[发明专利]一种扩径挤压摩擦锚杆锚索结构设计方法

摘要

本发明提出一种扩径挤压摩擦锚杆锚索结构设计方法，包括：给出锚杆锚索实际工程需要的设计恒阻力，按照常规方法选定杆体索体材料，确定杆体索体尺寸；按照常规方法选定套管管材，确定套管内半径与外半径的设计范围；按照常规方法选定胀管器材料，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；计算理论恒阻力，选取满足恒阻力要求的参数；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。本发明中，各项参数均能通过理论计算得到，便于指导结构的加工设计生产，满足工程需要，准确度较高，且简单易懂，便于指导本领域的技术人员进行扩径挤压摩擦锚杆锚索结构设计。

主权项

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，σgs为杆体索体屈服强度，索体屈服强度为其抗拉强度的88％～95％，Sg为杆体索体公称截面面积，Fc为锚杆锚索实际工程需要的设计恒阻力，ng为杆体索体安全系数，根据式(1)求得的杆体索体公称截面面积Sg，确定杆体索体公称直径Rg；步骤2，选定套管管材，按照公式(2)确定套管内径与外径的设计范围，得到套管内径ri及套管外径ro的范围：其中，Rg为杆体索体公称直径，ri为套管内径，ro为套管外径，σts为套管屈服强度，nt为套管安全系数，σtb为套管抗拉强度，σgb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径及胀头母线与轴线夹角的设计范围：其中，rz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，从套管内径ri及套管外径ro的范围，胀管器胀头大端外半径rz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：套管内径ri′及套管外径ro′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：Ft＝F1+F2                             (4)其中，Ft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，△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Ep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nt与ng不符合公式(9)要求，则删除对应套管内径r′i及套管外径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nt与ng符合公式(9)要求，则保留对应套管内径r′i及套管外径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：套管内径r″i及套管外径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”。