專利名稱：一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿的制作方法
技術領域：
本發明于巖土工程錨固領域，涉及一種大變形巖土體的支護結構，尤其涉及一種錨桿。
背景技術：
在軟弱圍巖中進行巷道施工，面對的往往是圍巖向巷道收斂的大變形，這種情況 下，如果初期即采用剛性很大的支護，在圍巖壓力作用下支護結構會很快損壞，既浪費了人 力物力，又無支護效果。劉泉聲等人在文《煤礦深部巷道破裂圍巖非線性大變形及支護對策 研究》(巖土力學2010年第10期)中指出深部巖體的組織結構、基本行為特征和工程響 應與淺部巖體相比均發生了根本性變化，具體體現為在淺部表現為堅硬穩定的圍巖，在深 部一般都表現出顯著的軟巖特征，采用的各種支護結構與支護方式也要適應這種軟弱圍巖 的大變形。陸春昌等人在文《水力膨脹式管子錨桿在軟弱、大變形圍巖巷道開拓中的技術研 究及應用》(礦業安全與環保2009年第6期)中，提出一種水力膨脹式管子錨桿，用以對大 變形巷道圍巖進行支護，支護效果明顯。李鈾等人在文《一種適用于大變形支護的新型可伸 長錨桿》(中南公路工程2007年第2期)中，提出用一種帶開縫筒大變形錨桿對大變形軟巖 進行支護，改善了支護效果。上述文獻表明，對大變形軟弱圍巖的支護，宜采用柔性支護，先 在可控條件下允許圍巖變形，使圍巖釋放部分變形能，同時發揮圍巖的自支撐能力。為解決大變形軟巖的支護問題，就要求作為初期支護的錨桿可產生較大的伸長變 形以適應圍巖的大變形，于是出現了一些大變形錨桿。如在專利號為201010196197. 2的申 請中公開了一種恒阻大變形錨桿，但其恒阻裝置與桿體的完全螺紋連接方式不利于有效實 現恒阻與大變形的雙重目的；在專利號為88204483. 4的申請中公開了一種蛇形可伸長錨 桿，但其蛇形段在變形過程中軸向拉力按比例增加，限制圍巖的進一步變形。總之，現有的 傳統錨桿延伸率低，不能滿足大變形圍巖的要求；現有的大變形錨桿恒阻效果不甚理想，不 利于在實際工程中的推廣應用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，克服現有傳統錨桿存在 的延伸率低、支護效果差的問題，同時克服現有大變形錨桿恒阻效果不甚理想的問題。為實現上述目的，本發明的技術方案如下
一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，包括外螺母(2)、墊板(3)、錐齒摩擦體(5)、摩擦 套筒(6)、桿體(8)，其特征在于所述摩擦套筒(6)的內壁上沿縱向設有多個套筒摩擦槽 (62)，桿體(8)上設有錐齒摩擦體(5)。上述技術方案可以進一步的改進為所述外螺母(2)和墊板(3)依次套裝在摩擦 套筒(6)的尾部。
上述技術方案可以進一步的改進為所述外螺母(2)和墊板(3)依次套裝在桿體 (8)的尾部。上述技術方案可以進一步的改進為所述錐齒摩擦體(5)橫斷面呈蝴蝶形，長度 大于套筒摩擦槽(62)沿所述摩擦套筒(6)布置的縱向間距，所述錐齒摩擦體(5)表面設錐 齒(51)，所述錐齒(51)斷面呈梯形或其它形狀，沿錐齒摩擦體(5)周長均勻布置，其數量與 單個斷面的套筒摩擦槽(62)相等；
