[发明专利]一种扩径挤压摩擦锚杆锚索结构设计方法

权利要求书

1.一种扩径挤压摩擦锚杆锚索结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，给出锚杆锚索实际工程需要的设计恒阻力，选定杆体索体材料，按照公式(1)确定杆体索体尺寸：

其中，σ_gs为杆体索体屈服强度，索体屈服强度为其抗拉强度的88％～95％，S_g为杆体索体公称截面面积，F_c为锚杆锚索实际工程需要的设计恒阻力，n_g为杆体索体安全系数，根据式(1)求得杆体索体公称截面面积S_g，确定杆体索体公称直径R_g；

步骤2，选定套管管材，按照公式(2)确定套管内半径与外半径的设计范围，得到套管内半径r_i及套管外半径r_o的范围：

其中，R_g为杆体索体公称直径，r_i为套管内半径，r_o为套管外半径，σ_ts为套管屈服强度，n_t为套管安全系数，σ_tb为套管抗拉强度，σ_gb为杆体索体抗拉强度；

步骤3，选定胀管器材料，按照公式(3)确定胀管器胀头大端外半径及胀头母线与轴线夹角的设计范围：

其中，r_z为胀管器胀头大端外半径，δ为套管断后延伸率，α为胀管器胀头母线与轴线夹角；

步骤4，从套管内半径r_i及套管外半径r_o的范围，胀管器胀头大端外半径r_z及胀头母线与轴线夹角α设计范围中，选取参数组合代入公式(6)、公式(7)与公式(8)，通过公式(4)计算得到理论恒阻力值，当计算得到的理论恒阻力值不满足公式(5)时，则删除掉该组参数组合，得到缩小范围后的参数组合：套管内半径r_i’及套管外半径r_o’的范围，胀管器胀头大端外半径r_z’及胀头母线与轴线夹角α’范围：

F_t＝F₁+F₂ (4)

其中，F_t为扩径挤压摩擦锚杆锚索结构的理论恒阻力，F₁为套管轴力，F₂为套管剪切变形引起的附加轴力，Δ为理论恒阻力与设计恒阻力的允许误差；

其中，式(4)中套管轴力F₁的表达式为：

其中，μ为胀管器和套管接触面摩擦系数，β为中间主应力影响系数，参数a、b、c分别为：

其中，式(7)中E_p为套管材料硬化系数，由材料参数确定；

其中，式(4)中套管剪切变形引起的附加轴力F₂表达式为：

步骤5，按照实际需求，确定扩径挤压摩擦锚杆锚索结构符合要求的设计参数；

其中，计算检验杆体索体和套管在理论恒阻力下的安全系数：

若安全系数n_t与n_g不符合公式(9)要求，则删除对应套管内半径r_i’及套管外半径r_o’，胀管器胀头大端外半径r_z’及胀头母线与轴线夹角α’此组参数，若安全系数n_t与n_g符合公式(9)要求，则保留对应套管内半径r_i’及套管外半径r_o’，胀管器胀头大端外半径r_z’及胀头母线与轴线夹角α’此组参数，得到进一步缩小范围的参数组合：套管内半径r_i”及套管外半径r_o”，胀管器胀头大端外半径r_z”及胀头母线与轴线夹角α”。

2.根据权利要求1所述的一种扩径挤压摩擦锚杆锚索结构设计方法，其特征在于，扩径挤压摩擦锚杆锚索结构中套管安全系数n_t及其它构件安全系数不小于杆体索体安全系数n_g，且套管及其它构件破断力不小于杆体索体破断力，保证杆体索体发生破坏时，套管及其它构件仍能工作，或与杆体索体同时破坏。