專利名稱：由高強度鋼管制成的錨桿及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高強度鋼管錨桿，該錨桿通過液壓以徑向膨脹的狀態(tài)牢固地固定在基巖或地面上，本發(fā)明還涉及該錨桿的制造方法。
背景技術：
以膨脹狀態(tài)牢固固定在基巖或地面上的鋼管錨桿，由具有一個或多個沿軸向延伸的可膨脹凹部的中空異形管制成。該鋼管錨桿1具有插入基巖或地面2上形成的錨桿安裝孔中的密封端，如圖1所示。在錨桿安裝孔與未膨脹的鋼管錨桿1之間具有空隙(圖2A)。由液壓壓力使鋼管錨桿1膨脹(圖2B)，最后將其壓到錨桿安裝孔的內壁上(圖2C)。由此基巖或地面2可由錨桿1加固。
將帶有沿軸向延伸的至少一個可膨脹凹部4的異形管用作可膨脹錨桿，以便于用液壓進行膨脹。該異形管具有氣密密封的頂端和后端及用于將加壓流體在其側壁導入的孔。在JP2003-501573A中還公開了一種異形管，該異形管具有固定在兩端部的套筒，以用于導入加壓流體。
為了在施工現(xiàn)場，例如隧道中使工作標準化并節(jié)省工作成本，在基巖或地面2上需要鉆出一些相同尺寸的錨桿安裝孔，將相同直徑的鋼管錨桿放置在所述錨桿安裝孔中。例如，使外徑為54mm的鋼管形成外徑為36mm并具有凹部4的形狀，將由此而形成的異形管放置在尺寸為45～50mm的錨桿安裝孔中，并通過液壓膨脹而使其牢固地固定在基巖或地面2上。
該可膨脹鋼管錨桿根據工程狀況，例如基巖或地面的性質和地質力學及隧道的橫截面形狀，所需要的屈服強度而分為110kN組和170kN組。屬于110kN組的錨桿由抗拉強度為300N/mm2或更高，總伸長率為30％或更大的厚2mm的鋼板制成。屬于170kN組的錨桿由抗拉強度為300N/mm2或更高，總伸長率為35％或更大的厚3mm的鋼板制成。在任一種情況下，將鋼板形成外徑為54mm的圓筒形管，并進一步變形為外徑為36mm帶有凹部4的異形管。
通過在剖面內以小彎曲半徑而局部彎曲圓筒形管，而形成了異形管，如圖2A所示。假設該異形管具有相同的外徑，當形成異形管的鋼板厚度增加時，其中心的彎曲半徑比較小。由于將具有內外徑尺寸規(guī)則的套筒固定在異形管的端部，而異形管在其兩端被進一步鍛壓。在鍛壓過程中將較厚的鋼板以較小的彎曲半徑變形。即，當為提高錨桿的強度而使鋼板厚度增加時，局部彎曲半徑變得比較小。
順帶地，在管制造、管成型和管鍛壓的過程中很多應變會導入到鋼板中。在異形管液壓膨脹期間也會積聚應變。當進一步膨脹異形管時，常常由于額外的應變的導入而產生破裂。該破裂導致加壓流體滲漏，異形管膨脹不充分，錨桿所需的強度不足。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在提供一種可靠性高的高強度鋼管錨桿。本發(fā)明的一個目的是抑制錨桿由于在管成型、鍛壓和液壓膨脹過程中導入應變而引起的破裂。本發(fā)明的另一個目的是在液壓膨脹期間，以相對較低的壓力使異形管開始膨脹變形，并在短時間內完成膨脹變形。
本發(fā)明的高強度鋼管錨桿包括可膨脹錨桿主體，該主體由具有一個或多個沿軸向延伸的凹部的異形管構成。該異形管由抗拉強度為490～640N/mm2，伸長率為20％或更大，厚1.8～2.3mm的高強度鋼板制成。所述異形管最好具有530～690N/mm2的抗拉強度和20％或更大的伸長率。
