NO159678B - Fjellsikringsanker. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et strekkanker for fjellsikring, som definert i den innledende del av det etter-følgende, uavhengige krav 1.

Ved opprettelse av bergrom i fjell eller ved nedsprengning av bergvegger vil det som kjent frigjøres krefter som bevirker at stenmasser forflyttes mot det frie rom. For å unngå dette kan det i borehullene innmonteres fjellbolter som forankres i enden av borehullet og som fastspennes ved hjelp av ankerplate og trekkskrue ved borehullets inngangsende eller mot den fritt-liggende fjellflate. Et problem som derved må løses er forank-ringen i innerenden av borehullet. Det er i denne forbindelse fremsatt flere forslag. Ifølge DE-patentskrift 1.117.071 er det,

i anlegg mot strekkelementet eller forankringsbolten, anordnet en fast, sigdformet kile som, ved form- og friksjonsinngrep, fastlåses i aksial retning. Kilens ytterflate skråner i forhold til strekkelementaksen og samvirker også med den indre mantel-flate på en låskile med sigdformet tverrsnitt på slik måte, at når strekkelementet påvirkes av en strekkraft, vil den faste kile forskyves i forhold til den løse kile som derved tvinges mot fjellflaten. Ved hjelp av et elastisk organ er de to kiler forbundet med hverandre, for å kunne innskyves samtidig i borehullet. Det er uheldig at strekkelementet vil bøyes, da kilen derved bare virker mot én side, slik at strekkelementet, i tillegg til de funksjonsmessige strekkrefter, også påvirkes av bøyekrefter som kan medføre en nedsettelse av den opptakbare strekkbelastning.

I CH-søknad 564.654 er det foreslått å benytte et deformerbart forankringselement som i deformert tilstand fastholdes i borehullet. Forankringselementet har form av en huldel, og strekkelementet er fastgjort i en endeplate nedenfor huldelen. Gjennom det rørformete strekkelement innpresses en viskøs masse i huldelen som derved bringes i formnøyaktig anlegg ved borehullet. Ved et slikt strekkanker er strekkraften begrenset av friksjons-virkningen dels mellom huldelen og strekkelementet, og dels i borehullet.Huldelen består av et deformerbart hylster hvis fast-het også utgjør en kraftbegrensende faktor, og strekkelementet kan under ingen omstendigheter utsettes for påkjenninger i motsvarighet til dets egen belastningsgrense.

Det henvises til sist til et fjellsikringsanker som er beskrevet i DE-søknad 29 03 694. I dette tilfelle blir det på strekkelementet montert en ekspansjonshylse som forankres i borehullet og som ved å dreies ved hjelp av trekkmutteren, kan over-spenne en ekspansjonsbolt. Endene av strekkelementet er dessuten konisk utvidet, for opptakelse av en ekspansjonskile. Hvis eks-pans jonsbolten har stjerneformet tverrsnitt, og spissene som forårsaker den koniske utvidelse, griper inn i spalten i strekkelementet, kan materialet og særlig glassfibrene, dersom det anvendes et glassfiberarmert kunstharpiksrør, ikke unnvike, hvor-ved fastheten økes. Det har imidlertid vist seg at et slikt glass-fiber-kunstharpiksrør (GFK), i tilfelle av en radial trykkpåvirk-ning mellom en ekspansjonsbolt og en ekspansjonshylse, ikke fastlåses på tilfredsstillende måte, og følgelig vil kunne gli ut. Ekstra innstøping med epoksyharpiks gir heller ingen vesentlig forbedring.

En annen vanskelighet skyldes strekkelementets gjengedel for utøvelse av en strekkraft ved hjelp av en spennmutter.

Hensikten med oppfinnelsen er derfor å frembringe et strekkanker som gjør det mulig å utøve en høy strekkraft, uavhengig av det materiale som anvendes i strekkelementet, og som er enkelt å fremstille og bestående av få deler.

