CN104563110A - 剪式恒力仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种剪式恒力仪及其使用方法，包括动刀板、静刀板，动刀板、静刀板大体呈板状结构，其中静刀板与动刀板上都设置有定位孔和数个插孔，动刀板放置在静刀板之上，且静刀板与动刀板上的定位孔和数个插孔位置对应，定位孔内插入连接件将动刀板与静刀板活动的连接在一起，动刀板和静刀板都能够以连接件为轴心相互转动，插孔内插入标定件；动刀板或者静刀板的尾端设置限位件，当动刀板与静刀板沿着连接件转动时，限位件限制动刀板与静刀板的转动角度；静刀板的前端用来连接紧张器，外力通过杠杆、剪切原理将力传递给紧张器，从而在拉杆内产生拉力。本发明造价低廉、携带方便、保证精度、操作快捷、提高功效，节省人力，解决了现有技术存在的缺点。

Description

剪式恒力仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种剪式恒力仪及其使用方法，是拉杆施加预紧力的装置。

背景技术

以往的板桩码头，对拉杆的初拉力设计仅提出定性要求，即“受力均匀”等。随着地下连续墙板桩码头结构大量涌现及其吨位的不断提高，设计对码头结构主要受力部件钢拉杆的制造、安装预紧工艺也提出了更高的要求，拉杆安装后对初拉力的要求由原来定性提高到现在的定量，有些项目还提高了对施加初拉力精度的要求。

码头拉杆最初是应用在板桩码头结构中，由于板桩是预制而成，其构件受工艺限制，板长大部分为十多米，码头吨位较小，因此设计对拉杆的安装只有均匀拉紧的定性技术要求。通常的施工方法是由安装人员用板扳手拧紧拉杆螺母为止。

90年代初，地下连续墙板桩结构码头首次在京唐港7、8号舶位的建成，当时码头吨位较小，经过二十多年迅猛发展，这种结构的码头吨位已发展到4万-7万吨级，这不仅使前墙(地下连续墙。下同)厚度、深度有较大增加，也使拉杆断面尺寸加大，同时对拉杆制造、安装预紧工艺及功效提出了更高要求。

现有技术的技术方案：拉杆初拉力的施加，现有方法是通过读取夹在与拉杆紧张器并列的千斤顶的度数控制的。该方法是将卧式千斤顶固定两端通过专用夹具，分别卡住拉杆紧张器两侧的拉杆，当安装人员旋紧张器紧时，千斤顶压力增大到设计要求初拉力时，紧张器停止旋紧，然后拆卸专用夹具，施加初拉力工序完成。

现有技术的缺点：

设备复杂、操作困难，功效低；

千斤顶与拉杆连为一体，施加时表针易抖，不稳定；

大断面钢拉杆被夹部位需在拉杆上设专用夹具部位，提高造价。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：

地连墙结构板桩码头地连墙在开挖前，两侧所受压力相等，其处于平衡稳定状态。当港池开挖时，前墙海测土方即被挖除后，前墙海测土压力被水压力取代，两侧水平力失去平衡，为了维持新的平衡，通常是在陆域打设锚锭墙，并通过拉杆将锚定墙与前墙连接，旋紧钢拉杆紧张器，使前墙不会因海水侧开挖而出现水平力有较大的不平衡。

地连墙结构板桩码头的地下连续墙施工工艺是一片一片在泥浆中完成的，这种结构特点是，主体单元较小，相互连接欠佳，致使码头整体的刚性较差，要想克服这一服先天不足，提高钢拉杆初拉力的均匀性就显得格外重要。本发明主要解决钢拉杆安装后施加初拉力的工艺、精度，及提高功效。实现上述目的的技术方案如下：

剪式恒力仪，其特征在于：包括动刀板、静刀板，动刀板、静刀板大体呈板状结构，其中静刀板与动刀板上都设置有定位孔和数个插孔，动刀板放置在静刀板之上，且静刀板与动刀板上的定位孔和数个插孔位置对应，定位孔内插入连接件将动刀板与静刀板活动的连接在一起，动刀板和静刀板都能够以连接件为轴心相互转动，插孔内插入标定件；动刀板或者静刀板的尾端设置限位件，当动刀板与静刀板沿着连接件转动时，限位件限制动刀板与静刀板的转动角度；静刀板的前端用来连接紧张器，施加在动刀板上的力矩通过静力板传递给紧张器。每个插孔的内径都不相同，方便插入不同直径的标定杆。