所述套筒摩擦槽(62)按斷面均勻布置，每斷面設2、個，套筒摩擦槽(62)橫斷面的最 小垂直凈距小于錐齒(51)齒尖的寬度。上述技術方案可以進一步的改進為所述套筒摩擦槽(62)沿所述摩擦套筒(6)沿 水平剖面呈雙三角形、雙矩形或雙梯形。上述技術方案可以進一步的改進為所述摩擦套筒(6)的一端設置尾部密封塞 (1)，另一端設置頭部密封塞(7 )。上述技術方案可以進一步的改進為墊板(3)呈碟形或平面形狀。上述技術方案可以進一步的改進為還包括一阻擋塊(63)，所述阻擋塊(63)為環 形，布置在所述摩擦套筒(6)的內表面，所述阻擋塊(63)的內徑略大于桿體(8)的直徑。上述技術方案可以進一步的改進為所述錐齒摩擦體(5 )設置在桿體(8 )的尾部， 通過所述內螺母(4 )與所述桿體(8 )尾部進行螺紋連接，或直接加工在所述桿體(8 )尾部。上述技術方案可以進一步的改進為所述錐齒摩擦體(5 )設置在桿體(8 )的頭部， 通過所述內螺母(4)與所述桿體(8)頭部進行螺紋連接，或直接加工在所述桿體(8)頭部。本發明的有益效果在于能夠自動適應圍巖的大變形而自動延伸，同時在變形過 程中可吸收圍巖的變形能，從而保證其支護效果。
圖1為本發明的結構示意圖一。圖2為本發明的結構示意圖二。圖3為a-a剖面圖。圖4為b_b剖面圖。圖5為c-c剖面圖。圖6為d-d剖面圖。圖7為錐齒摩擦體的橫剖面圖與軸測圖。圖8為本發明優選實施例的結構示意圖。圖9為本發明優選實施例的結構示意圖。1-尾部密封塞 2-外螺母3-墊板4-內螺母 5-錐齒摩擦體 6-摩擦套筒 7-頭部密封塞 8-桿體
9-阻擋塊預留孔 31-墊板預留孔51-錐齒61-摩擦套筒尾部螺紋
62-套筒摩擦槽 63-阻擋塊 81-桿體尾部螺紋
具體實施例方式
4
下面結合附圖對本發明做進一步說明。如圖1所示，本發明包括外螺母2、內螺母4、墊板3、錐齒摩擦體5、摩擦套筒6、桿 體8等。墊板3和外螺母2依次連接在摩擦套筒6的尾部，其中墊板3的中間部分設一預 留孔31，以供摩擦套筒6穿過，外螺母2通過螺紋61連接于摩擦套筒6，摩擦套筒6的長度 范圍為10cnTl50Cm，可根據圍巖的允許位移大小確定。為了實現本發明的大變形性能，摩擦套筒6的內表面設有套筒摩擦槽62，套筒摩 擦槽62沿水平剖面呈雙三角形、雙矩形或雙梯形(圖3中為雙梯形)，按斷面均勻布置，每 斷面設2、個(圖4、圖5中為4個)，沿摩擦套筒6的軸向間距為5 30cm，套筒摩擦槽62 橫斷面的最小垂直凈距小于錐齒51齒尖的寬度，以保證兩者在發生相對位移時能相互作用。桿體8上設有錐齒摩擦體5，優選設置在桿體8的尾部，亦可設置在桿體8的其它 位置，錐齒摩擦體5長度大于套筒摩擦槽62沿摩擦套筒6布置的縱向間距，從而實現套筒 摩擦槽62對錐齒摩擦體5阻擋力的連續性。錐齒摩擦體5可通過內螺母4套裝在桿體8 尾部，此時桿體8尾部外表面設有與內螺母4匹配的螺紋81 ；錐齒摩擦體5也可直接加工 在桿體8的尾部而省去內螺母4和螺紋81。錐齒摩擦體5的表面設錐齒51，錐齒51橫斷 面呈梯形或其它形狀(圖7中為梯形)，沿錐齒摩擦體5周邊均勻布置，其數量與單個斷面 的套筒摩擦槽62相等(圖4、圖5、圖7中為4個)，錐齒51與錐齒摩擦體5等長。錐齒51齒尖的寬度大于套筒摩擦槽62橫斷面的最小垂直凈距，根據本發明的受 力情況，可通過調整套筒摩擦槽62的寬度來改變其垂直凈距。當要求錨桿承載力較大時， 減小套筒摩擦槽62的垂直凈距；當要求錨桿承載力較小時，增大套筒摩擦槽62的垂直凈 距；通過套筒摩擦槽62垂直凈距的調整來適應不同的圍巖壓力。當本發明受到的軸向拉力小于套筒摩擦槽62對錐齒摩擦體5的阻擋力時，摩擦套 筒6和錐齒摩擦體5、桿體8處于相對靜止狀態；當本發明受到的軸向拉力大于套筒摩擦槽 62對錐齒摩擦體5的阻擋力時，摩擦套筒6和錐齒摩擦體5、桿體8之間將發生相對位移。 隨著位移的增大，套筒摩擦槽62首先發生側向彈性變形，進而產生一定程度的塑性破壞。 