[0031](1)環(huán)形形狀記憶合金構件10的制備:在合金母相狀態(tài)下采用機械加工工序，將形狀記憶合金坯料加工成環(huán)形的初始合金構件，初始合金構件柱體的內(nèi)徑和桿體2外徑相同，然后對其進行形狀記憶處理，在比相變轉變溫度低很多的溫度環(huán)境下，對處于馬氏體狀態(tài)的合金構件進行機械壓縮變形，最終將其加工成為環(huán)形形狀記憶合金構件10;由于應力引起了馬氏體相變，使得壓縮結束后，環(huán)形形狀記憶合金構件10留下了很大的殘余變形，此時形狀記憶合金構件10高度已經(jīng)大于初始合金構件的高度，而其外直徑尺寸卻小于初始合金構件的，兩者內(nèi)徑相同，此時的環(huán)形形狀記憶合金構件10在一定的溫度范圍內(nèi)只具有單程形狀記憶效應，此過程設置的相變轉變溫度應稍微低于擴大處巖土體5的溫度。
[0032](2)形狀記憶合金錨桿的形成:在低于相變轉變溫度下，將環(huán)形形狀記憶合金構件10套在桿體2的端部，通過桿體2端部的承臺9使兩者組合連接成一體，即構成形狀記憶合金銷桿；
[0033](3)圓柱型合金錨桿錨固體系的形成:對形狀記憶合金錨桿進行防腐處理，然后再將形狀記憶合金錨桿迅速地安放到巖土體5的預鉆孔內(nèi)，得到了圓柱型合金錨桿錨固體系;
[0034](4)擴大型合金錨桿體系的形成:依靠巖土層所在處的溫度，環(huán)形形狀記憶合金構件10逐漸升高到相變轉變溫度后，合金材料本身便會自動地進行馬氏體逆相變轉變，而發(fā)生單程形狀記憶回復效應，使其高度減少，外環(huán)直徑擴大，并最終轉變成為大直徑環(huán)狀的合金構件1，成為擴大型合金錨桿體系；
[0035](5)獲得擴大型合金錨桿錨固結構:等到環(huán)形形狀記憶合金構件10完全發(fā)生形狀記憶回復后，通過構筑物4、緊固器6、托板7以及臺座8對擴大型合金錨桿體系進行張拉和鎖定，得到擴大型合金錨桿錨固結構。
[0036]在所述步驟(3)中安放形狀記憶合金錨桿之前，保障環(huán)形形狀記憶合金構件10的溫度低于其相變轉變溫度。
[0037]所述步驟(3)中放形狀記憶合金錨桿之前，在巖土體5的預鉆孔內(nèi)設置定中器3。適用于巖土體5內(nèi)的預鉆孔的孔徑較大時，來對形狀記憶合金錨桿定位，使其安置于預鉆孔的中心，防止桿體2產(chǎn)生過大的撓度和插入預鉆孔時攪動孔壁，以及保證桿體2有足夠厚度的水泥漿保護層。
[0038]所述巖土體5中預鉆孔的孔徑接近桿體2的外徑尺寸，以減少孔周圍的巖土體5擾動;預鉆孔的深度與錨桿的長度相接近，預鉆孔的傾角以10°?35°為宜。
[0039]如圖2所示，此結構具體的錨固工作機理是:當擴大型合金錨桿錨固結構的桿體2受力時，拉力首先通過桿體2傳到大直徑環(huán)狀的合金構件1，然后，又由大直徑環(huán)狀的合金構件1通過巖土介質(zhì)間的粘結摩阻強度傳到其周圍巖土體5中，最終通過擴大型合金錨桿錨固結構起到了加固巖土體5的作用。
[0040]由上述結構可見，本發(fā)明通過在傳統(tǒng)的錨桿錨固結構的基礎上，把原來由水泥砂漿或水泥漿組成的錨固體改為大直徑環(huán)狀的合金構件1來代替，借助于形狀記憶合金(如鎳鈦合金)本身具有的優(yōu)點，即較大的回復力和變形、較高的耐腐蝕性、較高的強度、較好的塑性等特性，此外還具有比重小、疲勞壽命長和環(huán)境因素影響小等優(yōu)點，進而大大降低了錨桿錨固結構在應用中的局限性，所以錨桿的錨固體就不必依靠水泥砂漿或水泥漿來提供錨固力，而是簡單地通過環(huán)形形狀記憶合金構件10來達到目的。同時，灌漿錨固體的控制就轉化為對環(huán)形形狀記憶合金構件10的記憶效應處理，而記憶效應的處理只需根據(jù)工程的需要對記憶合金構件進行一定的熱-機械加工工序即可，這樣對現(xiàn)場施工來說，其施工工藝和設備簡單、操作方便、效果安全可靠。由此可見，記憶合金錨桿錨固結構不僅提高了結構的抗拔力、耐久性和適用范圍，而且還表現(xiàn)在其施工工藝簡單、可靠、投資和造價費用低等優(yōu)點。因此，相對傳統(tǒng)的施工工藝，本發(fā)明具有施工的預應力損失低，抗拔(錨固)力高，造價成本低等優(yōu)點，采用記憶合金進行結構重新設計，使錨桿錨固結構的性能、適用性等得到很大的改善和提尚。
