预应力锚杆的制作方法

本发明涉及建筑支护结构领域，具体而言，涉及预应力锚杆。

背景技术：

锚杆支护是目前岩土等被支护体支护主要手段之一，具有施工方便、效果好、省时省力等特点，在地下工程支护、边坡工程、基坑工程中都被广泛采用。

现有技术中的支护结构多只能简单拖住被支护体，但是无法很好地吸收可能引起被支护体破坏的荷载和能量，对被支护体的保护不充分。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种预应力锚杆，以解决现有技术中的支护结构多只能简单拖住被支护体，但是无法很好地吸收可能引起被支护体破坏的荷载和能量，对被支护体的保护不充分的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例提供一种预应力锚杆，其包括锚杆杆体、承载托盘、阻尼垫；锚杆杆体一端设置为用于锚固连接被支护体的锚固段，另一端被构造成能够通过承载托盘将阻尼垫压紧于被支护体；阻尼垫包括壳体，壳体由柔性材料构成，壳体围成内腔室和外腔室；外腔室为围于内腔室外周的环形腔室；外腔室和内腔室之间通过环形壁分隔；内腔室填充满颗粒材料；外腔室及内腔室中颗粒材料的间隙内充满黏性流体；环形壁上开设有连通内腔室和外腔室的导流孔，导流孔允许黏性流体双向通过、但是阻隔颗粒材料；内腔室内还设置有弹性回弹件，弹性回弹件沿锚杆杆体轴向回弹于壳体的轴向两端壁之间。

本发明中的预应力锚杆使用时，将其锚杆杆体的锚固段锚固于被支护体(例如路堑边坡)，另一端露出被支护体，并通过承载托盘将阻尼垫压紧于被支护体。

在静态工作状态下，设置于壳体中的弹性回弹件及充满的颗粒材料形成的固态骨架共同提供阻尼垫的回弹力；

当被支护体在振动荷载作用下时，处于临空面的部分相对深部的部分产生一定的振动变形，反映到锚杆杆体上是承载托盘处与锚固处之间会有相对位移振动。因此，振动荷载作用下被支护体上的锚杆的锚固力是动态变化的，因此承载托盘作用在阻尼垫上的作用力是动态变化的。当压力增大时，阻尼垫承受了更大的压应力，产生轴向的压缩变形，此时内腔室内的颗粒材料进一步压缩，其中的黏性流体通过导流孔挤压到外腔室中；当压力减小时，阻尼垫上的压应力减小，在弹性回弹件的推动下阻尼垫产生轴向的膨胀变形，这时黏性流体通过导流孔回流到阻尼垫的内腔室中。在阻尼垫轴向的反复压缩、膨胀变形过程中，黏性流体与固体颗粒之间产生复杂多变的相互作用，包括：黏性流体与固体颗粒之间的剪切黏性摩阻、流体流速对颗粒的冲击力、流体对颗粒的浮力；这些复杂作用力使得阻尼垫中的过饱和颗粒材料的轴向应力-应变曲线出现明显的粘滞性，这种粘滞力将消耗应力波带来的机械能，转化为内能。从而使得被支护体内部的微裂隙的发展、结构面力学性质劣化得以缓解。而当被支护体上的振动荷载停止作用时，在阻尼垫初始压紧带来的锚杆自身预应力的拉动下，承载托盘逐渐挤压阻尼垫，使得过饱和的颗粒材料中的黏性流体通过导流孔流回到阻尼垫的外腔室中，固结后的颗粒材料恢复静止状态下的承载力。

由此，本实施例中的预应力锚杆具有以下有益效果：

(1)结构简单，成本低廉(甚至可以直接使用沙子与水作为材料)，安装方便；相对传统预应力锚杆，只需要在锚杆杆体外露头上增设：承载托盘、阻尼垫结构即可；

(2)无动荷载时，锚固力由阻尼垫上的弹性回弹件与颗粒材料的固结后承载力共同承担，其中颗粒材料固结形成的骨架承载大部分载荷，自稳性好；

(3)动荷载作用时，锚固力动态变化，阻尼垫中弹性回弹件发挥弹性变形作用，而饱和的颗粒材料由于机械外力触变作用，固-液的复杂作用形成非线性阻尼力，此时的阻尼垫力学特性类似于kelvin模型，且阻尼力可以通过颗粒材料物理力学性质、颗粒形态与级配、黏性流体材料性质进行调控，与被支护体的波动力学特征相匹配，能够良好的吸收动荷载能量。

