Составной деформируемый скальный анкер с улучшенным диапазоном деформаций
Изобретение относится к анкерам, а именно к деформируемому скальному анкеру, используемому для крепления кровли и стенок горной выработки. Деформируемый скальный анкер содержит составной удлиненный напрягаемый элемент, проходящий продольно вдоль своей оси А от проксимального конца к дистальному концу, и включает по существу недеформирующуюся жесткую первую анкерную часть, расположенную на дистальном конце или возле него и проходящую в направлении проксимального конца, и по меньшей мере одну пластически продольно деформируемую часть, расположенную между недеформирующейся жесткой первой анкерной частью и проксимальным концом. Как первая анкерная часть, так и указанная по меньшей мере одна деформируемая часть представляют собой полые стержневые элементы, и первая анкерная часть и указанная по меньшей мере одна деформируемая часть соединены друг с другом неразъемно торец к торцу посредством сварки или приклеивания для формирования по меньшей мере части удлиненного напрягаемого элемента. Диапазоны допусков прочности любой по существу недеформирующейся жесткой анкерной части и указанной по меньшей мере одной пластически продольно деформируемой части не перекрываются, и указанная по меньшей мере одна продольно деформируемая часть имеет диапазон деформации по меньшей мере 100 мм/м, предпочтительно по меньшей мере 120 мм/м и наиболее предпочтительно по меньшей мере 150 мм/м. Технический результат состоит в обеспечении улучшения противодействия определенным динамическим нагрузкам, обеспечении создания улучшенного деформируемого скального анкера, который может быть легко адаптирован к конкретным требованиям, создании улучшенного деформируемого скального анкера, который прост в использовании и дешевле в производстве, создании улучшенного деформируемого скального анкера, который обеспечивает возможность значительно большей деформации, прежде чем он разрушится. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к деформируемому скальному анкеру, такому как, например, анкер, используемый для крепления кровли и стенок горной выработки.
Скальные анкеры (анкерный крепеж, англ. - rock anchor), также указываемые как скальные анкерные болты, широко используются, например, в горных выработках и туннелях для укрепления породы, в частности, для укрепления стенок или кровли горизонтальной выработки или туннеля. Для этой цели обычно бурят шпуры в породе на расстоянии друг от друга от двух до двенадцати метров. Затем в эти шпуры вводят скальные анкеры соответствующей длины и, в зависимости от их типа, их закрепляют в шпурах с помощью механических средств, например, с помощью фиксаторов или связей жесткости, или с помощью цементирующего материала. В качестве цементирующего материала обычно используется цементный раствор или связывающий материал на основе синтетической смолы. Хорошо известными типами скальных анкеров являются механические анкеры, например, анкеры с распорной головкой, анкеры из твердой смолы и так называемые SN-анкеры. Некоторые анкеры, такие как, например, SN-анкеры, обычно, полностью цементируют, то есть, заливают цементным раствором по всей их длине в шпуре. Другие анкеры закрепляют лишь в концевой зоне шпура, например, с помощью смоляных компаундов или с использованием механических крепежных средств. Для самозабуривающихся анкеров в бурении шпуров нет необходимости. Иногда отнесение скального анкера к определенному типу невозможно, поскольку существует очень большое разнообразие этих устройств.
Часто на один конец анкера, выходящий из шпура, устанавливают анкерную плиту и прижимают ее к поверхности породы с помощью гайки. Таким образом, нагрузки, действующие на участок стенки горной выработки или туннеля, могут быть распределены в толще породы. Иными словами, путем использования толщи породы под скальным анкером, которая удалена от стенки, можно обеспечивать передачу нагрузки, что минимизирует опасность обрушения горной выработки, туннеля или иной структуры.
Скальные анкеры должны выдерживать как динамические, так и статические нагрузки, такие как выдавливание грунтом и большие смещения в толще породы. Для улучшения противодействия определенным динамическим нагрузкам были разработаны так называемые деформируемые скальные анкеры, которые при превышении нагрузкой заданной величины способны деформироваться, то способны увеличиваться по длине в определенных пределах для снижения напряжений, действующих в породе, до величины, которые скальный анкер может надежно выдерживать. Деформируемые скальные анкеры имеют более сложную конструкцию и поэтому они дороже по сравнению с недеформируемыми скальными анкерами.
Соответственно, целью настоящего изобретения является создание улучшенного деформируемого скального анкера, который может быть легко адаптирован к конкретным требованиям.