Ifølge oppfinnelsen er dette oppnådd ved en anordning hvis særtrekk fremgår av karakteristikken i det etterfølgende, uavhengige krav 1.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et sideriss av et forankringselement, innbe-fattende et snitt av ekspansjonshylsen og et planriss av ekspansjonsbolten, samt et snitt av ekspansjonsbolten og -hylsen. Fig. 2 viser et snitt, bare av ekspansjonsbolten, langs

linjen II-II i fig. 1.

Fig. 3 viser et snitt, bare av ekspansjonsbolten, langs linjen III-III i fig. 1.

Fig. 4 viser, sterkt forstørret, et snitt av detalj IV

1 fig. 1.

Fig. 5 viser et planriss av ekspansjonshylsen.

Fig. 6 viser et snitt langs linjen VI-VI i fig. 1 (5).

Fig. 7 viser et snitt langs linjen VII-VII i fig. 1 (5). Fig. 8 viser et snitt langs linjen VIII-VIII i fig. 1 (5). Fig. 9 viser et skjematisk snitt av strekkstangen og trekkmutteren, som illustrerer oppfinnelsens prinsipp. Fig. 10 viser et lengdesnitt av en ankerstang med gjengehylse, under anvendelse i overensstemmelse med det illustrerte prinsipp ifølge fig. 9. Fig. 11 viser et forstørret delsnitt av partiet XI i fig. 10.

Fig. 12 viser et forstørret delsnitt av partiet XII i fig. 10. Fig. 13 viser et snitt av en trekkmutter for anvendelse ved strekkankeret ifølge fig. 10. Fig. 14 viser et fremre enderiss av trekkmutteren ifølge fig. 13. Fig. 15 viser et snitt av strekkankerets frie ende med trekkmutter og ankerplate som er plassert mot fjellflaten.

Ifølge fig. 1 omfatter forankringselementet 1 en rekke ekspansjonsbolter 10 som er fastgjort på et strekkelement 3,

og et tilsvarende antall ekspansjonshylser 20. Ekspansjonsboltene består av låsekiler 15 som danner en vinkel med lengdeaksen for strekkelementet 3. I det viste eksempel er denne vinkel 9. Fig.

2 viser et snitt langs den sone hvori ekspansjonsbolten 10 har

sin største diameter og hvor konturlinjen som dannes av innbyrdes tilstøtende flatepartier av trekantkiler, er synlig. Fig. 3 viser et snitt langs den sone hvori ekspansjonsbolten 10 har sin minste diameter og hvor ekspansjonsboltene 10 omslutter strekkelementet 3 praktisk talt sirkulært.

For opprettelse av kraftopptakende forbindelse mellom eks-pans jonsboltene 10 og strekkelementet 3 er sistnevntes ytterflate, i hvert fall i tilgrensning til disse ekspansjonsbolter 10, utstyrt med sagtannformete, perifære ribber 11. Den steilt skrånende sideflate lia av disse ribber 11 er vendt mot enden 12 av strekkelementet 3, mens den slaktskrånende sideflate 13 befinner seg rett overfor den steiltskrånende. En strekkraft som virker mot strekkelementet 3 i retning av pilen a, blir følge-lig overført gjennom de slaktskrånende sideflater 13 til den angjeldende ekspansjonsbolt 10. Kraftoverføringen foregår således trinnvis og avtar trinnvis i strekkelementet, og ekspansjonsboltene 10 må til gjengjeld oppta en trinnvis økende kraft. Omkretsen av ekspansjonsboltene 10 øker imidlertid også i retning mot enden 12 av strekkelementet 3, og av den grunn kan disse krefter opptas uten at materialet blir overbelastet.

Strekkelementet 3 kan med fordel bestå av et glassfiberarmert kunstharpiksrør med en gjennomgående aksialkanal 14, og ekspansjonsboltene 10 kan være fremstilt av termoplastmateriale og anordnet direkte på strekkelementet.