錨桿的材料可為涂覆有Zn、Zn-Al或Zn-Al-Mg鍍層的高強度鋼板。該鍍層在滾軋成型之后涂覆在異形管的表面，并保護嵌入基巖或地面中的錨桿不受腐蝕性環(huán)境的損害。
本發(fā)明鋼管錨桿的制造步驟如下(1)將抗拉強度為490～640N/mm2，伸長率為20％或更大，厚1.8～2.3mm的高強度鋼板制成外徑為50～55mm的焊接鋼管。
(2)將該焊接鋼管滾軋成型為外徑為34.0～38.0mm、并具有一個或多個沿軸向延伸的凹部的異形管。
(3)將該異形管切割為預定長度。
(4)鍛壓切割后的異形管的兩端。
(5)用套筒密封異形管的兩端(即，異形管的一端用于放入到錨桿安裝孔中，另一端用于導入加壓流體)。
(6)在套筒的側壁上形成延伸到異形管內部的孔，該孔用于導入加壓流體。


圖1是帶有已膨脹錨桿的經加固地面的說明性視圖。
圖2A是放置在地面的錨桿安裝孔中的未膨脹錨桿的剖面圖。
圖2B是在膨脹過程中向錨桿施加液壓壓力的說明性視圖。
圖2C是在完全膨脹的錨桿上施加壓力的說明性視圖。
圖3是示出液壓泵性能的曲線圖。
圖4A～圖4E是對應于成型步驟的管的截面形狀變化說明性視圖。
圖5是在管成型的第一步驟中使用的成型輥形狀的示意圖。
圖6是在管成型的第二步驟中使用的成型輥形狀的示意圖。
圖7是在管成型的第三步驟中使用的成型輥形狀的示意圖。
圖8是在管成型的第四步驟中使用的成型輥形狀的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的鋼管錨桿是由高強度鋼制成。高強度鋼的選擇使得可采用薄鋼板作為錨桿的材料。假設錨桿具有相同的外徑，當由較薄的鋼板形成的錨桿和普通錨桿比較時，彎曲部分(其構成了軸向延伸的凹部)的最小彎曲半徑在沿半徑方向的中心處比較大。在管成型過程和異形管液壓膨脹的過程中，導入鋼管的應變總量隨鋼板厚度的減小而減小。由于應變的減小，異形管在液壓膨脹時不破裂。采用較薄的鋼板還意味著減輕錨桿的重量。因此，本發(fā)明的錨桿具有良好的高度可靠的可操作性和可加工性。
由于錨桿比較薄，異形管凹部的膨脹是以較低的液壓開始進行的。即使在最初膨脹之后，異形管仍然在較低的液壓下繼續(xù)變形，從而大量加壓流體可進入異形管中，而不需要增加高壓泵的負荷。因此，可在短時間內完成液壓膨脹。出于這種考慮，采用較薄的鋼板作為錨桿的材料對于顯著提高工作效率是有益的。
例如，通過使3mm厚，抗拉強度約為300N/mm2，伸長率約為35％的鋼板形成外徑為54mm的焊接鋼管，并且再使該焊接鋼管形成外徑為36mm的異形管，而形成抗拉強度為400N/mm2的異形管，該異形管用于形成屈服強度為170kN的錨桿。
當用高強度的薄鋼板作為170kN等級的錨桿的材料時，便得到經液壓膨脹而不破裂的堅硬可靠的錨桿。實際上，通過使1.8～2.3mm厚，抗拉強度為490～640N/mm2，伸長率為20％或更大的高強度鋼板形成外徑為54mm的焊接管，并且再使該焊接管形成外徑為36mm的異形管，這樣形成的異形管具有530～690N/mm2的抗拉強度。因此，通過將由高強度異形管形成的錨桿放置在基巖或地面的錨桿安裝孔中，并在其內進行液壓膨脹，從而以170kN的強度將其牢固地固定在基巖或地面上。
采用較薄的鋼板可在管成型的過程中以較大的彎曲半徑彎曲焊接管的表面部分。假設外徑為54mm的圓柱形管形成橫截面為如圖2A所示的異形管，其中彎曲部分(凹部4)的外側彎曲半徑為5mm。由3mm厚的圓柱形管形成的異形管的彎曲部分的內側彎曲半徑為2mm。另一方面，由2mm厚的圓柱形管形成的異形管的彎曲部分的內側彎曲半徑為3mm。簡而言之，當焊接管(換言之為鋼板)的厚度減小時，其彎曲半徑變大，導致在管成型過程中累積的應變減小。累積的應變減小意味著在由于應變累積異形管斷裂之前其容限增加。因此，本發(fā)明的錨桿在基巖或地面中液壓膨脹而無脹破之憂。
