CN102587582B - 一种中空自平衡预应力棒装置的预应力张拉夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空自平衡预应力棒装置的预应力张拉夹具，包括支架、滑动卡片、凸轮，所述的支架为一段直管，所述的凸轮活动安装于支架的一端；管壁上设有至少两个对称的环向开孔，环向开孔与支架内腔彼此连通；至少两个相配合的滑动卡片径向设于所述的环向开孔内，滑动卡片上固设有滑动销，滑动销的头部卡入设于所述凸轮上径向布置的滑动槽内，滑动销在滑动槽中能沿其滑动。本发明夹具制造方便，效果可靠，适应不同的工程需要。

Description

一种中空自平衡预应力棒装置的预应力张拉夹具

技术领域

本发明涉及一种预应力钢棒装置及预应力张拉夹具，尤其是涉及一种具有中空自平衡预应力钢棒以及专用于张拉该预应力钢棒的预应力张拉夹具，应用于土木建筑结构中的混凝土结构加筋、岩土地层中的岩土锚固等。

背景技术

预应力技术出现已有50多年历史，是在加筋混凝土尤其是钢筋混凝土技术发展后出现的一种技术。普通钢筋混凝土结构，主要利用钢筋抗拉强度高来弥补混凝土抗拉能力不足的特点，提高了混凝土结构的整体抗拉、弯、剪、压的能力，使混凝土结构的梁、板等跨度更大，柱、桩等承载力更大。但普通混凝土梁等下部容易出现开裂且变形挠度大，使跨度和承载力及耐久性方面出现不足，使用范围受到制约。预应力技术出现，改变了普通钢筋混凝土不足，使用范围大为扩展。混凝土结构中受拉主力钢筋用预应力筋代替，通过对预应力筋施加预应力，再将力传递到所穿过的混凝土中，使混凝土受压来弥补混凝土抗拉强度不足，提高抗开裂性，使梁板等构件做等更轻跨度更大，提高耐久性。

预应力按施加预应力的手段分先张法和后张法两种。先张法是在一个混凝土构件预制场的预制台上先安装预应力筋，并张拉预应力。再上模板浇混凝土，待混凝土固结达到预定强度时释放预应力使钢筋的预应力传递到混凝土上形成预应力构件。早年的房屋建筑预制混凝土楼板通常用此方法预制。先张法的特点是，工序少且简单，但预应力为直筋，不是曲线，一般为小型构件。可以是钢棒或钢丝。

后张法是在混凝土构件中先预留预应力管道，待混凝土浇筑并固结后达到预定强度时，再穿入预应力筋并张拉，预应力锁定在混凝土构件上将力传递到构件中。其特点是可以直线和曲线筋，可以钢绞线和钢棒，范围广。大型的、复杂的结构，基本采用后张法，缺点是施工工序多。

预应力钢筋有高强钢丝、高强钢绞线和高强钢棒。

高强钢丝和高强钢绞线，单丝通常直径约3.5mm，用碳钢园盘条多次冷拔而成，极限抗拉强度已达1860MPa，广泛用于预应力混凝土构件、岩土工程锚固中，也用在一些缆索中。高强钢绞线通常见7根钢丝绕成一股。

高强钢棒主要有实心精轧螺纹高强钢筋和圆钢棒，用合金钢制成，精轧而成。市场强度可达930Mpa或更高。主要在预应力混凝土梁板的预应力筋，岩土锚杆等。

预应力钢绞线因材料延伸率低，预应力张拉变形小，过短时，小的回缩易预应力失效，不易存储预应力。故做预应力筋一般长度在10m以上。

精轧螺纹高强钢筋在现场张拉时，也易产生上述问题。预应力筋一般长度在4m以上。

综上所述，目前预应力技术需要两方面改进：一是解决短段构件预应力问题，如前所述钢绞线小于10m、钢棒小于4m不适合预应力。二是预应力筋在施加预应力后均不能移动。如大型梁结构需要跨径方向纵向预应力，也需要横向和竖向预应力，梁高4m左右或以下有些部位也需要预应力而现场预应力条件受限等情况；旧结构物加固需要预应力但现场施作预应力有难度等等。为此，需要新的装置和张拉工具来实现改进。

发明内容

本发明提供了一种中空自平衡预应力棒装置，该装置在完成预应力张拉与锁定后可存储预应力，并可搬迁移动和异地安装；该装置安装在新筑的混凝土中待固化后可释放预应力，形成预应力混凝土；或者，该装置安装在岩土地层的钻孔中或既有结构体的孔中固定后可释放预应力，形成预应力加强的岩土体或旧结构体。