Другой целью настоящего изобретения является создание улучшенного деформируемого скального анкера, который прост в использовании и дешев в производстве.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание улучшенного деформируемого скального анкера, который обеспечивает возможность значительно большей деформации, прежде чем он разрушится.
Для решения вышеуказанных задач в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается новый деформируемый скальный анкер, содержащий удлиненный напрягаемый элемент, проходящий в продольном направлении по оси напрягаемого элемента от проксимального конца к дистальному концу, причем напрягаемый элемент включает: по существу недеформирующуюся жесткую первую анкерную часть, расположенную на дистальном конце или возле него и проходящую в направлении проксимального конца; и по меньшей мере одну пластически деформируемую часть, деформирующуюся в продольном направлении, расположенную между недеформируемой жесткой первой анкерной частью и проксимальным концом. Как первая анкерная часть, так и указанная по меньшей мере одна деформирующаяся часть, представляют собой полые стержневые элементы, например, изготовленные из стали или из пластмассы, и первая анкерная часть и указанная по меньшей мере одна деформирующаяся часть соединены друг с другом неразъемно торцами для формирования по меньшей мере части удлиненного напрягаемого элемента. Неразъемное соединение первой анкерной части и указанной по меньшей мере одной деформирующейся части может быть осуществлено, например, с помощью сварки или, в альтернативных вариантах, путем приклеивания друг к другу первой анкерной части и указанной по меньшей мере одной деформирующейся части.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается новый деформируемый скальный анкер, содержащий удлиненный напрягаемый элемент, проходящий в продольном направлении по оси напрягаемого элемента от проксимального конца к дистальному концу, причем напрягаемый элемент включает: по существу недеформирующуюся жесткую первую анкерную часть, расположенную на дистальном конце или возле него и проходящую в направлении проксимального конца; и по меньшей мере одну пластически деформируемую часть, деформирующуюся в продольном направлении, расположенную между недеформирующейся жесткой первой анкерной частью и проксимальным концом. Первая анкерная часть может быть полым или сплошным стержневым элементом, напр., изготовленным из стали, и первая анкерная часть и указанная по меньшей мере одна деформирующаяся часть соединены друг с другом торцами с помощью соединительного элемента для формирования по меньшей мере части удлиненного напрягаемого элемента. Соединительный элемент может быть отдельным соединительным элементом, и в этом случае он может быть соединительным элементом с возможностью отсоединения, или он может быть неразъемно подсоединен к первой анкерной части или к указанной по меньшей мере одной деформирующейся части для формирования неразъемной или разъемной конструкции.
Может использоваться любой соединительный элемент, подходящий для надежного соединения первой анкерной части и указанной по меньшей мере одной деформирующейся части. В соответствии с одним из предпочтительных вариантов соединительный элемент представляет собой муфту с внутренней резьбой, например, стальную муфту. В других вариантах муфта, действующая в качестве соединительного элемента, может быть соединена по меньшей мере с одной из первой анкерной части и указанной по меньшей мере одной деформирующейся части путем обжатия или посадки внатяг. В других вариантах соединительный элемент может быть приклеен по меньшей мере к одной из первой анкерной части и указанной по меньшей мере одной деформирующейся части для получения соединения. Соединительные элементы могут иметь приблизительно такой же внешний диаметр как первая анкерная часть и указанная по меньшей мере одна деформирующаяся часть, но могут также иметь больший или меньший внешний диаметр. Специально сконструированные соединительные элементы с внешним диаметром, превышающим диаметр примыкающей анкерной части или деформирующейся части, могут быть эффективны в связи с тем, что таким образом могут быть созданы дополнительные точки крепления вдоль напрягаемого элемента, в результате чего улучшается удерживание напрягаемой части в шпуре.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения указанная по меньшей мере одна деформирующаяся часть может быть реализована, например, в форме стального стержневого элемента, который может быть полым или сплошным. В других вариантах указанная по меньшей мере одна деформирующаяся часть может быть выполнена в форме профилированного элемента, напр., изготовленного из стали, каната или троса, или элемента из пластмассы, армированной волокнами. Элемент из пластмассы, армированной волокнами, формирующий указанную по меньшей мере одну деформирующуюся часть, может быть, например, элементом из пластмассы, армированной углеродными волокнами, например, элементом из углепластика.