為了有效地減小應變的累積，確定鋼板的厚度為1.8～2.3mm之間。如果厚度超過2.3mm，則在管成型的過程中很難增加其彎曲半徑。另一方面，厚度小于1.8mm意味著需要具有640N/mm2或更高的抗拉強度的高強度鋼板，否則錨桿將不會具有約170kN的強度。但是該高強度鋼板在管成型過程中由于其很小的伸長率而不能形成要求的形狀，并且用于作為可膨脹錨桿的異形管也不能輕而易舉地由外徑為50～55mm的焊接鋼管形成。另外，鋼板應該具有490N/mm2或更高的抗拉強度；否則由外徑為50～55mm的焊接管不會形成具有約170kN強度的錨桿。為了通過液壓使異形管膨脹而不使其脹破，伸長率為20％或更大也是有必要的。
可膨脹鋼管錨桿具有如圖2A所示橫截面的異形管。沿異形管的軸向方向延伸有至少一個凹部4。當加壓流體進入異形管中時，由凹部4的膨脹使異形管膨脹回復到其最初的圓柱形。假設異形管具有相同的外徑和相同形狀的凹部4，當異形管的厚度增加時，需要較大的壓力以膨脹凹部4。異形管的厚度對凹部4膨脹的影響如下所述再一次通過液壓使已凹入的鋼板彎曲至其原始形狀的力矩根據公式(t2b/4)×σe粗略地進行計算(其中t為厚度，b為寬度，σe為鋼板的屈服應力)，所述力矩以厚度的平方t2這一比率增加。
當由于加壓流體從液壓泵進入到管道中使管道內的內部壓力增加到預定值時，大量加壓流體在相對低的內部壓力下從泵中流入管道中，但是當內部壓力增加時，所述流速卻逐漸減小?？紤]到內部壓力與流速的計算關系，在較低的壓力下凹部4開始膨脹意味著大量加壓流體在低壓階段流入異形管中直到異形管膨脹。相反如果異形管在較高壓力下開始膨脹，則加壓流體的流入速度隨異形管內部壓力增加而逐漸減小。在這種情況下，不可避免地需要長時間導入加壓流體，直到內部壓力增加到開始膨脹必需的值。
實際上圖3示出了高壓水的排出率與排出壓力之間的關系，其中以65/1的空氣/水面積比向液壓泵提供壓力為0.6MPa的空氣。從該關系可以注意到，當錨桿的內部壓力增加，高壓水的流入速度逐漸減小，并且在內部壓力為7MPa時最終到達10.6升/分。
假設異形管的厚度為2mm，壓力為7MPa時凹部4開始膨脹，異形管的厚度為3mm，壓力為17MPa時凹部4開始膨脹。當在上述情況下，以供氣壓力為0.6MPa對錨桿液壓膨脹時，高壓水的流入速度對應于錨桿的內部壓力是變化的，如下所述
2mm厚的異形管在7MPa的壓力下開始膨脹，而3mm厚的異形管在7MPa的壓力下不開始膨脹。當內部壓力達到17MPa時，較厚的異形管開始膨脹。高壓水在內部壓力為17MPa下的排出率減小到7.2升/分。
一旦凹部4開始膨脹，則異形管以低于膨脹初始的壓力持續(xù)膨脹變形，膨脹的模式持續(xù)不變，無論異形管的厚度如何。當異形管膨脹到其尺寸與基巖和地面中錨桿安裝孔的內徑一致之后，在已膨脹錨桿上施加附加壓力，以將膨脹變形的異形管壓到錨桿安裝孔的內壁上。