在本实施例的一种实施方式中：

壳体的外壁为中间轴向贯通的扁圆柱形，壳体的外壁限定密封的内部空间，并由环形壁分隔成内腔室和外腔室。

在本实施例的一种实施方式中：

内腔室被多个沿径向的内隔壁分隔成多个子腔室；

各个子腔室分别通过开设于环形壁上的对应的导流孔连通外腔室。

在本实施例的一种实施方式中：

壳体包括：

两个沿轴向间隔的环形端壁；

连接于两个环形端壁的外边沿之间的外周壁；

连接于两个环形端壁的内边沿之间的内周壁；内周壁限定壳体的轴向通孔；

环形壁，环形壁位于外周壁和内周壁之间，且其轴向两端分别连接对应的环形端壁，以分隔形成环形的内腔室和环形的外腔室；

多个沿壳体的周向分布的内隔壁，内隔壁的径向两边连接于内周壁和环形壁之间；内隔壁的轴向两边对应连接于两个环形端壁，以将内腔室分隔成多个扇形的子腔室；

其中，各个子腔室分别通过开设于环形壁的导流孔连通外腔室。

在本实施例的一种实施方式中：

各个子腔室中分别设置弹性回弹件；弹性回弹件弹性回弹于两个环形端壁之间。

在本实施例的一种实施方式中：

环形端壁的内侧面分别设置用于对应配合弹性回弹件两端的配合结构。

在本实施例的一种实施方式中：

环形端壁对应内腔室的部分、内周壁、环形壁的壁厚较大；

环形端壁对应外腔室的部分、外周壁的壁厚较小。

在本实施例的一种实施方式中：

承载托盘和阻尼垫上均设通孔；锚杆杆体从通孔处依次穿过阻尼垫和承载托盘；锚杆杆体的外端螺纹连接锚杆螺母，锚杆螺母被构造成能够相对锚杆杆体螺旋转动以通过承载托盘沿锚杆杆体的轴向压紧或放松阻尼垫。

在本实施例的一种实施方式中：

预应力锚杆还包括开设有通孔的锚杆托盘；

锚杆杆体的外端依次穿过锚杆托盘、阻尼垫和承载托盘。

在本实施例的一种实施方式中：

阻尼垫位于锚杆托盘和承载托盘之间；

锚杆托盘靠近阻尼垫的表面开设有凹槽，阻尼垫沿其轴向嵌设于凹槽中；

锚杆杆体的外端依次穿过锚杆托盘、阻尼垫、承载托盘，并螺纹连接锚杆螺母；

锚杆螺母通过承载托盘轴向可调节地压紧阻尼垫。

综合以上描述，本发明实施例中的预应力锚杆具有结构简单，成本低廉、自稳性好及能够很好地吸收动荷载能量的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的某些实施例，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是本发明实施例中的预应力锚杆的结构示意图；

图2是图1的使用状态的示意图；

图3为本实施例中的预应力锚杆用于防岩质边坡崩塌灾害的支护时的示意图；

图4为本实施例中的阻尼垫的结构示意图；

图5为图4的纵剖视图；

图6为图4的剖切结构示意图。

图标：100-预应力锚杆；1-锚杆螺母；2-承载托盘；3-阻尼垫；4-锚杆托盘；5-锚杆杆体；6-锚固段；36-配合结构；31-壳体；32-颗粒材料；33-黏性流体；34-弹性回弹件；35-导流孔；q1-内腔室；q3-子腔室；q2-外腔室；w1-环形壁；w2-环形端壁；w3-外周壁；w4-内周壁；w5-内隔壁；9-加强筋结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例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例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例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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，若出现术语“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，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，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本发明的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

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，若出现术语“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。

实施例

图1是本发明实施例中的预应力锚杆100的结构示意图；图2是图1的使用状态的示意图。

请参照图1、图2，本实施例中的预应力锚杆100包括锚杆杆体5、锚杆托盘4、承载托盘2、阻尼垫3、锚杆螺母1。

锚杆杆体5一端设置为用于锚固连接被支护体的锚固段6，另一端为在使用时外露于被支护体之外的外端，并依次穿过锚杆托盘4、阻尼垫3、承载托盘2，并在最外端螺纹连接锚杆螺母1，以使锚杆杆体5的外端通过承载托盘2将阻尼垫3及锚杆托盘4压紧于被支护体。