Как это будет понятно из вышеприведенных пояснений специалистам в данной области техники, напрягаемый элемент деформируемого скального анкера по первому и второму аспектам настоящего изобретения представляет собой составную (не монолитную) конструкцию, что обусловливает различные нижеуказанные достоинства. Под составной конструкцией в настоящем описании понимается то, что напрягаемый элемент не представляет собой монолитную конструкцию, а включает несколько отдельных элементов, таких как первая анкерная часть и указанная по меньшей мере одна деформирующаяся часть, которые жестко соединены друг с другом торцами для формирования по меньшей мере части удлиненного напрягаемого элемента.
Деформируемый скальный анкер по настоящему изобретению может принимать форму предварительно напряженного анкерного болта, напр., в соответствии с Европейским стандартом EN 1537, или форму удлиняющегося грунтового анкера, но также может принимать любую иную форму, в которой по существу недеформирующаяся жесткая первая анкерная часть на дистальном конце напрягаемого элемента или возле этого конца сцепляется с окружающей породой для надежного удерживания напрягаемого элемента в нужном положении, в то время как указанная по меньшей мере одна пластически деформируемая часть, деформирующаяся в продольном направлении, подходящим образом отсоединена от окружающей породы, так чтобы обеспечивать возможность удлинения деформирующейся части. Термин "подходящим образом отсоединена", как он используется в настоящем описании, относится к ситуациям, в которых исключается какое-либо сцепление внешней поверхности деформирующейся части с окружающей породой, а также может относиться к ситуациям, в которых имеет место сцепление внешней поверхности деформирующейся части с окружающей породой. Однако во втором случае любое сцепление внешней поверхности деформирующейся части с окружающей породой должно нарушаться под действием нагрузки гораздо раньше, чем сцепление между внешней поверхностью любой жесткой анкерной части и окружающей породой. Предпочтительно деформируемый скальный анкер по настоящему изобретению представляет собой самозабуривающееся устройство любого типа.
В дополнение к по существу недеформирующейся жесткой первой анкерной части напрягаемый элемент может включать по меньшей мере одну по существу недеформирующуюся жесткую дополнительную анкерную часть, расположенную между проксимальным концом и указанной по меньшей мере одной деформирующейся частью. Обычно указанная по меньшей мере одна по существу недеформирующаяся жесткая дополнительная анкерная часть будет расположена на проксимальном конце напрягаемого элемента или возле этого конца и может принимать форму части с внешней резьбой, предназначенной для взаимодействия с анкерной пластиной и гайкой, используемыми для прижатия деформируемого скального анкера к поверхности породы и создания необходимой величины предварительного напряжения. В других вариантах деформируемый скальный анкер по настоящему изобретению может содержать часть с внешней резьбой, расположенную на проксимальном конце напрягаемого элемента или возле этого конца, и указанная по меньшей мере одна по существу недеформирующаяся жесткая дополнительная анкерная часть может быть расположена отдельно от части с внешней резьбой. Кроме того, по длине напрягаемого элемента может обеспечиваться несколько по существу недеформирующихся жестких дополнительных анкерных частей, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Указанная по меньшей мере одна или любая по существу недеформирующаяся жесткая дополнительная анкерная часть может быть неразъемно соединена торцами с примыкающей анкерной частью точно таким же образом, что и по существу недеформирующаяся жесткая первая анкерная часть.
Предпочтительно недеформирующаяся жесткая первая анкерная часть и, если это уместно, указанная по меньшей мере одна или любая по существу недеформирующаяся жесткая дополнительная анкерная часть снабжены множеством фиксирующих элементов, выступающих из внешней поверхности соответствующей анкерной части для улучшения фиксирующего взаимодействия между анкерной частью, цементирующим агентом и окружающей породой. Фиксирующие элементы предпочтительно выбирают из группы, содержащей ребра, желобки, прорези, выемки, нитки резьбы и шипы. Фиксирующие элемент могут быть сформированы, например, на внешней поверхности анкерной части с использованием процесса холодной прокатки, который кроме обеспечения необходимых фиксирующих элементов будет повышать прочность анкерной части путем снижения пластичности вдоль анкерной части.