而所述插口的孔径为3-6mm，每个插口的孔径尺寸不一样，分别对应不同初拉力的标定件。

剪式恒力定设备造价低廉、携带方便、保证精度、操作快捷、提高功效，节省人力，解决了现有技术存在的缺点。

附图说明：

图1为本发明整体示意图

图2为静刀板示意图

图3为动刀板示意图

图4为本发明与紧张器连接时的示意图

图5为测试标定件时的一个示意图

图6为本装置具体使用时的示意图

图7为拉杆旋转时螺旋副示意图

图8为紧张器所示力矩示意图

图9为本发明示意图

附图及附图序号说明：动刀板1、静刀板2、定位孔3、数个插孔4、螺栓5、凹槽6、销轴7、限位孔8、滑槽9、施力轴10、加力杆11、紧张器12、拉杆13、前墙A、锚锭墙B、剪式恒力仪C、拉杆L、

具体实施方式

首先简单介绍下本发明中出现的技术术语。

地下连续墙结板桩构码头：

与板桩码头比较其构建物较大，但由于工艺决定，它不像板桩码头一样因两片之间有过度(混凝土、砂浆等)连接，整体性较好。目前的地下连续墙构码头每片之间只有凹凸半圆头对接，理论上讲两片体间还夹有泥皮夹层，其整体刚度不甚理想，因此，通过拉杆结构初拉力的控制提高码头刚性是非常重要的一个环节。

拉杆L：拉杆L由钢质材料制造，通过它将前墙A与锚锭墙B连为一体。防止港池开挖后因前墙两侧失去平衡；拉杆直径一般为40---80厘米，长度要依所在地层条件而定。拉杆结构一般不少于四节，两端两节部分埋入锚锭墙及前墙上部的帽梁；中间两根用紧张器(正反螺纹)连为一根，两端分别与漏在锚锭墙及前墙外面的拉杆连接。

剪式恒力仪C：在地下连续墙结板桩构码头中，为了提高该结构码头整体刚度，使前墙水平方向受力均匀是非常重要的技术措施之一。拉杆安装质量，特别是初拉力的控制，就成了上述问题的关键。剪式恒力仪就是为了适应拉杆安装的要求而研发的一个装置。

下面结合附图对本发明做详细的说明。

剪式恒力仪，包括动刀板1、静刀板2，动刀板1、静刀板2大体呈板状结构，其中静刀板与动刀板上都设置有定位孔3和数个插孔4，动刀板放置在静刀板之上，且静刀板与动刀板上的定位孔和数个插孔位置对应，定位孔内插入连接件将动刀板与静刀板活动的连接在一起，连接件优选螺栓5，动刀板和静刀板都能够以螺栓为轴心转动，插孔内插入标定件；动刀板或者静刀板的尾端设置限位件，当动刀板与静刀板沿着连接件转动时，限位件限制动刀板与静刀板的转动角度。

静刀板的前端具有一凹槽6，凹槽内具有销轴7，凹槽内适配的卡入紧张器12，销轴插入紧张器12内，紧张器的轴向方向与静刀板垂直。

所述限位件优选在静刀板上设置限位孔8，位于插孔的后方；动刀板上设置滑槽9，螺栓穿过滑槽和限位孔，动刀板与静刀板沿着螺栓转动时，滑槽的封闭端限制螺栓的滑动，控制动刀板与静刀板的转动角度。

当然也可以直接在静刀板上直接形成凸出轴，凸出轴直接插入滑槽内，无论选用哪种方式，只要能起到限位的作用皆可。动刀板的尾部延伸出一施力轴10，施力轴10上套接加力杆11，方便人工进行施力。

本装置通过螺栓将动刀板、静刀板连接为一体，但相互可以转动，并且通过螺栓和滑槽的配合使动刀板、静刀板的相互转动限制在一定角度范围内，以垂直水平面的垂直线为基准，转动角度限制在±20度之间为佳；由于静刀板的前端销轴与紧张器连接，其与紧张器的轴向方向垂直，当标定件插入插口内，动刀板沿转动切向方向受到外力时，外力通过杠杆、剪切原理将力传递给紧张器，从而在拉杆内会产生拉力。静刀板、动刀板设三组不同直径的标定件插孔，直径分别为3、5、6毫米，标定件直径的确定要根据对设计的拉杆内力要求而定。当剪切外力达到预设的初拉力时，插口内的标定件会被剪断，此时就可以停止施力。而设置成不同直径的插孔，是为了方便应对不同的初拉力。在插口内镶嵌刀口(图中未示出)，刀口处的硬度和强度会很高，不仅耐磨，锋利的刀口会使标定件断裂时产生的冲击力不会对刀口处造成损伤，从而保护插孔，延长本装置的使用寿命。