盡管在內部壓力為7MPa時較薄的異形管進行膨脹變形，但內部壓力必需增加到17MPa才可使較厚的異形管進行膨脹變形。高壓水的注入應該以對應于7～17MPa的排出壓力的排出率持續(xù)進行。結果，液壓泵應該補償性地長時間驅動。另外，較厚異形管與較薄異形管比較，供其進一步膨脹變形的壓力較高，從而對于較厚異形管的持續(xù)膨脹變形，在較高的排出壓力區(qū)域(換言之，小排出率區(qū)域)迫使高壓水注入。簡而言之，較厚異形管的液壓膨脹時間長于較薄的異形管。在由高強度鋼制成的較薄錨桿中，其優(yōu)勢在于其可在短時間內完成膨脹變形。
本發(fā)明的錨桿由高強度鋼板通過下列步驟制造通過采用高頻焊接，激光焊接，TIG焊接等普通成管工藝將1.8～2.3mm厚的具有預定機械性能的高強度鋼板加工成外徑為50～55mm的焊接管。將所述焊接管滾軋形成為外徑為34～38mm的異形管，并且具有由圓周部分和凹部構成的凹形橫截面形狀。
由JP2003-145216A公開的滾軋成型工序適于使焊接管形成為異形管。但是也可采用擠壓或沖壓成型工序替代滾軋成型工序。
根據滾軋成型工序，如圖4A～圖4E所示，可逐步改變焊接管的橫截面形狀。
首先用高頻焊接等方法備好圓形焊接管(圖4A)。
將該焊接管滾軋成C1橫截面形狀(圖4B)，該形狀包括大曲率半徑的凸形表面F11和小曲率半徑的凸形表面F21。凸形表面F11的圓周長對應于包含有凹部4的所要求的異形管一部分的圓周長。另一凸形表面F21的圓周長對應于所要求的異形管另一部分的圓周長。這些凸形表面F11和F21由配置有一對成型輥11和12的滾軋機架形成，該成型輥具有彼此曲率半徑不相同的凹部形狀，如圖5所示。也可采用多階滾軋機架用于逐漸改變凸形表面F11和F21的曲率半徑。
通過使焊接管M穿過成型輥11和12之間的縫隙而將成型輥11和12的凹部形狀傳送到焊接管M上。即將圓形C0(圖4A)改變成橫截面形狀C1(圖4B)，該形狀C1包括具有大曲率半徑的凸形表面F11和具有小曲率半徑的凸形表面F21。
在第二滾軋成型階段，將具有小曲率半徑邊緣的盤輥21(圖6)壓在凸形表面F11的中心，從而如圖4C所示將凸形表面F11向內壓凹。如圖6所示，除了盤輥21之外，第二滾軋成型階段中的滾軋機架還配置有成型輥22，該成型輥凹部形狀的曲率半徑小于第一滾軋成型階段中成型輥12的凹部形狀。也可采用多階滾軋機架用于使曲率半徑逐漸變小。
當以使盤輥21壓在凸形表面F11的中心的方式，使焊接管M穿過盤輥21和凹形輥22之間的縫隙時，凸形表面F11的中心被向內壓凹，從而焊接管M變?yōu)闄M截面形狀C2(圖4C)，該形狀C2具有沿軸向延伸的槽形彎曲部分F12。另一彎曲部分F22形成異形管的外部形狀，保持了焊接管M的原始的曲率半徑。
因為將已膨脹變形的管壓入到基巖或地面上的錨桿安裝孔的內壁中以起加強作用，所以錨桿安裝孔的內徑大于異形管的外徑，但小于焊接管M的外徑。由此在第三滾軋成型階段中橫截面形狀C2變成小直徑形狀C3。在此階段中的滾軋機架配置有一對成型輥31和32，該成型輥具有的凹部曲率半徑小于焊接管M的原始直徑，如圖7所示。當然，也可采用多階滾軋機架用于在第三滾軋成型階段中使曲率半徑逐漸變小。
當使具有橫截面形狀C2的管穿過成型輥31和32之間的縫隙時，凸形表面F22彎曲成小曲率半徑的圓形F23，從而如圖4D所示，開口(o)對應于成型輥31和32的凹部形狀變窄。對應于凸形表面F22的重新變形，槽形凹部部分F12也變成小直徑的凹部部分F13。在第三滾軋成型階段，焊接管M最好在第一階段中相對于輥11和12的位置或者在第二階段中相對于輥21和22的位置繞其軸旋轉90度，繞到這樣一個位置，使得所述開口(o)和焊縫(w)位于輥31和32之間。由于旋轉了90度，成型壓力均勻地從輥31和32傳遞到凸形表面F22上，從而所述橫截面形狀C2變成圓形C3，該圓形C3包括內部部分F13和圓周部分F23，兩部分均具有均勻的曲率半徑，如圖4D所示。