在本实施例的一种实施方式中，锚杆托盘4、承载托盘2和阻尼垫3上均设通孔；锚杆杆体5从通孔处依次穿过阻尼垫3和承载托盘2；锚杆杆体5的外端螺纹连接锚杆螺母1，锚杆螺母1被构造成能够相对锚杆杆体5螺旋转动以通过承载托盘2沿锚杆杆体5的轴向压紧或放松阻尼垫3。其中，阻尼垫3位于锚杆托盘4和承载托盘2之间，锚杆托盘4靠近阻尼垫3的表面开设有凹槽，阻尼垫3沿其轴向嵌设于凹槽中。本实施例中锚杆托盘4的面积较大，以实现对被支护体较大面积的保护；承载托盘2的可设置成和阻尼垫3具有相同的截面。为提高锚杆托盘4、承载托盘2的刚度，本实施例中的锚杆托盘4、承载托盘2的非工作表面设置加强筋结构9。

本实施例中的锚杆杆体5的锚固方式可以为：首先根据工程设计参数，对被支护岩体进行的钻孔，然后将锚杆锚固剂送入孔内，然后将锚杆杆体5的锚固段6插入孔内并搅拌，使得锚杆杆体5与被支护体充分粘结。然后依次从锚杆杆体5的外端安装锚杆托盘4、阻尼垫3、承载托盘2、锚杆螺母1，然后充分紧固锚杆螺母1，直至锚固力达到所需预应力，完成安装，另一端被构造成能够通过承载托盘2将阻尼垫3压紧于被支护体。

在本实施例中的预应力锚杆100用于防岩质边坡崩塌灾害的支护时，参见图3，将锚杆杆体5的锚固段6插入至深处较稳定的岩体中，并通过锚杆杆体5外端连接的承载托盘2、阻尼垫3、锚杆托盘4和锚杆螺母1向内压紧稳固外侧不稳定的岩体，实现对岩体的支护。图中还示出了一个设置在岩体未开裂处的本实施例中的预应力锚杆100，同样起到支护作用。

图4为本实施例中的阻尼垫3的结构示意图，图5为图4的纵剖视图，图6为图4的剖切结构示意图，三图共同展示本实施例中的阻尼垫3的结构。

参见图4，整体上看，本实施例中的壳体31的外壁为中间轴向贯通的扁圆柱形。中间贯通处用于穿过锚杆杆体5。

配合参见图5、图6，本实施例中的阻尼垫3包括壳体31，壳体31由柔性材料构成，例如橡胶。优选硬度、强度较高，耐久性好的橡胶制成。壳体31围成内腔室q1和外腔室q2；外腔室q2为围于内腔室q1外周的环形腔室；外腔室q2和内腔室q1之间通过环形壁w1分隔；内腔室q1填充满颗粒材料32；外腔室q2及内腔室q1中颗粒材料32的间隙内充满黏性流体33；环形壁w1上开设有连通内腔室q1和外腔室q2的导流孔35，导流孔35允许黏性流体33双向通过、但是阻隔颗粒材料32；内腔室q1内还设置有弹性回弹件34，弹性回弹件34沿锚杆杆体5轴向回弹于壳体31的轴向两端壁之间。

前述的颗粒材料32，优选为具有一定颗粒级配的刚度、强度较大的固态颗粒物质，一般可以为石英砂、陶瓷颗粒等。在静态压力压缩下，具有较强承载能力。黏性流体33，优选为低可压缩性，具有粘滞性液体，一般可以选择与颗粒材料32具有较好的亲和性的液体物质。黏性流体33材料完全充满阻尼垫3的外腔室q2和内腔室q1的颗粒材料32之间的空隙，保证内部无气体及颗粒材料32为完全饱和状态。前述弹性回弹件34可以是螺旋压缩弹簧。弹性回弹件34可提供部分承载力，并起到恢复阻尼垫3的压缩变形，从而使得阻尼垫3能够在动荷载作用下发挥往复压缩变形的作用。