本发明还提供了专用于张拉中空自平衡预应力棒装置的一种预应力张拉夹具，该夹具方便进行预应力张拉和锁定，拓宽了预应力使用范围，效果可靠，适应不同的工程需要。

一种中空自平衡预应力棒装置，包括中空棒、末端管孔封头、内撑反力棒、楔形夹片和锁定套筒螺母；

所述的中空棒为一段中空管，头部端头固定有锁定套筒螺母，尾部端头固定有末端管孔封头；

所述的锁定套筒螺母一端内腔有螺纹，与所述的中空棒配合，另一端具有楔形锥面的内腔，容纳楔形夹片；

所述的内撑反力棒，为一段与所述中空棒的内腔配合的杆体，一端支撑在末端管孔封头上，另一端从所述的锁定套筒螺母与楔形夹片内穿过；

所述的楔形夹片的楔面与锁定套筒螺母内部的楔形锥面配合，其楔面尖头朝向远离中空棒的末端管孔封头方向，用以锁定内撑反力棒。

所的锁定套筒螺母为外表面带有四角形、六角形的螺母，便于安装。

所述的锁定套筒螺母包括外套筒螺母和连接螺母，所述的连接螺母有内外螺纹，设于外套筒螺母的一端内腔中并螺纹配合，所述的连接螺母的内螺纹与中空棒的一端螺纹配合。

所述的锁定套筒螺母的外套筒螺母的内腔设有夹具套，所述的夹具套为圆柱体，内腔具有与楔形夹片的楔面配合的楔形锥面。

所述的末端管孔封头为与中空棒外螺纹连接的外堵头、与中空棒内螺纹固定的内堵头或内堵头与外堵头的组合。

所述的中空棒上在头部锁定套筒螺母与尾部末端管孔封头之间的杆体上带有若干个锚固螺母，可以为：在中空棒的头部在锁定套筒螺母的内侧带有锚固螺母；或者所述的中空棒的尾部在末端管孔封头的内侧带有锚固螺母；或者所述的中空棒的头部和尾部均有锚固螺母。

所述的楔形夹片由两片或三片夹片组成，外表面为圆锥面，内表面带有齿纹。

所述的中空棒头部端面与楔形夹片间设有垫圈。

所述的内撑反力棒为一段通长杆体或由一段长杆体和一段短杆体组成。所述的长杆体与短杆体之间设有一个环形对中定向套，所述的环形对中定向套为一段直圆管，管内腔中设有隔断，所述的隔断两侧的管内腔分别与长杆体与短杆体相配合。

所述的中空棒外表面可以为光面形状，以及为其他提高与混凝土或注浆锚固体的粘结力的一切糙面形状，包括螺纹面或带肋面形状等。

本发明装置的预应力方法，包括预应力张拉、锁定和释放，可通过专用的预应力张拉夹具进行张拉。

一种预应力张拉夹具，包括支架、滑动卡片、凸轮，所述的支架为一段直管，所述的凸轮活动安装于支架的一端；管壁上设有至少两个对称的环向开孔，环向开孔与支架内腔彼此连通；至少两个相配合的滑动卡片径向设于所述的环向开孔内，滑动卡片上固设有滑动销，滑动销的头部卡入设于所述凸轮上径向布置的滑动槽内，滑动销在滑动槽中能沿其滑动。

所述的滑动卡片一端带有圆弧卡口，两侧带有滑轨，所述的至少两个滑动卡片的圆弧卡口互相配合形成圆口；所述的滑轨与所述的支架上的环向开孔内壁的滑槽相配合，使滑动卡片能沿所述的环向开孔作径向开合滑动而不能沿支架纵向移动。

所述的凸轮套于支架上，外侧设有固定环，使凸轮能沿支架管壁环向转动但不能沿支架纵向移动。

更进一步，所述的滑动槽为圆弧形，每条滑动槽的一端起点靠近凸轮的内孔边缘，终点靠近凸轮的外径边缘。

本发明的预应力张拉夹具的支架的一端与千斤顶连接，另一端安装可转动并带动滑动卡片开合的凸轮。当所述的凸轮正反时针转动时，通过所述的一组滑动销沿所述的一组滑动槽正反滑动，带动所述的一组滑动卡片作相对方向移动，产生开合动作，使所述的一组滑动卡片的卡口形成的圆口能变大或变小，滑动卡片的卡口能大小开合并卡住所要张拉的中空自平衡预应力棒，实现预应力张拉和锁定，中空自平衡预应力棒装置，可存储有预应力，可搬运、移动和异地安装，安装在新筑的混凝土体中、岩土体或既有结构体的的孔中，固定后释放预应力，形成预应力结构。

