Прокат сталевий для анкерних штанг

Винахід відноситься до металургійної промисловості щодо виробництва прокату для анкерних штанг, які застосовуються у гірничо видобувній, будівельній та інших галузях промисловості для кріплення гірничих виробок, а також кріплення машин та конструкцій до фундаментів за шпуровою технологією. Відомий прокат сталевий періодичного профілю, що містить осердя з поперечним перерізом у формі еліпса з розташованими на поверхні осердя двома подовжніми виступами та поперечними виступами, які розташовані під кутом до подовжньої вісі та йдуть по одній чи двом гвинтовим лініям (ДСТУ 3760-98 «Прокат арматурний для залізобетонних конструкцій. Загальні технічні умови»). Недоліком прокату сталевого під час його застосування для анкерного кріплення є низька міцність закріплення в шпурі багатокомпонентним патронованим закріплювачем. Найбільш близьким за технічною сутністю та результату, що досягається, (прототип) є прокат для анкерних штанг, що містить круглі стержні з похилими виступами постійної висоти, які виконано однозахідною гвинтовою лінією (ТУ 14-1-5254-94). Прокат призначений в основному для армування залізобетонних конструкцій. Параметри такого прокату визначаються за умовою забезпечення максимальної величини зчеплення його з бетоном. Недоліком прототипу під час його застосування для анкерного кріплення, особливо при великих навантаженнях, що призводять до зриву зчеплення, є недостатня міцність на зріз матеріалу закріплювача, розміщеного між виступами прокату, а також неможливість використання високоміцного на стиск матеріалу закріплювача для розклинення штанги в шпурі. В основу винаходу поставлена задача удосконалення конструкції прокату сталевого, у якому за рахунок зміни його геометрії забезпечується підвищення міцності на зріз матеріалу закріплювача, розміщеного між виступами прокату, та використання високоміцного на стиск матеріалу закріплювача для розклинення штанги в шпурі, і за рахунок цього - істотне підвищення несучої здатності закріпленої в шпурі анкерної штанги для широкого спектру гірничо-геологічних умов. Поставлена задача вирішується тим, що в прокаті сталевому, який містить похилі виступи постійної висоти, виконані за гвинтовою лінією, що розділена по довжині стержня діаметрально розташованими подовжніми зрізами, відповідно до винаходу, крок гвинта складає 0,55-0,65 діаметра стержня, виступи виконано у формі нерівнобедреної трапеції. Обраний крок гвинта забезпечує необхідне співвідношення міцності на зріз матеріалу закріплювача, розміщеного між виступами прокату, та величини зусилля зчеплення закріплювача з поверхнею штанги. При цьому нерівнобедрена форма поперечних виступів дозволяє забезпечити роботу високоміцного на стиск матеріалу закріплювача, розміщеного між виступами, для розклинення штанги в шпурі після досягнення навантажень, що призводять до зриву зчеплення закріплювача зі штангою. Оскільки величина зусилля зчеплення пропорційна площі поверхні прокату, а міцність на зріз матеріалу закріплювача, розміщеного між виступами прокату, визначається об'ємом закріплювача між виступами, то оптимальне співвідношення цих показників забезпечує поєднання різних механізмів утримання анкеру в шпурі. Зміни обсягу закріплювача (V), що знаходиться в кільцевому зазорі та площі контакту закріплювача з поверхнею штанги (S) у залежності від кроку гвинта (t), наведено в таблиці 1 та проілюстровано на рисунку 1. Значення t, V і S представлені безрозмірними величинами, де t1=t/dr, V=V1/Vo, S=S1/So, S1 - площа поверхні штанги, So - площа поверхні шпуру, V1 і Vo - обсяги кільцевого зазору між стінками шпуру та стержнем з виступами і без виступів відповідно. Таблиця 1 Зміни обсягу закріплювача між виступами та площі контакту закріплювача з поверхнею штанги в залежності від кроку гвинта Крок Площа контакту Об'єм закріплювача гвинта закріплювача з між виступами (V) (ti) поверхнею штанги (S) 0,1 0,72999 1,28571 0,15 0,81988 1,20961 0,2 0,86479 1,15267 0,25 0,89171 1,10847 0,3 0,90963 1,07317 0,35 0,92241 1,04432 0,4 0,93199 1,02030 0,45 0,93942 1,00000 0,5 0,94535 0,98261 0,55 0,95019 0,96755 0,6 0,95421 0,95437 0,65 0,95760 0,94275 0,7 0,96050 0,93243 0,75 0,96301 0,92320 0,8 0,96519 0,91489 0,85 0,96711 0,90738 0,9 0,96881 0,90055 0,95 0,97032 0,89432 Збільшення обсягу закріплювача між виступами стосовно до прототипу включає в роботу два різних механізми утримання анкера в шпурі, чим уникається можливість висмикування штанги зі шпуру та досягається максимальна несуча здатність, що дорівнює зусиллю розриву штанги. Сутність винаходу пояснюється кресленням, де: - на фіг.1 зображено загальний вид прокату сталевого; - на фіг.2 - перетин А-А фіг.1; - на фіг.3 - перетин Б-Б фіг.1. Прокат сталевий має кругову форму поперечного перерізу з діаметром по виступах (dв) і номінальним (dr) (фіг.2), містить похилі виступи висотою (h) і шириною (b) у формі нерівнобедреної трапеції з кутами нахилу сторін a 1 і a 2 (фіг.3), які виконані за гвинтовою лінією із заданим кроком (t), та діаметрально розташовані подовжні зрізи заданої форми і розмірів ( D ) (фіг. 1). Виготовлення анкерної штанги з прокату сталевого здійснюється шляхом відрізки хвостового кінця перпендикулярно подовжній вісі прокату та робочого кінця під заданим кутом для забезпечення зубилоподібного чи косого зрізу. Прокат у вигляді виробу застосовується таким чином. Штанга анкерна робочим кінцем подається в підготовлений шпур, у який попередньо встановлені полімерні ампули з багатокомпонентним закріплювачем. Шляхом захоплення ключем за подовжні зрізи штанзі надається обертально-поступальний рух, що забезпечує руйнування ампул, перемішування компонентів закріплювача до однорідної суміші, транспортування суміші уздовж шпуру в його донну частину та щільне укладання суміші в кільцевому зазорі між стінкою шпуру і стержнем. Обертання штанги здійснюється праворуч, якщо гвинтова лінія ліва і навпаки. Після цього, шляхом використання гвинтової лінії похилих виступів в якості нарізки, безпосередньо на штангу нагвинчується технологічно необхідна анкерна гайка з відповідною різьбою. Штанга анкерна нерухомо утримується в шпурі затверділим закріплювачем завдяки його зчепленню з поверхнею штанги і поверхнею шпуру. При навантаженнях, близьких до граничних, при яких відбувається зрив зчеплення затверділого закріплювача, штанга утримується за рахунок розклинення її високоміцним закріплювачем (замковий ефект). Даний винахід дозволяє істотно підвищити несучу здатність закріпленої в шпурі анкерної штанги до величини, що обумовлена міцністю металу на розрив, за рахунок обраної геометрії прокату сталевого. За даним винаходом розроблено робочу документацію на дослідну партію прокату сталевого для виготовлення анкерних штанг, споживачами яких є шахти України.