I motsvarighet til de seks triangelformete låsekiler 15 omfatter hver av ekspansjonshylsene 20 seks lameller 21 som hver for seg omgriper en ekspansjonsbolt 10. Som det fremgår av snit-tet i fig. 1, er lamellene 21 kileformet med en likeledes trian-gelformet tverrsnittsflate 25 i anlegg mot hver sin låsekile 15 på en ekspansjonsbolt 10. Derved oppnås at det, ved innbyrdes aksial forskyvning av ekspansjonsbolt 10 og lamell 21, opprettholdes en flateberøring. Strekkraften kan følgelig fordeles over en flate, uten at flatetrykket på noe sted overstiger den til-latte størrelse.

Lamellene 21 er i sine omkretsflater forbundet med hverandre, eksempelvis ved hjelp av en krokformet fjær og not, hvor-ved det oppnås innbyrdes bevegelsesfrihet i sideretning. Hensikten med dette er at ekspansjonshylsene 20 skal kunne utvides ved å forskyves i aksial retning på ekspansjonsboltene 10.

Som det tydelig fremgår av tverrsnittet i fig. 8, omfatter lamellene 21 en T-utforming med et tverrsteg 22 som avsmalner med økende avstand fra bæreribben 23. Trykket mot fjellflaten vil derved først og fremst overføres sentrert gjennom lamellene 21 og avta mot utsiden, idet fjellet buler sterkest ut i midten, og kraften kan fordeles regelmessig over fjellflaten. Derved forhindres løsbryting av fjell ved siden av segmentene.

Fig. 7 viser et snitt langs en sone mellom to i aksial retning innbyrdes påfølgende lameller 21. Det fremgår derav at den langsgående forbindelse mellom innbyrdes påfølgende lameller 21 er anordnet med et barkliknende broparti 26.

Det fremgår av fig. 1, 5 og 6 at hvert av partiene 26 mellom to innbyrdes påfølgende ekspansjonshylser 20 er utformet med utadragende tunger 27. Hensikten med disse tunger 27 er å sikre at ekspansjonshylsene 20 alltid vil stå i berøring med fjellet.

Den foreslåtte anordning har vesentlige fortrinn. Ved at ekspansjonsbolten 10 er delt f.eks. i tre låsekiler 15, kan kraft-overføringen foregå regelmessig over en større lengde enn det som har vært mulig ved de hittil kjente innretninger med bare én enkelt kile. Grunnet de møneformet anordnete flater 15a og 15b som er fordelt langs omkretsen av låsekilene 15, vil lamellene 21 alltid bibeholde et konstant flateparti i anlegg mot låsekilene langs hele sin forskyvningsbane, slik at flatetrykket alltid er uforandret. Da oppdelingen av ekspansjonsboltene 10 medfører en økning av kraftoverføringslengden, vil større dia-meterforskjeller kunne beherskes, slik at et borehull kan variere f.eks. mellom 34-40 mm, istedenfor 34-36 mm som hittil.

Lamellenes ytterflater kan være riflet eller rugjort på annen måte, med henblikk på forbedret vedheftning til f jellet9. Forsøk har vist at et forankringselement 1 av den beskrevne type kan motstå krefter av størrelsesorden motsvarende strekkfastheten for strekkelementet 3. Ved anvendelse av et rør som strekkelement 3, kan det injiseres epoksyharpiks eller mørtel som, på grunn av lamellenes 21 form med den avsmalnende bæreribbe 23, kan sprees utenfor strekkelementet 3 uten bruk av ekstra injeksjons-rør.

Istedenfor de tidligere beskrevne låsekiler 15 kan det

være anordnet sylinderflater. Den mangekantede konturlinje ifølge fig. 2 vil i så fall anta et sykloideliknende utseende. Det fore-trekkes at sylinderflatene har samme diameter som strekkelementet 3.