本发明装置及夹具制造方便，效果可靠，适应不同的工程需要。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的结构剖视示意图。

图2为图1的A-A位置的剖面图示意图。

图3为图1的B-B位置的剖面图示意图。

图4为本发明的锁定套筒螺母第二种实施方式的结构剖视示意图。

图5为本发明的锁定套筒螺母第三种实施方式的结构剖视示意图。

图6为本发明的内撑反力棒实施的第二种实施方式示意图

图7为本发明的末端管孔封头第二种实施方式的结构示意图。

图8为本发明的末端管孔封头第三种实施方式的结构示意图。

图9为本发明的楔形夹具的一种实施例构造示意图。

图10为本发明在现浇混凝土构件中的一种应用实例(安装阶段)示意图。

图11为本发明在现浇混凝土构件中的一种应用实例(使用阶段)示意图。

图12为本发明在岩土锚固或既有结构物中的一种应用实例(安装阶段)示意图。

图13为本发明在岩土锚固或既有结构物中的一种应用实例(使用阶段)示意图。

图14为本发明预应力张拉夹具的结构示意图。

图15为本发明预应力张拉夹具的各部件装配轴测展开示意图。

图16为本发明装置与预应力张拉夹具、千斤顶的关系展开示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种中空自平衡预应力棒装置，存储有预应力，安装在新筑的混凝土体中、岩土体或既有结构体的的孔中，固定后释放预应力，形成预应力结构。存储预应力时，包括中空棒1、末端管孔封头2、内撑反力棒3、楔形夹片4和锁定套筒螺母5；释放预应力后，包括中空棒1、末端管孔封头2。

中空棒1为一段圆管，头部的一段有外螺纹10，固定有锁定套筒螺母5，其尾部端头固定有末端管孔封头2。优选时所述的中空棒1为细长的等壁厚圆管，长度与管径比在10倍以上，两端头部有外螺纹。

锁定套筒螺母5为一段直通管，一端内腔有螺纹，与所述的中空棒1配合，其另一端有楔形锥面的内腔，容纳楔形夹片4，用以锁定内撑反力棒3。

其末端支撑在末端管孔封头2上，而另一端从所述的锁定套筒螺母5与楔形夹片4内穿过，并通过楔形夹片4锁定。

楔形夹片4的楔面与锁定套筒螺母5的内楔面配合，其楔面尖头朝向远离中空棒1方向。

锁定套筒螺母5为其外表面为四角、六角形的螺母，或者当锁定套筒螺母5长度较长时，其中一段制成四角、六角形。作为优选锁定套筒螺母5外表面为六角形如图2所示。图4为所述的锁定套筒螺母5第二种实施方式的结构剖视示意图。如图4所示，锁定套筒螺母5由外套筒螺母51和连接螺母52两部件组成。所述锁定套筒螺母5内腔装入连接螺母52和楔形夹片4，其位置关系为先安装楔形夹片4，再安装连接螺母52。所述的外套筒螺母51为一段直通管，其外表面形状同前所述，其内腔一端有与连接螺母52配合的内螺纹，其另一端内腔有与楔形夹片4的楔面配合的楔形锥面，容纳楔形夹片4。所述的该连接螺母52为内孔直通的螺母，其有内外螺纹。所述的该连接螺母52安装在外套筒螺母51的一端内腔中并螺纹配合，而其内螺纹与中空棒1的端头螺纹配合。

图5为所述锁定套筒螺母5第三种实施方式的结构剖视示意图。如图所示，锁定套筒螺母5由外套筒螺母51、连接螺母52，夹具套53三个部件组成。所述锁定套筒螺母5内腔装入连接螺母52，夹具套53和楔形夹片4，其位置关系为先将装有楔形夹片4的夹具套53安装就位后，再安装连接螺母52。所述的外套筒螺母51为一段直通管，其外表面形状同前所述，其内腔一端有与连接螺母52配合的内螺纹，其另一端有与夹具套53配合的内腔；所述的该连接螺母52为内孔直通的螺母，其有内外螺纹。所述的该连接螺母52安装在外套筒螺母51的一端内腔中并螺纹配合，而其内螺纹与中空棒1的端头螺纹配合；所述的夹具套53为一端圆柱体，其内腔有与楔形夹片4的楔面配合的楔形锥面，容纳楔形夹片4。