В отличие от по существу недеформирующихся жестких анкерных частей указанная по меньшей мере одна или каждая пластически деформируемая часть, деформирующаяся в продольном направлении, имеет в целом гладкую внешнюю поверхность, улучшающую отделение от окружающей породы и обеспечивающую возможность предсказуемой и соразмерной деформации в продольном направлении. Благодаря конструкции с неразъемными соединениями деформируемый скальный анкер по настоящему изобретению обеспечивает возможность изготовления заводским способом анкерных частей, снабженных множеством фиксирующих элементов, например, с использованием холодной прокатки непрерывного стержня, который затем разрезается на анкерные части необходимой длины. Аналогично, деформирующиеся части могут быть изготовлены заводским способом путем разрезания непрерывного стержня, имеющего в целом гладкую внешнюю поверхность, на части необходимой длины. Затем изготовленные таким образом анкерные части и деформирующиеся части могут быть неразъемно соединены друг с другом для формирования удлиненного напрягаемого элемента деформируемого скального анкера по настоящему изобретению. В этом случае обеспечивается быстрое и экономичное изготовление деформируемых скальных анкеров необходимой длины, отличающихся отличными характеристиками деформации, поскольку может легко обеспечиваться любое необходимое количество деформирующихся частей и/или анкерных частей, и длины и/или диаметры анкерных частей и деформирующихся частей могут легко варьироваться в зависимости от планируемого применения. Кроме того, хотя диаметры всех анкерных частей и всех деформирующихся частей могут быть одинаковыми, однако предполагается, что, например, некоторые или все деформирующиеся части могут иметь больший или меньший диаметр по сравнению с анкерными частями. Также не все анкерные части должны иметь одинаковый диаметр. В альтернативных вариантах длины и/или диаметры, как анкерных частей, так и деформирующихся частей могут варьироваться для любого заданного напрягаемого элемента для лучшей адаптации к конкретному применению. Более того, для формирования анкерных частей и деформирующихся частей могут использоваться разные подходящие материалы, так что могут быть получены необходимые характеристики анкерных частей и деформирующихся частей, соответственно, подходящие для конкретного применения. Разными материалами могут быть различные типы сталей, однако могут также использоваться комбинации стали и пластмасс, или комбинации материалов, отличных от сталей. Даже если для анкерных частей и деформирующихся частей используется один тип стали, анкерные части будут иметь существенно более высокую прочность по сравнению с деформирующимися частями, поскольку холодная прокатка или иное прессование, используемые для формирования фиксирующих элементов на внешней поверхности стержней, обеспечивают повышение прочности и снижение пластичности стержней, подвергнутых указанным операциям. С другой стороны, использование частей непрерывного стержня, который не подвергался операциям холодной прокатки и иного прессования, в качестве деформирующихся частей обеспечивает части, отличающиеся высокой пластичностью и пониженной прочностью по сравнению с анкерными частями, так что под действием нагрузок деформирующиеся части будут деформироваться в продольном направлении, как это необходимо, в то время как анкерные части будут жесткими, то есть, по существу недеформирующимися.
Предпочтительные варианты осуществления деформируемого скального анкера в соответствии с настоящим изобретением могут включать несколько по существу недеформирующихся жестких дополнительных анкерных частей и несколько пластически деформируемых частей, деформирующихся в продольном направлении, причем эти части предпочтительно чередуются. Каждая пластически деформируемая часть, деформирующаяся в продольном направлении, может принимать форму указанной по меньшей мере одной деформирующейся части, как это описано выше, то есть, каждая деформирующаяся часть может принимать форму стержневого элемента, например, стального стержневого элемента, полого или сплошного, или может принимать форму профилированного элемента, каната или троса, или элемента, изготовленного из пластмассы, армированной волокнами, такого как элемент из углепластика. Возможны комбинации, то есть, одна или более деформирующихся частей могут быть выполнены, например, как полые стержневые элементы, изготовленные из стали или из пластмассы, армированные волокнами, в то время как другие деформирующиеся части могут быть выполнены как профилированные элементы, канаты или тросы, как это необходимо и подходит для конкретного применения. Из вышеизложенного будет понятно, что варианты, включающие несколько анкерных частей, чередующихся с несколькими деформирующимися частями, могут быть легко и с небольшими затратами получены любой требуемой длины путем неразъемного соединения друг с другом изготовленных заводским способом анкерных частей и деформирующихся частей, как это было описано.
