。

4.根据权利要求1所述的具有多级受力防线的锚杆，其特征在于：所述小套筒(2)的内径大于所述核心钢筋(5)的直径5～8mm，所述小套筒(2)与所述核心钢筋(5)间通过一环形钢块锚体(12)连接固定。

5.根据权利要求1所述的具有多级受力防线的锚杆，其特征在于：所述小套筒(2)与所述核心钢筋(5)之间填充半固体的润滑脂。

6.根据权利要求2所述的具有多级受力防线的锚杆，其特征在于：所述小套筒限位端板(4)与所述大套筒限位端板(3)之间填充半固体的润滑脂。

7.根据权利要求1所述的具有多级受力防线的锚杆，其特征在于：所述大套筒封头钢板(7)中心开设供所述核心钢筋(5)穿过的通孔，通孔孔径大于所述核心钢筋(5)直径2mm，所述内套管(11)内径大于所述核心钢筋(5)直径2～5mm。

8.根据权利要求1所述的具有多级受力防线的锚杆，其特征在于：所述核心钢筋(5)为HRB400或HRB500热轧带肋钢筋，所述大套筒(1)、所述小套筒(2)、所述大套筒限位端板(3)和所述小套筒限位端板(4)均采用Q355B或Q390B低合金高强度钢。