由高强度钢管制成的锚杆及其制造方法技术

高强度钢管锚杆具有可膨胀锚杆主体，该主体通过下列步骤制成：将抗拉强度为４９０～６４０Ｎ／ｍｍ↑［２］，伸长率为２０％或更大，厚１．８～２．３ｍｍ的高强度钢板加工成焊接管，再将该焊接管滚轧成型成具有一个或多个沿轴向延伸的凹部的异形管。采用高强度钢板可保证不管异形管厚度是否减小，异形管都具有足够的强度。薄的焊接管还有利于在滚轧成型、锻压焊接管的两端和液压膨胀过程中抑制由于导入应变的积聚而产生的破裂。另外，可在较低的压力下通过注入加压流体而使异形管开始膨胀变形，这样可在短时间内完成膨胀变形，提高了工作效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高强度钢管锚杆，该锚杆通过液压以径向膨胀的状态牢固地固定在基岩或地面上，本专利技术还涉及该锚杆的制造方法。
技术介绍
以膨胀状态牢固固定在基岩或地面上的钢管锚杆，由具有一个或多个沿轴向延伸的可膨胀凹部的中空异形管制成。该钢管锚杆1具有插入基岩或地面2上形成的锚杆安装孔中的密封端，如图1所示。在锚杆安装孔与未膨胀的钢管锚杆1之间具有空隙(图2A)。由液压压力使钢管锚杆1膨胀(图2B)，最后将其压到锚杆安装孔的内壁上(图2C)。由此基岩或地面2可由锚杆1加固。将带有沿轴向延伸的至少一个可膨胀凹部4的异形管用作可膨胀锚杆，以便于用液压进行膨胀。该异形管具有气密密封的顶端和后端及用于将加压流体在其侧壁导入的孔。在JP2003-501573A中还公开了一种异形管，该异形管具有固定在两端部的套筒，以用于导入加压流体。为了在施工现场，例如隧道中使工作标准化并节省工作成本，在基岩或地面2上需要钻出一些相同尺寸的锚杆安装孔，将相同直径的钢管锚杆放置在所述锚杆安装孔中。例如，使外径为54mm的钢管形成外径为36mm并具有凹部4的形状，将由此而形成的异形管放置在尺寸为45～50mm的锚杆安装孔中，并通过液压膨胀而使其牢固地固定在基岩或地面2上。该可膨胀钢管锚杆根据工程状况，例如基岩或地面的性质和地质力学及隧道的横截面形状，所需要的屈服强度而分为110kN组和170kN组。属于110kN组的锚杆由抗拉强度为300N/mm2或更高，总伸长率为30％或更大的厚2mm的钢板制成。属于170kN组的锚杆由抗拉强度为300N/mm2或更高，总伸长率为35％或更大的厚3mm的钢板制成。在任一种情况下，将钢板形成外径为54mm的圆筒形管，并进一步变形为外径为36mm带有凹部4的异形管。通过在剖面内以小弯曲半径而局部弯曲圆筒形管，而形成了异形管，如图2A所示。假设该异形管具有相同的外径，当形成异形管的钢板厚度增加时，其中心的弯曲半径比较小。由于将具有内外径尺寸规则的套筒固定在异形管的端部，而异形管在其两端被进一步锻压。在锻压过程中将较厚的钢板以较小的弯曲半径变形。即，当为提高锚杆的强度而使钢板厚度增加时，局部弯曲半径变得比较小。顺带地，在管制造、管成型和管锻压的过程中很多应变会导入到钢板中。在异形管液压膨胀期间也会积聚应变。当进一步膨胀异形管时，常常由于额外的应变的导入而产生破裂。该破裂导致加压流体渗漏，异形管膨胀不充分，锚杆所需的强度不足。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种可靠性高的高强度钢管锚杆。本专利技术的一个目的是抑制锚杆由于在管成型、锻压和液压膨胀过程中导入应变而引起的破裂。本专利技术的另一个目的是在液压膨胀期间，以相对较低的压力使异形管开始膨胀变形，并在短时间内完成膨胀变形。本专利技术的高强度钢管锚杆包括可膨胀锚杆主体，该主体由具有一个或多个沿轴向延伸的凹部的异形管构成。该异形管由抗拉强度为490～640N/mm2，伸长率为20％或更大，厚1.8～2.3mm的高强度钢板制成。所述异形管最好具有530～690N/mm2的抗拉强度和20％或更大的伸长率。锚杆的材料可为涂覆有Zn、Zn-Al或Zn-Al-Mg镀层的高强度钢板。该镀层在滚轧成型之后涂覆在异形管的表面，并保护嵌入基岩或地面中的锚杆不受腐蚀性环境的损害。本专利技术钢管锚杆的制造步骤如下(1)将抗拉强度为490～640N/mm2，伸长率为20％或更大，厚1.8～2.3mm的高强度钢板制成外径为50～55mm的焊接钢管。(2)将该焊接钢管滚轧成型为外径为34.0～38.0mm、并具有一个或多个沿轴向延伸的凹部的异形管。