Использование любых из вышеописанных элементов в качестве указанной по меньшей мере одной или любой деформирующейся части и полых элементов в качестве первой анкерной части и указанной по меньшей мере одной или нескольких дополнительных анкерных частей обеспечивает получение отличных характеристик деформации. В одном из вариантов удлинение указанной по меньшей мере одной деформирующейся части в деформируемом скальном анкере по настоящему изобретению составляет предпочтительно по меньшей мере 100 мм/м, более предпочтительно по меньшей мере 120 мм/м, и наиболее предпочтительно по меньшей мере 150 мм/м, что соответствует продольной деформации 10%, 12% и 15%, соответственно. Как известно, величины продольных деформаций известных конструкций скальных анкеров находятся в диапазоне от 0,3% до примерно 2%. Таким образом, деформируемый скальный анкер по настоящему изобретению представляет собой очень серьезное улучшение известных конструкций таких анкеров.
Хотя, как это было уже указано, анкерные части и деформирующиеся части могут быть изготовлены из одинаковой стали, однако также возможно изготовление полых стержневых элементов, составляющих указанную по меньшей мере одну деформирующуюся часть, из стали, которая отличается от стали, используемой для изготовления полых стержневых элементов, составляющих первую анкерную часть и любую дополнительную анкерную часть. В частности, для заводского изготовления полых стержневых элементов, предназначенных для формирования деформирующихся частей, может использоваться сталь с отличными характеристиками пластической деформации, в то время как для заводского изготовления полых стержневых элементов, предназначенных для формирования по существу недеформирующихся анкерных частей, может использоваться сталь с отличными прочностными характеристиками. Как и в предыдущем случае, благодаря неразъемным соединениям конструкции деформируемого скального анкера по настоящему изобретению полые стержневые элементы, изготовленные из разных типов стали, могут быть просто и с небольшими затратами соединены друг с другом, как это может быть необходимо. Более того, также благодаря конструкции, содержащей неразъемные соединения, полые стержневые элементы, предназначенные для формирования деформирующихся частей, могут быть подвергнуты термической обработке для соответствующего снижения прочности и повышения пластичности, в то время как для формирования анкерных частей могут использоваться полые стержневые элементы без термической обработки. Как это будет понятно для специалистов в данной области техники, конструкция деформируемого скального анкера, содержащего неразъемные соединения, по настоящему изобретению обеспечивает высокую степень гибкости, позволяющей адаптировать анкер для самых разных применений.
Хотя во многих вариантах деформируемых скальных анкеров по настоящему изобретению внешние диаметры анкерных частей и деформирующихся частей будут по меньшей мере приблизительно одинаковыми, однако в других вариантах указанная по меньшей мере одна или по меньшей мере одна или каждая деформирующаяся часть может иметь внешний диаметр, который меньше или больше внешнего диаметра соседней жесткой анкерной части. Выбор подходящего внешнего диаметра деформирующейся части, который может быть меньше или больше внешнего диаметра соседней анкерной части, является дополнительной возможностью "тонкой настройки" характеристик деформации соответствующей деформирующейся части.
Ниже будут более подробно описаны варианты осуществления деформируемого скального анкера, предпочтительные в настоящее время, по настоящему изобретению со ссылками на прилагаемые схематические фигуры.
На фиг. 1 - вид сбоку первого варианта деформируемого скального анкера по настоящему изобретению;
на фиг. 2 - вид сбоку второго варианта деформируемого скального анкера по настоящему изобретению;
на фиг. 3 - вид сбоку третьего варианта деформируемого скального анкера по настоящему изобретению, содержащего несколько деформирующихся частей.
На фиг. 1 приведен вид сбоку первого варианта деформируемого скального анкера или скального анкерного болта, в целом указываемого ссылочным номером 10. Скальный анкер 10 имеет удлиненный напрягаемый элемент 12, проходящий продольно по оси А от проксимального конца 16 до дистального конца 18. Напрягаемый элемент 12, имеющий форму стержня, предпочтительно изготовлен из металла, такого как сталь, однако возможны и другие стержневые конструкции. Хотя напрягаемый элемент 12 будет обычно иметь по меньшей мере по существу круглое сечение, однако настоящее изобретение не ограничивается напрягаемыми элементами, имеющими круглое сечение.
На дистальном конце 18 или возле него напрягаемый элемент 12, отходящий в направлении проксимального конца 16, имеет по существу недеформирующуюся жесткую первую анкерную часть 20, которая предназначена для жесткой фиксации напрягаемого элемента в нужном месте. Первая анкерная часть 20 изготовлена из полого стержневого элемента и снабжена на ее наружной поверхности множеством фиксирующих элементов 22, которые в рассматриваемом варианте имеют форму ребер, таких как ребра на арматурных стержнях, однако они могут иметь также форму канавок, прорезей, выемок, ниток резьбы, выпуклостей и шипов. Фиксирующие элементы 22 обеспечиваются для улучшения фиксирующего взаимодействия между первой анкерной частью, цементирующим агентом, таким как цементный раствор или смола, и окружающей породой. Как это хорошо известно специалистам в области техники, к которой относится настоящее изобретение, цементный раствор или смола используются для фиксации скального анкера в шпуре.