必要时，在锁定套筒螺母内的楔形夹片4端部位置设有环形垫圈6，以利于楔形夹片4与中空棒1头部端面接触。

本发明装置所述的内撑反力棒3，为一段与中空棒3的内腔配合的杆体，优选时为实心圆钢棒，如图3所示。内撑反力棒3从中空棒1内腔中纵向穿过，两者之间有一定的间隙，以考虑受力变形断面影响即中空棒1内腔变小而内撑反力棒3变粗的影响，以及方便置入和取出。内撑反力棒3的长度以能在施加预应力后能在楔形夹片4锁定为准，理想长度为内撑反力棒3的端部与锁定套筒螺母5的端部齐平。

如图5所示，作为优选方案，内撑反力棒3由一段长杆体31和一段短杆体32组成，所述的长段杆31长度与中空棒1接近。如所述的内撑反力棒3外径过小，当插入中空棒1内腔后两者之间的间隙过大时，需在长杆体31与短杆体32之间连接置入一个环形对中定向套33，如图6所示。所述的环形对中定向套33，为一段直圆管，其管内腔中间有隔断而不直通，其管内腔与内撑反力棒(31，32)大小相配合。

末端管孔封头2的功能是起对内撑反力棒3的止推作用和传递力到中空棒1的作用，还要起对中空棒1尾部的增强保护作用，故要有足够的刚度、硬度和韧度。其具体实施方式有如图1的为与中空棒1外螺纹连接的外堵头螺母、如图7,图8所示，为与其内螺纹连接和焊接的内堵头(2b，2c)。或者作为优选方案，末端管孔封头2为内堵头与外堵头的组合使用(2，2a，2c)。

本发明装置所述的楔形夹片4由两片或三片夹片组成，其外表面为圆锥面，其内孔有齿纹41；优选方案为外表面直圆锥面。

根据本发明装置的使用场合不同，所述的中空棒1的两端头通常会有辅助螺母(7,7a)。如在岩土地层中作为岩土锚杆用时，在所述的中空棒1头部在锁定套筒螺母5的内侧带有锚固螺母7，必要时还有垫板15，如图11、图12所示；或者如为提高应力传递性能和锚固效果，所述的中空棒1的尾部在末端管孔封头2的内侧带有锚固螺母7a；在新的模筑混凝土中置入本发明装置时，所述的中空棒1的头部和尾部通常均有锚固螺母(7,7a)。

具体实施时，有时为提高锚固效果，所述的中空棒1的中部任一位置设一个或多个锚固螺母。

中空棒1外表面光面形状，以及为其他提高与混凝土200或注浆锚固体302的粘结力的一切糙面形状，包括螺纹面或带肋面形状等。

图10，图11为本发明在现浇混凝土构件中的一种应用实例示意图。如图10所示为安装阶段情况，将存储有预应力的本发明装置放置在新筑的混凝土200内，安装时，锁定套筒螺母5一端置于模板201外侧，与混凝土隔离，以便释放预应力，如有锚固螺母7时也在模板201外。浇筑的混凝土固结、拆模并到达预定强度后，用扳手将锁定套筒螺母5连同楔形夹片4等从中空棒1上卸下，完成将预应力释放到混凝土200中，使混凝土200承受如箭头205所示的压力，成为预应力混凝土。再用混凝土202将中空棒1外露部分封口即可，如图11所示。

图12、图13为本发明在岩土锚固或既有结构物中的一种应用实例示意图。如图12所示，为安装阶段情况，将存储有预应力的本发明装置插入岩土地层300的岩孔303中。安装时，锁定套筒螺母5一端置于岩孔303外侧，以便释放预应力，如有锚固螺母7或托盘15时也在岩孔外。岩孔303中有锚固体302将本发明与岩孔固结成一体。锚固体302达到预定强度后，用扳手将锁定套筒螺母5连同楔形夹片4等从中空棒1上卸下，完成将预应力释放到岩土地层300中，使地层承受如箭头305所示的压力，如图11所示。此时，实质上本发明装置即为锚杆，起作加固地层或加固既有结构物的作用。按公知技术锚固体302可为注浆固结或锚杆药卷锚固。

在形成预应力结构体后，所述的内撑反力棒3可抽出也可与置入中空棒1中。如抽出内撑反力棒3，需在中空棒1的内腔中水泥浆等胶结材料来填充固结；如不抽出内撑反力棒3，需预先在中空棒1的内腔注入树脂、黄油等防腐材料，使中空棒1与内撑反力棒3之间空隙有防腐材料填充。