Ifølge fig. 9 er de to elementer 91 og 92 plassert med

sine snittflater 93 og 94 ovenpå hverandre, og sammenpresses som vist ved en pil P, rettvinklet mot disse flater 93 og 94. Hvis det første element 91 påvirkes av en strekkraft Kl mot høyre, som vist, og/eller det andre element 92 påvirkes av en strekkraft K2 mot venstre, gir dette en liknende anordning som

ved overgangssonen for et strekkelement på hylsen .

Idéen som ligger til grunn for at sideflatene 96 er anordnet med varierende lengde ved konstant høyde av takkene 95, er at kraftoverføringen pr. tannlengdeenhet skal opprettholdes konstant. Av denne grunn er materialets tøyning med økende kraft fra venstre mot høyre innført og lengden av sideflatene 96, i sammenlikning med den antatte, opprinnelige og ubelastede lengde ifølge en jevnføringsskala V, forlenget trinnvis i overensstemmelse med strekkraften av en kraftenhet, f.eks. fra 1 T, helt til venstre, til10 kraftenheter, f.eks. 10 T, helt til høyre. Som følge av det konstante flatetrykk mot sideflatene 96 vil kraften Kl avta jevnt for hvert trinn, og det andre element 92, til høyre i figuren, som ikke påvirkes av noen kraft, trekkes mot venstre i figuren med en samlet kraft Kl til en fiktiv forankring, slik at, omvendt, kraften K2 i denne fiktive forankring, i realiteten er kraften Kl. Kraftfordelingen i det første element 91 er vist med brutte linjer.

Som det fremgår av det detaljerte utførelseseksempel ifølge fig. 10-15, er disse betraktninger også gjort gjeldende for strekkelementet 3. Enden av dette strekkelement, eksempelvis av fiberarmert plast, er utstyrt med en tilsvarende fortanning som det første element 91 i fig. 9. De lange sideflater 96 og de korte sideflater 97 forløper perifert. I en sprøytestøpeform blir det således forarbeidete strekkelement 3 forsynt med en gjengehylse 40. Denne gjengehylse vil selvsagt anta en overensstemmende form i den fortannete sone av strekkelementet 3, og viser en snittflate som ved det andre element 92 i fig. 9. Ytter-veggene av gjengehylsen 40 innbefatter gjenger 41.

I fig. 11 er det fortannete parti tydeligere vist i en forstørret gjengivelse av detaljen XI. Hellingsvinkelen for den lengste sideflate 45 (motsvarende sideflaten 96 i fig. 9) er en funksjon av avstanden X mellom stangenden 48 og den angjeldende sone som betraktes, dvs.:

Vinkelen 0< er bestemmende for den aksiale lengde t av en sideflate 45 mellom to tilgrensende, steilthellende sideflater 46.

Formen av yttergjengene 41 som er anordnet som sagtanngjenger, fremgår av den forstørrete gjengivelse av detalj XII ifølge fig. 10, som er vist i fig. 12. Den steilthellende tannflanke 4 3 har en hellingsvinkel £ med vertikalplanet av eksempelvis 5°, og den slakthellende tannflanke 44 en hellingsvinkel

7 av 40°ved en avstand av 3,5 mm mellom de steilthellende tann-flanker 43 og en tannhøyde av 1,84 mm. Ved den viste kombinasjon av fortanningen, mellom strekkelementet 3 og gjengehylsen 40

på den ene side, og en sagtanngjengeseksjon som på kjent måte

er dimensjonert for store krefter i samme retning, på den annen side, vil strekkraften fra strekkelementet 3 overføres trinnvis til en trekkmutter 60 som er anbrakt på gjengehylsen 40 og som derved belastes i hele sin lengde.