В рассматриваемом варианте скальный анкер 10 представляет собой самозабуривающееся устройство, и в этом случае на дистальном конце 18 напрягаемого элемента 12 установлена бурильная головка 24.
От по существу недеформирующейся жесткой первой анкерной части 20 в направлении проксимального конца 16 отходит пластически деформируемая часть 26, деформирующаяся в продольном направлении, которая также изготовлена из полого стержневого элемента, но имеет в целом гладкую внешнюю поверхность. В рассматриваемом варианте как полая жесткая первая анкерная часть 20, так и полая деформирующаяся часть 26 изготовлены из стали и присоединены друг к другу с помощью сварного шва 28а для формирования по меньшей мере части удлиненного напрягаемого элемента 12. В другом варианте полая жесткая первая анкерная часть 20 и полая деформирующаяся часть 26 могут быть приклеены друг к другу. В рассматриваемом варианте деформирующаяся часть 26 имеет наружный диаметр, по существу равный наружному диаметру первой анкерной части 20, однако внешний диаметр деформирующейся части также может быть меньше внешнего диаметра жесткой анкерной части 20.
Проксимальная концевая часть 30 с внешней резьбой содержит проксимальный конец 16 и соединена с деформирующейся частью 26: либо составляет с ней одно целое, либо соединена с помощью сварного шва 28b. В эксплуатации проксимальный конец 16 выступает наружу из поверхности породы и сконфигурирован для взаимодействия с анкерной пластиной 32 с помощью части 30 с внешней резьбой, а также с гайкой 34, присоединяемой с помощью резьбы и используемой для прижатия проксимального конца скального анкера 10 к поверхности породы и создания при необходимости подходящего предварительного натяжения. Часть 30 с внешней резьбой напрягаемого элемента 12 может при эксплуатации действовать в качестве по существу недеформирующейся жесткой дополнительной анкерной части 36 на той ее части, которая находится в шпуре (не показан), в зоне, простирающейся примерно от анкерной пластины 32 в направлении дистального конца 18. Соответственно, деформируемый скальный анкер 10, показанный на фиг. 1, содержит по меньшей мере по существу недеформирующуюся первую анкерную часть 20, расположенную ближе всего к дну шпура, то есть, ближе всего к дистальному концу 18 напрягаемого элемента 12, а также пластически деформируемую часть 26, деформирующуюся в продольном направлении, которая расположена между первой анкерной частью 20 и проксимальным концом 16, и по меньшей мере по существу недеформируемую жесткую дополнительную анкерную часть 36, расположенную между проксимальным концом 16 и деформирующейся частью 26.
Для того чтобы анкер 10 работал в соответствии со своим предназначением, первая анкерная часть 20 и дополнительная анкерная часть 36, независимо от материала, из которого они изготовлены, должны иметь прочность, существенно превышающую прочность пластически деформирующейся части 26, чтобы именно эта часть 26 удлинялась в продольном направлении при расширении породы, в результате чего происходит поглощение напряжений, создаваемых породой, без разрушения анкера 10. Что касается диапазонов допусков прочности первой анкерной части и любой дополнительной анкерной части, а также указанной по меньшей мере одной деформирующейся части, необходимо обеспечить, чтобы диапазоны допусков частей анкера и деформирующейся части (деформирующихся частей) не перекрывались. Также необходимо, чтобы в процессе эксплуатации деформирующаяся части 26 или любая другая деформирующаяся часть формировала секцию, не сцепляющуюся с окружающей породой, в то время как первая анкерная часть и любая дополнительная анкерная часть формировали секции, сцепляющиеся с окружающей породой. Для этой цели деформирующаяся часть 26 имеет в целом гладкую наружную поверхность, не сцепляющуюся с окружающей породой. Чтобы дополнительно обеспечить отсутствие сцепления с породой, на наружную поверхность деформирующейся части 26 или любой деформирующейся части может быть подходящим образом нанесено покрытие, снижающее трение, например, нанесен тонкий слой масла или другого неприлипающего материала.