同時圍巖的變形逐漸增大，圍巖壓力通常會逐漸減小，當軸向拉力減小至套筒摩擦槽62與 錐齒摩擦體5之間的摩擦力時，摩擦套筒6和錐齒摩擦體5之間將不再發生相對位移而處 于靜止狀態。當錐齒摩擦體5即將滑離一套筒摩擦槽62斷面時，將會與下一組套筒摩擦槽 62相接觸，從而實現阻擋力的連續性。錐齒摩擦體5可以設置在桿體8的尾部，也可以設置 在桿體8的其他位置。為了限制圍巖的最大變形，使其不超過摩擦套筒6的長度，在摩擦套筒6頭部的內 表面設阻擋塊63，阻擋塊63的中心設預留孔9，中心設預留孔9的直徑略大于桿體8的直 徑，從而保證錐齒摩擦體5不脫離摩擦套筒6。當錐齒摩擦體5與阻擋塊63接觸時，本發明 將不再伸長，拉拔力上升直至桿體8的強度極限。為防止巖土體及水分進入摩擦套筒6內部而導致內部結構發生銹蝕、破壞，在摩 擦套筒6的兩端分別設尾部密封塞1和頭部密封塞7，從而保證摩擦套筒6內部處于密閉狀 態。摩擦套筒6可以布置在桿體8尾部，也可以布置在桿體8的其它位置，例如可布置 在桿體8的頭部即錨固端，在此情況下，摩擦套筒6被固定在穩定圍巖中，錐齒摩擦體5連接在桿體8的頭部，墊板3連接在桿體8的尾部，隨著桿體8軸向拉力的增大，桿體8向臨 空面發生位移。同時，套筒摩擦槽62與錐齒摩擦體5相互作用，既實現了大變形，也保證了 支護效果。圖2所示為本發明的結構示意圖二，與結構示意圖一僅有少許區別。錐齒摩擦體 5直接加工在桿體8的尾部，相當于固接，此時不需內螺母4和螺紋81。圖3所示為a-a剖面圖。每個套筒摩擦槽62由兩個摩擦齒組成，套筒摩擦槽62 沿水平剖面呈雙梯形，也可呈雙三角形或雙矩形，沿摩擦套筒6的軸向間距為5 30cm，錐齒 摩擦體5的長度大于套筒摩擦槽62沿摩擦套筒6的軸向間距。圖4所示為b-b剖面圖。隨著錐齒摩擦體5與套筒摩擦槽62相對位移的增大，錐 齒51與套筒摩擦槽62發生了相互作用，套筒摩擦槽62對錐齒摩擦體5產生了阻擋力。圖5所示為c-c剖面圖。當錐齒摩擦體5向套筒摩擦槽62移動時，錐齒51起初 不與套筒摩擦槽62接觸，易于錐齒51滑入套筒摩擦槽62內。圖6所示為d-d剖面圖。阻擋塊63固定在摩擦套筒6的內側，橫斷面呈圓環形， 阻擋塊63中心設預留孔9，中心設預留孔9的直徑略大于桿體8的直徑。圖7所示為錐齒摩擦體5的橫剖面圖與軸測圖。錐齒摩擦體5橫斷面呈蝴蝶形， 錐齒51橫斷面呈梯形，也可呈其它形狀。錐齒51數量為2、個，圖7中為4個，錐齒51與 錐齒摩擦體5等長。圖8、圖9所示為本發明的另外兩種優選實施例的結構示意圖。即外螺母2和墊 板3依次套裝在桿體8的尾部，錐齒摩擦體5直接加工在桿體8的頭部，相當于固接；以及 錐齒摩擦體5可通過內螺母4套裝在桿體8頭部，此時桿體8頭部外表面設有與內螺母4 匹配的螺紋81。本發明在與圍巖相互作用時，既控制圍巖變形，又允許圍巖變形，隨著圍巖的變 形，本發明自動拉伸且對圍巖提供持續的支護力，從而實現巖土體的穩定，消除了冒頂、塌 方、巖爆等安全隱患。本發明通過摩擦套筒6與錐齒摩擦體5的相互作用，對大變形圍巖提供持久的支 護力，可適用于建筑、水利、礦業、公路、鐵路等部門。本發明結構簡單，制作方便，造價低廉。
權利要求
1. 一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，包括外螺母(2)、墊板(3)、錐齒摩擦體(5)、摩擦 套筒(6)、桿體(8)，其特征在于所述摩擦套筒(6)的內壁上沿縱向設有多個套筒摩擦槽 (62 )，桿體(8 )上設有錐齒摩擦體(5 )。