在第四滾軋成型階段中，將帶有變窄開口(o)的橫截面形狀C3修整成外徑小于基巖和地面中錨桿安裝孔內徑的圓形C4。在此階段中的滾軋機架除了具有一對成型輥41和42之外，最好具有壓輥43，如圖8所示。也可采用多階滾軋機架用于將橫截面形狀C3逐漸改變成小直徑形狀C4。
當成型壓力以將成型輥43壓在圓周部分F22的中心的方式，從成型輥41和42傳遞到凸形表面F22上時，焊接管M穩(wěn)定地夾持在與滾軋成型相關的預定位置上，從而可保證凸形表面F22能夠均勻改變形狀，直到由外圓周F24和內圓周F14形成準雙橫截面形狀C4，其開口(o)接近閉合。在滾軋成型過程中，從所述縫隙露出的圓周部分F23被壓輥43約束，從而使焊接管M形成不扁平的所要求的小直徑形狀C4。
將具有所要求形狀C4的異形管的尺寸定為預定長度，并且密封兩端。
異形管的前端如下列步驟密封將從前端沿縱長80mm的一部分鍛壓成外徑為32～34mm大小。將外徑為36～40mm，厚度為2.0～3.0mm，長度為60～80mm的套筒固定在鍛壓的端部。將沖頭壓入異形管的開口端，以將端部改變成對應于沖頭端頭的扁平形狀，并且通過焊接密封壓過的端部。
異形管的相反一端如下列步驟設計成可導入加壓流體，并且通過下列步驟將其密封使從相反一端沿縱長80mm的一部分以相同方式鍛壓。將外徑為40～42mm，厚度為3.5～4.5mm，長度為60～80mm的套筒固定在鍛壓的端部。將沖頭壓入異形管的開口端，以將端部改變成對應于沖頭端頭的扁平形狀，并且通過焊接密封壓過的端部。所述套筒最好具有圓周槽以牢固地夾住嵌在用于拉拔測試的基巖或地面中的錨桿。
當兩端都被密封住之后，通過在套筒相反一端處鉆孔可形成向異形管內部導入加壓流體的孔。該孔的位置可確定在略微偏離套筒端部的部分處。
嵌入基巖或地面中的錨桿暴露于根據濕度，水質，通風等方面從酸性到堿性的腐蝕性環(huán)境中?？紤]到所述環(huán)境，在內外表面上具有鍍層的經涂覆的鋼管是用于基巖或地面中的抗腐蝕、耐用錨桿的適當材料。這種經涂覆的鋼管經過預涂覆或者后涂覆工序處理，但是由涂覆好的鋼板制成的經過預涂覆的鋼管有利于提高生產率。
鍍層可以是Zn，Zn-Al或Zn-Al-Mg。Zn鍍層最好通過在含有0.1～0.2％的Al的熔融鋅中浸漬鋼帶而形成在鋼基上。該鍍層可抑制影響可加工性的Fe-Zn合金層的形成。Zn-Al鍍層，例如含5％Al的Zn或含55％Al的Zn的抗腐蝕性是相同厚度Zn鍍層的2～4倍。Zn-Al-Mg鍍層堅硬并且體現(xiàn)出最好的抗腐蝕性，從而將帶有Zn-Al-Mg堅硬鍍層的錨桿放置在基巖或地面中并膨脹時，不會由于基巖的磨損或者分散物的撞擊而產生刮痕。在處理或者運輸帶鍍層錨桿的過程中也可以抑制刮痕的產生。因為幾乎不會形成作為腐蝕起點的刮痕，所以即使在腐蝕環(huán)境中，埋入的錨桿除了具有優(yōu)良的抗腐蝕性，還保持有良好的耐用性和可靠性。
Zn-Al-Mg鍍層由于其優(yōu)良的抗腐蝕性和硬度，其厚度可薄至3～30μm。該Zn-Al-Mg鍍層包含有0.05～10％的Mg，4～22％的Al。它還可包含有0.001～0.1％的Ti，0.0005～0.045％的B和/或0.005～2.0％的至少一種選自稀土金屬、Y、Zr和Si組成的組中的元素。