本发明装置的预应力方法，包括预应力张拉、锁定和释放，可通过专用的预应力张拉夹具8进行张拉。

如图14、15所示，一种预应力张拉夹具8由支架801、滑动卡片802、凸轮803、滑动销804和固定环805组成。

支架801为一段圆直管，其一端有管内螺纹811与千斤顶连接配合，另一端812外径略小，用于安装凸轮803和固定环805；其中间段管壁有一组两个对称分布的环向开孔810与其内腔及彼此连通。

一组大小相同的两片滑动卡片802一端带有圆弧卡口820，两侧带有滑轨821，两个滑动卡片802的圆弧卡口820互相配合，合拢后形成圆口；滑动卡片802的滑轨821与支架801上的环向开孔810内壁的滑槽813相配合，滑动卡片802相对地安装在所述的支架801的一组环向开孔810内，且紧贴凸轮803，滑动卡片802上固设有相应的一组两个滑动销804，凸轮803上有一组的圆弧形滑动槽830，一组滑动销804卡入凸轮803上相应的一组圆弧形滑动槽830中能沿其滑动，滑动卡片802能沿所述的环向开孔810的径向作开合滑动而不能沿支架纵向移动。

凸轮803套在支架801上能沿管壁环向转动，设固定环805后使其不能沿支架纵向移动。

圆弧形滑动槽830，其每条的一端起点靠近凸轮内孔831边缘。终点靠近凸轮的外径边缘，以增加滑动幅度，进而增大卡口802的开合幅度。所述的圆弧形滑动槽830在所述的凸轮803上环向均匀布置。

图16为本发明装置与预应力张拉夹具、千斤顶的关系展开示意图。本发明装置的预应力张拉与锁定工具包括千斤顶9和专用的预应力张拉夹具8。预应力释放工具为常规的与锁定套筒螺母配合的螺母扳手(无图示)。

1)张拉：在一个安装千斤顶9和预应力张拉夹具8的平台上，将中空自平衡预应力棒的各部件安装就位，在其装有锁定套筒螺母5的一端从预应力张拉夹具8中穿入，其内撑反力棒3的端面与千斤顶9的油缸91端面接触。所述的预应力张拉夹具8有一组能大小开合滑动卡片802，其上有圆弧卡口820，其合上时卡口820卡住中空棒1。

卡口820卡住中空棒1位置在锁定套筒螺母5的内侧54，卡口820顶住锁定套筒螺母5的端面54。张拉时，预应力张拉夹具8、锁定套筒螺母5和千斤顶9组成受力自平衡体系。或者：

卡口820卡住中空棒1位置在锚固螺母7的内侧71，使卡口面81a顶住锚固螺母7的端面71，张拉时，张拉预应力张拉夹具8、锚固螺母7和千斤顶9组成受力自平衡体系。

当开动千斤顶9工作，油缸91按箭头100方向运动，推动内撑反力棒3受压，通过末端管孔封头2反力于中空棒1，使中空棒3产生与内撑反力棒3等值的拉力(箭头方向101、102)。当张拉达到预定预应力值时，张拉完成。

2)锁定：千斤顶9反向工作，油缸91回缩。此时楔形夹片4锁定内撑反力棒3，防止回缩，其预应力锁定并存储在该本发明装置中：形成中空棒1、锁定套筒螺母5为拉力、内撑反力棒3为压力的自平衡体系。

3)释放：将存储有预应力的中空自平衡预应力棒装置安装在结构体(200，300)中，当所述装置被固结或固定(200，302)达到预定强度后，解除锁定套筒螺母5，其预应力(205,305)释放在结构体(200，300)中形成预应力结构。

Claims (3)

1.一种中空自平衡预应力棒装置的预应力张拉夹具，其特征在于：包括支架(801)、滑动卡片(802)、凸轮(803)，所述的支架(801)为一段直管，所述的凸轮(803)活动安装于支架(801)的一端；管壁上设有至少两个对称的环向开孔(810)；至少两个相配合的滑动卡片(802)径向设于所述的环向开孔(810)内，滑动卡片(802)上固设有滑动销(804)，滑动销(804)的头部卡入设于所述凸轮(803)上径向布置的滑动槽(830)内。

2.根据权利要求1所述的预应力张拉夹具，其特征在于，所述的滑动卡片(802)一端带有圆弧卡口(820)，两侧带有滑轨(821)，所述的至少两个滑动卡片(802)的圆弧卡口(820)互相配合；所述的滑轨(821)与所述的支架(801)上的环向开孔(810)内壁的滑槽(813)相配合。

3.根据权利要求1或2所述的预应力张拉夹具，其特征在于，所述的滑动槽(830)为圆弧形，每条滑动槽(830)的一端起点靠近凸轮(803)的内孔边缘，终点靠近凸轮(803)的外径边缘。