[0041]以上所述本領域設計技術人員應當理解本發(fā)明的主體思路，雖然本發(fā)明是對一個簡單的圓(環(huán))形截面的擴大型合金錨桿錨固結構進行描述的，但是本發(fā)明適用范圍并非僅僅局限于此。舉例來說，本領域技術人員完全可以將大直徑環(huán)狀的合金構件1設計為扇葉形或牙齒形等其它形式，又可將其擴展為連續(xù)的擴大型合金錨桿錨固結構，還可以將其設計成為合金錨索錨固結構等等，結合本實施例附圖進行具體的描述僅僅是為了清楚說明本發(fā)明的思路，本領域設計技術人員應當理解其精髓，只要利用記憶合金進行錨固結構設計的思想均為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種擴大型形狀記憶合金錨桿的支護結構，包括桿體和巖土體，其特征是:在所述桿體的端部具有承臺結構，環(huán)形形狀記憶合金構件套設在桿體的端部，通過承臺將二者組合連接構成一體的形狀記憶合金錨桿，巖土體內(nèi)設有預鉆孔，形狀記憶合金錨桿插設在預鉆孔內(nèi)，完全發(fā)生形狀記憶回復的形狀記憶合金構件構成的形狀記憶合金錨桿，再通過構筑物、緊固器、托板以及臺座鎖定。2.根據(jù)權利要求1所述的一種擴大型形狀記憶合金錨桿的支護結構，其特征是:所述巖土體的預鉆孔的孔徑略大于桿體的尺寸，預鉆孔的深度與錨桿的長度相接近，預鉆孔的傾角為10°?35°。3.根據(jù)權利要求1所述的一種擴大型形狀記憶合金錨桿的支護結構，其特征是:在所述巖土體的預鉆孔內(nèi)設置定中器。4.一種使用權利要求1所述的擴大型形狀記憶合金錨桿的錨固施工工藝，其特征是:包括如下步驟: (1)環(huán)形形狀記憶合金構件的制備:在合金母相狀態(tài)下采用機械加工工序，將形狀記憶合金坯料加工成形為環(huán)形的初始合金構件，初始合金構件柱體的內(nèi)徑和桿體外徑相同，然后對其進行形狀記憶處理，在比相變轉變溫度低很多的溫度環(huán)境下，對處于馬氏體狀態(tài)的合金構件進行機械壓縮變形，最終將其加工成為環(huán)形形狀記憶合金構件； (2)形狀記憶合金錨桿的形成:在低于相變轉變溫度下，將環(huán)形形狀記憶合金構件套在桿體的端部，通過桿體端部的承臺使兩者組合連接成一體，即構成形狀記憶合金錨桿； (3)圓柱型合金錨桿錨固體系的形成:對形狀記憶合金錨桿進行防腐處理，然后再將形狀記憶合金錨桿迅速地安放到巖土體的預鉆孔內(nèi)，得到了圓柱型合金錨桿錨固體系； (4)擴大型合金錨桿體系的形成:依靠巖土層所在處的溫度，環(huán)形形狀記憶合金構件逐漸升高到相變轉變溫度后，合金材料本身便會自動地進行馬氏體逆相變轉變，而發(fā)生單程形狀記憶回復效應，使其高度減少，外直徑擴大，并最終轉變成為大直徑環(huán)狀的合金構件1，成為擴大型合金錨桿體系； (5)獲得擴大型合金錨桿錨固結構:等到環(huán)形形狀記憶合金構件完全發(fā)生形狀記憶回復后，通過構筑物、緊固器、托板以及臺座對擴大型合金錨桿體系進行張拉和鎖定，得到擴大型合金錨桿錨固結構。5.根據(jù)權利要求4所述的一種擴大型形狀記憶合金錨桿的錨固施工工藝，其特征是:在所述步驟(3)中安放形狀記憶合金錨桿之前，保障環(huán)形形狀記憶合金構件的溫度低于其相變轉變溫度。6.根據(jù)權利要求5所述的一種擴大型形狀記憶合金錨桿的錨固施工工藝，其特征是:所述步驟(3 )中放形狀記憶合金錨桿之前，在巖土體的預鉆孔內(nèi)設置定中器。7.根據(jù)權利要求4或5或6所述的一種擴大型形狀記憶合金錨桿的錨固施工工藝，其特征是:所述巖土體中預鉆孔的孔徑接近桿體的外徑尺寸，預鉆孔的深度與錨桿的長度相接近，預鉆孔的傾角為10°?35°。
【專利摘要】一種擴大型形狀記憶合金錨桿以及其錨固施工工藝，其錨桿支護結構包括桿體和巖土體，在所述桿體的端部具有承臺結構，環(huán)形形狀記憶合金構件套設在桿體的端部，通過承臺將二者組合連接構成一體的形狀記憶合金錨桿，巖土體內(nèi)設有預鉆孔，形狀記憶合金錨桿插設在預鉆孔內(nèi)，完全發(fā)生形狀記憶回復的形狀記憶合金構件構成的形狀記憶合金錨桿，再通過構筑物、緊固器、托板以及臺座鎖定；關鍵的施工工藝為制備環(huán)形形狀記憶合金構件，繼而形成形狀記憶合金錨桿、圓柱型合金錨桿錨固體系和擴大型合金錨桿體系，最終獲得擴大型合金錨桿錨固結構。本發(fā)明能夠提高錨桿結構的錨固力(抗拔力)、耐久性和適用范圍，達到對巖土體支護的目的，并且施工工藝簡單，操作方便，效果安全可靠。
【IPC分類】E02D5/76, E21D21/00
【公開號】CN105484261
【申請?zhí)枴緾N201511029578
【發(fā)明人】智友海, 史向平
【申請人】徐州工程學院
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月31日