元素Mg結合在形成于鍍層表面的鋅腐蝕生成物中。該含Mg的鋅腐蝕生成物與鍍層中的Al降低了在土壤環(huán)境中鍍層的腐蝕速度。由于一部分含Mg的鋅腐蝕生成物在制造預鍍層鋼管的過程中還流入焊縫和切口中，所以焊縫和切口也是抗腐蝕的。另外，當通過熱噴鍍修補焊接部分時，含Mg的鋅腐蝕生成物流到噴鍍層上或者流入噴鍍層上的腐蝕生成物中，其結果是防止鋼基受腐蝕。在通過形成Zn-Mg金屬互化物而使鍍層變硬的過程中，Mg也起到重要的作用。通過將Mg的含量控制在0.05～10％(最好是1～4％)就可達到上述效果。
另一種元素Al轉換成作為腐蝕抑制劑的有粘性的Zn-Al腐蝕生成物。由于Al的存在，在凝固的鍍層中出現(xiàn)有Zn/Al/Zn2Mg三元共晶晶粒。該三元共晶晶粒具有比Zn/Zn2Mg二元共晶晶粒更精細的微觀結構，并且可提高鍍層的硬度。如果要形成有粘性的Zn-Al腐蝕生成物和Zn/Al/Zn2Mg三元共晶晶粒，4％或更高含量的Al是必不可少的。但是，增加Al的含量就會使鍍覆金屬的熔點升高，并且需要將熱浸鍍浴保持在高溫，這樣會導致生產率下降。由此Al含量的上限確定為22％。
其它可選擇的元素Ti和B可抑制對鍍層鋼板的外表有害的Zn11Mg2相的形成，從而在鍍層中存在的Zn-Mg金屬間沉淀物主要由Zn2Mg構成。在抑制Zn11Mg2相的形成方面，顯然0.001％或更多(最好為0.002％或更多)的Ti能夠起到該作用。但是超過0.1％的過量Ti會促進Ti-Al沉淀物的生長，從而導致鍍層表面粗糙，外觀不佳。
還可以通過添加0.0005％或更多(最好為0.001％或更多)的B來抑制Zn11Mg2相的形成。但是超過0.045％的過量B會促進Ti-B和Al-B金屬互化物的生長，該金屬互化物會使光滑表面變粗糙，并使鍍層外觀不佳。
用Al和Mg含量比率相對較高的Zn-Al-Mg鍍層熱浸鍍的鋼管所制成的錨桿，通常會降低其表面光澤度。由于表面光澤度降低，鍍層表面由良好的金屬光澤隨時間流逝變得灰暗。結果會使錨桿降低其經濟價值。可以通過添加至少一種0.005％或更多的可氧化元素來防止表面光澤的降低，該可氧化元素可選自稀土金屬、Y、Zr和Si組成的組。但是由于超過2.0％的過量添加就不能防止表面光澤的降低，所以可氧化元素的最大比率確定為2.0％。
Fe-Al金屬互化物對鍍層鋼板或管的可加工性和可成型性起抑制作用，該互化物的形成多是由于在Zn-Al-Mg鍍層中增加了Al的含量。位于鋼基與鍍層之間分界處的Fe-Al金屬互化物在加工或者成型鍍層鋼板或管的過程中會不利地導致鍍層的脫落。通過在鍍層中添加少量的Si可防止該金屬互化物的形成。
實施例將抗拉強度為490N/mm2，伸長率為28％的厚2.1mm的高強度鋼板加工成外徑為54mm的焊接管。該焊接管被滾軋成外徑為36mm的異形管，該異形管的橫截面為圖2A所示，具有沿軸向延伸的凹部4。所述異形管的抗拉強度為550N/mm2。
將所述異形管截斷為4m長。從該截斷管的邊緣沿縱長75mm長的端部被鍛壓為外徑為33.1mm的形狀。將內徑為33.1mm，外徑為38.1mm，厚度為2.5mm，長度為70mm的套筒固定在其中一端，并通過焊接將該端部與所述套筒密封在一起。將內徑為33.1mm，外徑為41.1mm，厚度為4.0mm，長度為70mm的另一套筒固定在相反端部(位于用于導入加壓流體的一側)，并且通過焊接將該端部與套筒密封在一起。
在兩端部都密封之后，在上述后一個套筒的側壁上鉆出通向異形管內部的直徑為3.0mm的孔。