可选的，内腔室q1被多个沿径向的内隔壁w5分隔成多个子腔室q3；各个子腔室q3分别通过开设于环形壁w1上的对应的导流孔35连通外腔室q2。

为围成上述内腔室q1、外腔室q2，及对内腔室q1分隔成子腔室q3，本实施例中的壳体31可设置成多种形式。例如：

图4-图6示出的一种情形：壳体31包括：两个沿轴向间隔的环形端壁w2、连接于两个环形端壁w2的外边沿之间的外周壁w3、连接于两个环形端壁w2的内边沿之间的内周壁w4；内周壁w4限定壳体31的轴向通孔、环形壁w1及多个沿壳体31的周向分布的内隔壁w5。环形壁w1位于外周壁w3和内周壁w4之间，且其轴向两端分别连接对应的环形端壁w2，以分隔形成环形的内腔室q1和环形的外腔室q2；内隔壁w5的径向两边连接于内周壁w4和环形壁w1之间；内隔壁w5的轴向两边对应连接于两个环形端壁w2，以将内腔室q1分隔成多个扇形的子腔室q3；其中，各个子腔室q3分别通过开设于环形壁w1的导流孔35连通外腔室q2。本实施例中，各个子腔室q3中分别设置弹性回弹件34；弹性回弹件34弹性回弹于两个环形端壁w2之间。为方便弹性回弹件34位置的安装定位，两个环形端壁w2的内侧面分别设置用于对应配合弹性回弹件34两端的配合结构36，例如开设于对应环形端壁w2的内侧面上的凹槽或凸起。在本实施例的一种实施方式中，环形端壁w2对应内腔室q1的部分、内周壁w4、环形壁w1的壁厚较大；环形端壁w2对应外腔室q2的部分、外周壁w3的壁厚较小。该处的较大和较小为彼此相对的描述，及其中环形端壁w2对应内腔室q1的部分、内周壁w4、环形壁w1的壁厚大于环形端壁w2对应外腔室q2的部分、外周壁w3的壁厚。在一种实施情况下：以下壁结构的壁厚从大到小的顺序为：环形端壁、内周壁、环形壁、外周壁。这样，由于外周壁的厚度最小，在阻尼垫3被挤压时，阻尼垫3整体沿轴向变扁，外周壁更容易地向外变形凸出。

参见前述附图，本发明中的预应力锚杆100使用时，将其锚杆杆体5的锚固段6锚固于被支护体(例如坡体)，另一端露出被支护体，并通过承载托盘2将阻尼垫3压紧于被支护体。

在静态工作状态下，设置于壳体31中的弹性回弹件34及充满的颗粒材料32共同提供阻尼垫3的回弹力；

当被支护体在振动荷载作用下时，处于临空面的部分相对深部的部分产生一定的振动变形，反映到锚杆杆体5上是承载托盘2处与锚固处之间会有相对位移振动。因此，振动荷载作用下被支护体上的锚杆的锚固力是动态变化的，因此承载托盘2作用在阻尼垫3上的作用力是动态变化的。当压力增大时，阻尼垫3承受了更大的压应力，产生轴向的压缩变形，此时内腔室q1内的颗粒材料32进一步压缩，其中的黏性流体33通过导流孔35挤压到外腔室q2中；当压力减小时，阻尼垫3上的压应力减小，在弹性回弹件34的推动下阻尼垫3产生轴向的膨胀变形，这时黏性流体33通过导流孔35回流到阻尼垫3的内腔室q1中。在阻尼垫3轴向的反复压缩、膨胀变形过程中，黏性流体33与固体颗粒之间产生复杂多变的相互作用，包括：黏性流体33与固体颗粒之间的剪切黏性摩阻、流体流速对颗粒的冲击力、流体对颗粒的浮力；这些复杂作用力使得阻尼垫3中的过饱和颗粒材料32的轴向应力应变曲线出现明显的粘滞性，这种粘滞力将消耗应力波带来的机械能，转化为内能。从而使得被支护体内部的微裂隙的发展、结构面力学性质劣化得以缓解。而当被支护体上的振动荷载停止作用时，在阻尼垫3初始压紧带来的锚杆自身预应力的拉动下，承载托盘2逐渐挤压阻尼垫3，使得过饱和的颗粒材料32中的黏性流体33通过导流孔35流回到阻尼垫3的外圈空间中，固结后的颗粒材料32恢复静止状态下的承载力。

由此，本实施例中的预应力锚杆100具有以下有益效果：

(1)结构简单，成本低廉(甚至可以直接使用沙子与水作为材料)，相对传统预应力锚杆，只需要在锚杆杆体5外露头上设置安装承载托盘2、阻尼垫3、等结构即可。

(2)无动荷载时，锚固力由阻尼垫3上的弹性回弹件34与颗粒材料32的固结后承载力共同承担，自稳性好。

(3)动荷载作用时，锚固力动态变化，阻尼垫3中弹性回弹件34发挥弹性变形作用，而饱和的颗粒材料32中由于机械外力触变作用，固-液的复杂作用形成非线性阻尼力，此时的阻尼垫3力学特性类似于kelvin模型，且阻尼力可以通过颗粒材料32性质、颗粒形态与级配、黏性流体33材料性质进行调控，与被支护体的波动力学特征相匹配，能够良好的吸收动荷载能量。

综合以上描述，本发明实施例中的预应力锚杆100具有结构简单，成本低廉、自稳性好及能够很好地吸收动荷载能量的有益效果。

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。