Существуют различные способы обеспечения конструкции, в которой прочность первой анкерной части и любой дополнительной анкерной части будет существенно выше прочности деформирующейся части 26 или любой деформирующейся части. Например, если фиксирующие элементы 22 в форме ребер или ниток резьбы обеспечиваются на анкерных частях 20, 36, они могут быть сформированы на наружной поверхности соответствующей анкерной части с использованием процесса холодной прокатки (или любого другого подходящего способа прессования), с помощью которого прочность полого стержневого элемента, формирующего анкерную часть, повышается, и его пластичность снижается, по сравнению с полым стержневым элементом, изготовленным из такой же стали, но не подвергнутым процессу холодной прокатки. Полые стержневые элементы, предназначенные для формирования деформирующихся частей, могут быть дополнительно подвергнуты термической обработке, в результате чего повышается их способность к пластической деформации путем снижения прочности. Кроме того, для изготовления крепежных частей и деформирующихся частей могут использоваться различные сорта стали, причем сталь, используемая для деформирующихся частей, имеет больший коэффициент удлинения и меньшую прочность по сравнению со сталью, используемой для анкерных частей. Возможны также комбинации вышеуказанных возможностей для обеспечения адаптации напрягаемого элемента 12 к различным применениям. Испытания, проведенные заявителем, показали, что сталь 22MnB5 особенно подходит для использования в настоящем изобретении для формирования как анкерных частей, так и деформирующихся частей.
В результате испытаний, проведенных заявителем, было получено, что деформируемые скальные анкеры 10 по настоящему изобретению обеспечивают удлинения в диапазоне от 120 мм/м до 150 мм/м, что соответствует деформации в продольном направлении от 12% до 15%, соответственно. Можно считать, что это является очень большим улучшением существующих деформируемых скальных анкеров, которые обеспечивают возможность продольных деформаций в диапазоне от примерно 0,3% до примерно 2%.
На фиг. 2 приведен вид сбоку второго варианта деформируемого скального анкера 10а, который отличается от скального анкера 10 фиг. 1 тем, что по существу недеформируемая жесткая первая анкерная часть 20 и часть 26, пластически деформируемая в продольном направлении, не приварены друг к другу, а соединены с использованием отдельного соединительного элемента, который в рассматриваемом варианте представляет собой стальную муфту 38 с внутренней резьбой. Аналогичным образом, часть 26, пластически деформирующаяся в продольном направлении, не приварена к дополнительной анкерной части 36, как это показано на фиг. 1, а присоединена к этой части 36 с использованием соединительного элемента, выполненного в форме другой стальной муфты 38 с внутренней резьбой. Как показано на фиг. 2, обе муфты 38 сформированы как концевые части продольно деформирующейся части 26, имеющие больший наружный диаметр по сравнению с остальной ее частью, и жестко соединены с продольной деформирующейся частью с помощью сварки, однако они могут быть выполнены как отдельные элементы, например, как стальные муфты, которые не являются нераздельными концевыми частями продольно деформирующейся части 26 (не показано). При этом обе муфты 38 изготовлены из стали, которая отличается от стали, использованной для формирования продольно деформирующейся части 26, так что любая деформация ограничивается продольно деформирующейся частью 26. В других вариантах соединительные элементы могут представлять собой муфты, изготовленные из пластмассы, армированной волокнами (не показано), и вместо муфт с внутренней резьбой могут использоваться, например, обжимные муфты. В настоящем изобретении может использоваться любой другой соединительный элемент, способный надежно присоединить недеформируемую анкерную часть к продольно деформирующейся части.
На фиг. 3 приведен вид сбоку третьего варианта деформируемого скального анкера 10b по настоящему изобретению, который аналогичен первому варианту, показанному на фиг. 1, однако включает в дополнение к по существу недеформируемой жесткой первой анкерной части 20 несколько по существу недеформируемых жестких дополнительных анкерных частей 36, а также несколько пластически деформируемых частей 26, деформирующихся в продольном направлении, чередующихся друг с другом. На фиг. 3 показаны две недеформируемые дополнительные анкерные части 36 и две продольно деформирующиеся части 26, однако может использоваться любое количество таких дополнительных анкерных частей и продольно деформирующихся частей. Так же, как и в варианте, показанном на фиг. 1, анкерные части и продольно деформирующиеся части фиг. 3 соединяются друг с другом с помощью сварки (сварные швы 28а - 28d) или с использованием клеящего материала, но могут быть также соединены с помощью соединительных элементов, как это показано на фиг. 2.