作為對比例，在相同的情況下，將抗拉強度為300N/mm2，伸長率為35％的厚3.0mm的鋼板加工成外徑為54mm的焊接管，隨后再將該焊接管滾軋成外徑為36mm的異形管，而制造出錨桿。
在本發(fā)明的實施例和對比例的錨桿上附加用于液壓膨脹的密封端頭，通過液壓泵將高壓水灌入異形管的內部。所述異形管液壓膨脹。仔細研究該膨脹變形。
當異形管中的液壓壓力達到7MPa時，本發(fā)明實施例的錨桿開始膨脹變形，即凹部4膨脹(圖2A)。一旦產生膨脹變形，其在5MPa的液壓壓力下會持續(xù)。在膨脹變形延伸的過程中，高壓水以11.3升/分的流速灌入異形管，所述膨脹變形在31秒內完成。
另一方面，對比例中錨桿的凹部4在7MPa的液壓壓力下并不進行膨脹外翻，而是當液壓壓力達到17MPa時才開始膨脹變形。需要在10MPa的液壓壓力下才可持續(xù)膨脹變形。高壓水在10MPa的液壓壓力下的灌入流速僅為9.6升/分，完成膨脹變形需要41秒。
根據比較可知，本發(fā)明實施例的錨桿完成膨脹變形的時間約為普通錨桿的3/4。在實際加固操作中，將有成百或成千的錨桿被嵌入基巖中，較短的膨脹時間會顯著減少操作的時間。另外，還可以相對較低的液壓壓力達到膨脹狀態(tài)，從而降低了液壓泵的負荷。
對假設放置在施工現(xiàn)場中的液壓膨脹的錨桿進行拉拔測試。測試結果證明本發(fā)明的錨桿的強度約為170kN。因為本發(fā)明的錨桿比普通錨桿薄且輕約30％，所以很容易運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場或者很容易在施工現(xiàn)場操作。另外，由焊接管制成的具有更少的應變積累的異形管，可膨脹到所需要的形狀而不會脹裂(該脹裂是由于在液壓膨脹過程中應變的導入而引發(fā)的)，從而獲得錨固巖石操作的安全性。
權利要求
1.一種高強度鋼管錨桿，它包括可膨脹錨桿主體，該主體由具有一個或多個沿軸向延伸的凹部的異形管構成，該異形管由抗拉強度為490～640N/mm2，伸長率為20％或更大，厚1.8～2.3mm的高強度鋼板制成。
2.根據權利要求1所述的高強度鋼管錨桿，其中該異形管涂覆有Zn，Zn-Al或Zn-Al-Mg鍍層。
3.根據權利要求1所述的高強度鋼管錨桿，其中該異形管的抗拉強度為530～690N/mm2，伸長率為20％或更大。
4.一種制造鋼管錨桿的方法，包括下列步驟(1)將抗拉強度為490～640N/mm2，伸長率為20％或更大，厚1.8～2.3mm的鋼板加工成外徑為50～55mm的焊接管；(2)將該焊接管滾軋成型為外徑為34.0～38.0mm，并具有一個或多個沿軸向延伸的凹部的異形管；(3)將該異形管截斷成預定長度；(4)鍛壓該截斷的異形管的兩端；(5)氣密地將套筒固定在異形管的兩端，一端作為頂部，用于插入到基巖或地面上的錨桿安裝孔中，相反一端作為用于導入加壓流體的部位；和(6)在該相反一端處的套筒上鉆孔，以形成通向異形管內部的加壓流體入口。
全文摘要
高強度鋼管錨桿具有可膨脹錨桿主體，該主體通過下列步驟制成將抗拉強度為490～640N/mm
文檔編號C23C2/06GK1926306SQ20048004032
公開日2007年3月7日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權日2004年1月14日
發(fā)明者仲子武文, 吉田剛之, 松原茂雄, 橘高敏晴, 金澤宏樹 申請人:日新制鋼株式會社, 日新鋼管株式會社