En trekkmutter 60 for anvendelse ved et strekkanker av ovennevnte type, er vist i fig. 13 og 14. Trekkmutteren 60 er utformet som en hylse 61 med innergjenger 62, et antall ribber 63 og 66 er jevnt fordelt langs periferien av hylsen 61. Fotenden 67 av hylsen 61 går over i en ringformet støtteflens 64 med en sfærisk underside 65. Det er også anordnet ribber 66 mellom støtteflensen 64 og hylsen 61. Ribbene 63 og 66 langs hylsen 61 har eksempelvis en deling av 15o, slik at det i alt vil fore-finnes 24 ribber, og ribbene 63 og 66 ved flensen 64 kan ha samme deling.

Innmonteringen av et strekkelement 3 av den beskrevne type i et borehull 80 i et fjellparti 81 er vist i fig. 15. En ankerplate 70 befinner seg, med sin midtåpning 74 i flukt med borehullet 80, i anlegg mot fjellpartiet 81. Ankerplaten 70 er ringformet. Bæreflaten 77 som understøtter undersiden 65 av trekkmutteren 60, er hvelvet konkavt og utformet sfærisk med samme radius som undersiden 65.

Det er anordnet innbyrdes konsentriske ribber 71 og 72

på yttersiden og innersiden av bæreflaten. Sonen mellom ribbene er, i hvert fall delvis, oppfylt av lameller 75. Lamellene kan bestå av små plater som er beliggende i akseparallelle plan. Disse akseparallelle plan kan også forløpe radialt eller skjære hverandre i vokskakemønster, og et system av sylindriske plater og radiale plan er likeledes tenkbart. Lamellene 75 danner en

stukningssone som kan sammentrykkes av fremspringende partier 82 på oversiden av fjellformasjonen 81. Ankerplaten 70 kan derved bringes i jevnt anlegg mot fjellflaten.

Flatepartiet som bestemmes av lamellenes frie flatesider, kan være hvelvet og forbinde ribbenes 71 og 72 randsoner med hverandre.

Formålet med hetten 68 på trekkmutteren 60 fremgår også tydelig av fig. 15. Hetten dekker midtåpningen 74 i ankerplaten.

Ved den foreslåtte anordning vil således kraftlinjene 91 forløpe i separate bunter, over de lange sideflater 45 i fortanningen, mot gjengehylsen 40, og overføres praktisk talt regelmessig, gjennom sagtanngjengete 41, til trekkmutteren 60, hvor de konsentreres på undersiden 65, for videre overføring til ankerplaten 70.

Forsøk har vist at et strekkelement 3 av denne spesielle type i form av et glassfiberarmert plastrør, hvor glassfibrene forløper parallelt i langsgående retning, vil kunne belastes til dets egen bruddgrense, uten at forankringselementet 1 løsner i borehullet, eller at den tilformete gjengehylse 40 løssprenges fra strekkelementet 3.

Claims (12)

1. Strekkanker for fjellsikring, som omfatter et strekkelement (3) som forankres i borehullet (80) ved hjelp av et forankringselement (1) i form av en deformerbar konstruksjonsdel som i deformert tilstand ligger an mot borehullets (80) innervegg og derved, ved friksjonskraft, bevirker at strekkelementet (3) som er kraftoverførende forbundet med forankringselementet (1), fastholdes i fjellformasjonen (81), hvor strekkankerets frie ankerende (42) innbefatter en gjengeseksjon (41) som omsluttes av en trekkmutter (60) med en underlagsplate (70) i anlegg mot fjellveggen, idet forankringselementet (1) består av en ekspansjonsbolt (10) som er forbundet med strekkelementet (3) og som omfatter flere, aksialt atskilte låsekiler (15) som hver for seg omgriper strekkelementet (3) og som er tilknyttet en ekspansjonshylse (20), hvor ekspansjonshylsene (20) er forbundet med hverandre,karakterisert vedat det ved den frie ankerende (42) er anordnet en gjengehylse (40) som omslutter strekkelementet (3), og hvor strekkelementets (3) yttervegg i tilgrensning til gjengehylsen (40) og gjengehylsens (40) innervegg innbefatter et antall forhøyninger (95,9 6,97) av innbyrdes overensstemmende form, som griper inn i hverandre og omslutter strekkelementet (3) og som, sett i et diametralt snittplan, er av en sagtannform hvor sideflatene (96) med den minste hellingsvinkel er rettet mot den virkende strekkraft mens takkene (95) befinner seg i samme høyde over lengdeaksen for strekkelementet (3), og at trekkmutteren (60) og ankerplaten (70) innbefatter hvert sitt hvelvete flateparti (65,77) av samme form i den sone hvori trekkmutteren (60) ligger an mot ankerplaten (70).