2.根據權利要求1所述的一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，其特征在于所述外螺母 (2)和墊板(3)依次套裝在摩擦套筒(6)的尾部。
3.根據權利要求1所述的一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，其特征在于所述外螺母 (2)和墊板(3)依次套裝在桿體(8)的尾部。
4.根據權利要求1所述的一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，其特征在于所述錐齒摩 擦體(5)橫斷面呈蝴蝶形，長度大于套筒摩擦槽(62)沿所述摩擦套筒(6)布置的縱向間距， 所述錐齒摩擦體(5)表面設錐齒(51 )，所述錐齒(51)斷面呈梯形或其它形狀，沿錐齒摩擦 體(5)周長均勻布置，其數量與單個斷面的套筒摩擦槽(62)相等；所述套筒摩擦槽(62)按斷面均勻布置，每斷面設2、個，套筒摩擦槽(62)橫斷面的最 小垂直凈距小于錐齒(51)齒尖的寬度。
5.根據權利要求4所述的一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，其特征在于所述套筒摩 擦槽(62)沿所述摩擦套筒(6)沿水平剖面呈雙三角形、雙矩形或雙梯形。
6.如權利要求1所述的一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，其特征在于所述摩擦套筒 (6 )的一端設置尾部密封塞(1)，另一端設置頭部密封塞(7 )。
7.如權利要求1所述的一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，其特征在于墊板(3)呈碟 形或平面形狀。
8.根據權利要求1所述的一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，其特征在于還包括一阻 擋塊(63)，所述阻擋塊(63)為環形，布置在所述摩擦套筒(6)的內表面，所述阻擋塊(63)的 內徑略大于桿體(8)的直徑。
9.根據權利要求2所述的一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，其特征在于所述錐齒摩 擦體(5)設置在桿體(8)的尾部，通過所述內螺母(4)與所述桿體(8)尾部進行螺紋連接， 或直接加工在所述桿體(8 )尾部。
10.根據權利要求3所述的一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，其特征在于所述錐齒 摩擦體(5)設置在桿體(8)的頭部，通過所述內螺母(4)與所述桿體(8)頭部進行螺紋連接， 或直接加工在所述桿體(8)頭部。
全文摘要
本發明于巖土工程錨固領域，涉及一種大變形巖土體的支護結構，尤其涉及一種錨桿。本發明一種錐阻式摩擦套筒大變形錨桿，包括外螺母(2)、墊板(3)、錐齒摩擦體(5)、摩擦套筒(6)、桿體(8)，其特征在于所述摩擦套筒(6)的內壁上沿縱向設有多個套筒摩擦槽(62)，桿體(8)上設有錐齒摩擦體(5)。本發明的有益效果在于能夠自動適應圍巖的大變形而自動延伸，同時在變形過程中可吸收圍巖的變形能，從而保證其支護效果。
文檔編號E21D21/00GK102086770SQ20111006130
公開日2011年6月8日 申請日期2011年3月15日 優先權日2011年3月15日
發明者吳順川, 白哲, 高永濤 申請人:北京科技大學