(3)将该异形管切割为预定长度。(4)锻压切割后的异形管的两端。(5)用套筒密封异形管的两端(即，异形管的一端用于放入到锚杆安装孔中，另一端用于导入加压流体)。(6)在套筒的侧壁上形成延伸到异形管内部的孔，该孔用于导入加压流体。附图说明图1是带有已膨胀锚杆的经加固地面的说明性视图。图2A是放置在地面的锚杆安装孔中的未膨胀锚杆的剖面图。图2B是在膨胀过程中向锚杆施加液压压力的说明性视图。图2C是在完全膨胀的锚杆上施加压力的说明性视图。图3是示出液压泵性能的曲线图。图4A～图4E是对应于成型步骤的管的截面形状变化说明性视图。图5是在管成型的第一步骤中使用的成型辊形状的示意图。图6是在管成型的第二步骤中使用的成型辊形状的示意图。图7是在管成型的第三步骤中使用的成型辊形状的示意图。图8是在管成型的第四步骤中使用的成型辊形状的示意图。具体实施例方式本专利技术的钢管锚杆是由高强度钢制成。高强度钢的选择使得可采用薄钢板作为锚杆的材料。假设锚杆具有相同的外径，当由较薄的钢板形成的锚杆和普通锚杆比较时，弯曲部分(其构成了轴向延伸的凹部)的最小弯曲半径在沿半径方向的中心处比较大。在管成型过程和异形管液压膨胀的过程中，导入钢管的应变总量随钢板厚度的减小而减小。由于应变的减小，异形管在液压膨胀时不破裂。采用较薄的钢板还意味着减轻锚杆的重量。因此，本专利技术的锚杆具有良好的高度可靠的可操作性和可加工性。由于锚杆比较薄，异形管凹部的膨胀是以较低的液压开始进行的。即使在最初膨胀之后，异形管仍然在较低的液压下继续变形，从而大量加压流体可进入异形管中，而不需要增加高压泵的负荷。因此，可在短时间内完成液压膨胀。出于这种考虑，采用较薄的钢板作为锚杆的材料对于显著提高工作效率是有益的。例如，通过使3mm厚，抗拉强度约为300N/mm2，伸长率约为35％的钢板形成外径为54mm的焊接钢管，并且再使该焊接钢管形成外径为36mm的异形管，而形成抗拉强度为400N/mm2的异形管，该异形管用于形成屈服强度为170kN的锚杆。当用高强度的薄钢板作为170kN等级的锚杆的材料时，便得到经液压膨胀而不破裂的坚硬可靠的锚杆。实际上，通过使1.8～2.3mm厚，抗拉强度为490～640N/mm2，伸长率为20％或更大的高强度钢板形成外径为54mm的焊接管，并且再使该焊接管形成外径为36mm的异形管，这样形成的异形管具有530～690N/mm2的抗拉强度。因此，通过将由高强度异形管形成的锚杆放置在基岩或地面的锚杆安装孔中，并在其内进行液压膨胀，从而以170kN的强度将其牢固地固定在基岩或地面上。采用较薄的钢板可在管成型的过程中以较大的弯曲半径弯曲焊接管的表面部分。假设外径为54mm的圆柱形管形成横截面为如图2A所示的异形管，其中弯曲部分(凹部4)的外侧弯曲半径为5mm。由3mm厚的圆柱形管形成的异形管的弯曲部分的内侧弯曲半径为2mm。另一方面，由2mm厚的圆柱形管形成的异形管的弯曲部分的内侧弯曲半径为3mm。简而言之，当焊接管(换言之为钢板)的厚度减小时，其弯曲半径变大，导致在管成型过程中累积的应变减小。累积的应变减小意味着在由于应变累积异形管断裂之前其容限增加。因此，本专利技术的锚杆在基岩或地面中液压膨胀而无胀破之忧。为了有效地减小应变的累积，确定钢板的厚度为1.8～2.3mm之间。如果厚度超过2.3mm，则在管成型的过程中很难增加其弯曲半径。另一方面，厚度小于1.8mm意味着需要具有640N/mm2或更高的抗拉强度的高强度钢板，否则锚杆将不会具有约170kN的强度。但是该高强度钢板在管成型过程中由于其很小的伸长率而不能形成要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度钢管锚杆，它包括可膨胀锚杆主体，该主体由具有一个或多个沿轴向延伸的凹部的异形管构成，该异形管由抗拉强度为４９０～６４０Ｎ／ｍｍ↑［２］，伸长率为２０％或更大，厚１．８～２．３ｍｍ的高强度钢板制成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲子武文，吉田刚之，松原茂雄，橘高敏晴，金泽宏树，
申请(专利权)人：日新制钢株式会社，日新钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]