2. Strekkanker i samsvar med krav 1,karakterisert vedat låsekilene (10) og strekkelementet (3) er kraftopptakende forbundet med hverandre gjennom radiale ribber (11,11a) i innbyrdes inngrep.

3. Strekkanker i samsvar med krav 2,karakterisert vedat ribbene (11,11a) er av sagtannform, hvor sideflatene (13) med den minste hellingsvinkel er anordnet på kraftangrepssiden.

4. Strekkanker i samsvar med krav 3,karakterisert vedat hver låsekiles (15) ytterflate er av en pyramideform hvor i hvert fall to flatepartier (15a,15b) danner minst én kant, og at disse kanter på samtlige låsekiler (10) forløper i samme avstand på en kjegleflate, og at samtlige flatepartier (15a,15b) i forening omslutter strekkelementet uten av-brudd.

5. Strekkanker i samsvar med et av kravene 1-4,karakterisert vedat hver ekspansjonshylse (20) består av et antall lameller (21) som, i hvert fall i én sone i aksial retningen, er forbundet med hverandre, og utstyrt innvendig med et flateparti av samme pyramideform som ytterflaten (15) av låsekilene, samt utvendig med en rugjort ytterflate, at hver lamell (21) har en T-formet tverrsnittsflate hvor tverrsteget (22) øker i tykkelse fra ytterkanten mot bæreribben (23), og at lamellens (21) bæreribbe (23) er rombeformet.

6. Strekkanker i samsvar med krav 5,karakterisert vedat det, i et aksialt overgangsparti (26) mellom to innbyrdes påfølgende ekspansjonshylser (20), er anordnet perifert fordelte vingepartier (26) som på den ene side er utstyrt med to utadragende tunger (27).

7. Strekkanker i samsvar med et av kravene 1-6,karakterisert vedat trekkmutteren (60) er utformet som en sylindrisk hylse (61) med radialt utadragende ribber (63,66), at fotenden (67) av den sylindriske hylse (61) går over i en omgivende støtteflens (64) med konvekst hvelvet underside (65), og at gjengene (62) i trekkmutteren (60) og de motsvarende gjenger (41) i gjengehylsen (40) består av sagtanngjenger.

8. Strekkanker i samsvar med krav 7,karakterisert vedat støtteflensen'(64) er ringformet og dekket av en omsluttende hette (68) i avstand fra den sylindriske hylse (61) og støtteflensen (64).

9. Strekkanker i samsvar med et av kravene 1-8,karakterisert vedat ankerplaten (70) er av ringform hvor begge sidekanter går over i en perifertforløpende ribbe (71,72), og at sonen mellom de to ribber (71,72),.i hvert fall delvis, er oppfylt av lameller (75).

10. Strekkanker i samsvar med krav 9,karakterisert vedat lamellene (75) er anordnet som små, radialt forløpende plater.

11. Strekkanker i samsvar med krav 10,karakterisert vedat oppleggsflaten (77) for støtteflensens (64) underside (65) er hvelvet konkavt.

12. Strekkanker i samsvar med krav 11,karakterisert vedat hvelvingen i ytterflaten (77) og undersiden (65) er sfærisk.