Обычно продольно деформирующаяся часть 26 может иметь длину порядка 1 метра, но может быть короче или длиннее. Кроме того, длина и/или диаметр, как анкерных частей, так и деформирующихся частей, формирующих напрягаемый элемент 12, могут варьироваться, причем каждая анкерная часть и каждая деформирующаяся часть могут иметь разные длины и/или разные диаметры.
1. Деформируемый скальный анкер (10), содержащий составной удлиненный напрягаемый элемент (12), проходящий продольно вдоль своей оси (А) от проксимального конца (16) к дистальному концу (18) и включающий:
по существу недеформирующуюся жесткую первую анкерную часть (20), расположенную на дистальном конце (18) или возле него и проходящую в направлении проксимального конца (16); и
- по меньшей мере одну пластически продольно деформируемую часть (26), расположенную между недеформирующейся жесткой первой анкерной частью (20) и проксимальным концом (16),
причем как первая анкерная часть (20), так и указанная по меньшей мере одна деформируемая часть (26) представляют собой полые стержневые элементы, и первая анкерная часть (20) и указанная по меньшей мере одна деформируемая часть (26) соединены друг с другом неразъемно торец к торцу посредством сварки или приклеивания для формирования по меньшей мере части удлиненного напрягаемого элемента (12),
диапазоны допусков прочности любой по существу недеформирующейся жесткой анкерной части (20, 36) и указанной по меньшей мере одной пластически продольно деформируемой части (26) не перекрываются, и
указанная по меньшей мере одна продольно деформируемая часть (26) имеет диапазон деформации по меньшей мере 100 мм/м, предпочтительно по меньшей мере 120 мм/м и наиболее предпочтительно по меньшей мере 150 мм/м.
2. Деформируемый скальный анкер по п. 1, представляющий собой самозабуривающееся устройство.
3. Деформируемый скальный анкер по любому из предыдущих пунктов, в котором напрягаемый элемент (12) включает по меньшей мере одну по существу недеформирующуюся жесткую дополнительную анкерную часть (36), расположенную между проксимальным концом и указанной по меньшей мере одной деформируемой частью (26).
4. Деформируемый скальный анкер по любому из предыдущих пунктов, в котором недеформирующаяся жесткая первая анкерная часть (20) снабжена множеством фиксирующих элементов (22), выступающих из внешней поверхности первой анкерной части (20).
5. Деформируемый скальный анкер по п. 3 или 4, в котором напрягаемый элемент (12) включает несколько по существу недеформирующихся жестких дополнительных анкерных частей (36) и несколько пластически продольно деформируемых частей (26), чередующихся друг с другом.
6. Деформируемый скальный анкер по любому из пп. 3-5, в котором указанная по меньшей мере одна или каждая по существу недеформирующаяся жесткая дополнительная анкерная часть (36) снабжена множеством фиксирующих элементов (22), выступающих из внешней поверхности соответствующей дополнительной анкерной части (36).
7. Деформируемый скальный анкер по любому из пп. 4-6, в котором множество фиксирующих элементов (22) включает выступы, выбранные из группы ребер, желобков, прорезей, выемок, ниток резьбы, выпуклостей и шипов.
8. Деформируемый скальный анкер по любому из предыдущих пунктов, в котором каждая деформируемая часть (26) имеет в основном гладкую внешнюю поверхность.
9. Деформируемый скальный анкер по любому из предыдущих пунктов, в котором указанная по меньшей мере одна деформируемая часть (26) имеет внешний диаметр меньше внешнего диаметра соседней жесткой анкерной части.
10. Деформируемый скальный анкер по любому из предыдущих пунктов, в котором первая анкерная часть (20) и любая дополнительная анкерная часть (36) имеют более высокую прочность по сравнению с указанной по меньшей мере одной деформируемой частью (26).
11. Деформируемый скальный анкер по любому из предыдущих пунктов, в котором указанные по меньшей мере одна деформируемая часть (26), первая анкерная часть (20) и любая дополнительная анкерная часть (36) представляют собой полые стержневые стальные элементы, причем сталь полых стержневых элементов, составляющих указанную по меньшей мере одну деформируемую часть (26), отличается от стали полых стержневых элементов, составляющих первую анкерную часть (20) и любую дополнительную анкерную часть (36).
12. Деформируемый скальный анкер по любому из предыдущих пунктов, в котором напрягаемый элемент (12) включает часть (30) с внешней резьбой на проксимальном конце или возле него.