下面简单的介绍下本装置的原理及其使用方法：

外力W经过杠杆原理在动刀板上产生一个变大了的p1力，该力使标定件受到剪切力Q，同时在静刀板上产生与紧张器轴线相切的p2力，由于静刀板与拉杆紧张器连为一体，从而在紧张器上形成一扭矩，使紧张器可以旋紧。

当紧张器旋紧时，依据螺旋副原理在拉杆轴线方向便产生了轴向拉力，即初拉力。要施加初拉力，就必须旋紧紧张器，p1力必须增加，标定件受到的剪力也随之增大，当标定件被剪切破坏时，剪力达到最大、扭矩也最大。如果把标定件破坏时产生的拉力设定为设计要求拉力(即初拉力)，只要保证受剪切的标定件不变，就总能得到一个恒力。

图7为拉杆螺旋副的示意图。根据螺纹机构原理可知，轴向力(初拉力)F’与螺纹中径处的圆周力Ft有着如下关系：

$F^{\′}=\frac{\mathrm{Ft}}{\mathrm{tg}(\mathrm{\λ}+{\mathrm{\ρ}}^{\′})}$ ......................................(一)

式中：

ρ＝arctgf′

$f^{\′}=\frac{f}{\cos \mathrm{\β}}$

式中符号代表是：

λ——螺旋开角

ρ’——当量摩擦角

f’——当量摩擦系数

β——牙型斜角

f——摩擦系数如图7所示。

图8是拉杆预紧时作用在紧张器上的力系。外力W通过杠杆原理动刀板上产生P1，P1通过受剪试件的剪力Q，在静刀板上产生P2，因静刀板与紧张器已连接，此力便可在紧张器上产生扭矩M。根据扭矩平衡及力的传递原理，有如下关系：P₂*H＝Ft*h

P₂＝Q＝P₁

则：

$\mathrm{Ft}=\frac{\mathrm{QH}}{h}$ .......................................(二)

其中：

Q＝τA.......................................(三)

把此式带入式(二)和(三)代入式(一)，则

$F^{\′}=\frac{\mathrm{A\τH}}{\mathrm{tg}(\mathrm{\λ}+{\mathrm{\ρ}}^{\′})h}$

式中符号代表是：

Ft——螺纹中径处圆周力

Q——剪切力

H——剪力Q的力矩

h——螺纹中径处Ft的力矩

τ——剪切强度限

A——被剪切标定件截面

在上式中，因紧张器和剪式恒力仪的材质、尺寸、螺纹参数不变，H、h、A、τ、ρ’都是定值，因此得出：轴向力F’(初拉力)只随被剪截面A而改变，我们只要确定标定件被剪断时产生的轴向力F’(初拉力)与设计要求初拉力相等的截面，就能得到恒定初拉力。

本装置的具体使用方法是：

首先把前墙分为若干段，分段进行初拉力施加，每段前墙一般分配10根调节拉杆，每个紧张器12与数根拉杆形成一根调节拉杆，紧张器12的两侧分别连接一根拉杆13，而拉杆的两侧会再分别连接拉杆，具体拉杆的数量会根据具体情况进行调整，紧张器与拉杆安装关系和现有技术是相同的，调节拉杆与前墙具体连接如图6所示。

之后进行逐级加载，加载时分为两个阶段进行加载，不要一次加载到位，即需要加载两遍初拉力，第一遍加载初拉力时先加载到预设初拉力的80％，第二遍加到100％；

第一遍加载顺序是先紧奇数位置的调节拉杆，即第一、三、五、七、九根，后紧偶数位置的调节拉杆，即第二、四、六、八、十根；

施加初拉力前，操作人员把动刀板、静刀板的各孔位对正，插入标定件后，在加力杆上沿动刀板转动切向方施加外力，当置于插口内的标定件没被剪断时，动力板、静力板是一体，本装置带动紧张器旋紧，使拉力逐渐加大。当标定件受剪力最大时(即达到本发明设定时的初拉力)，标定件被剪断，动刀板、静刀板不再联动，紧张器停止旋紧，达到设计要求时的拉力，这里的不再联动是指标定件被剪断，不再因为标定件的限制而使静刀板与动刀板可在一定范围内摆动。

由于标定件材质、截面不变，每次剪切力、扭矩就不变，这就保证了拉杆轴向力是一个恒定的初拉力。

剪式恒力仪装置就是利用标定件被剪断时外力形成的扭矩，完成对拉杆初拉力的控制，使拉杆轴向拉力达到设计要求初拉力。

对拉杆的初拉力要求应根据不同的工程要求设定，使用时更换被剪试件的材料或截面就可获得不同的初拉力。该截面大小可粗估，由于这中间干扰因素较多，所以最终应由实际标定来确定。

实测标定试件，可在室内工作台上进行，也可利用现场的方便条件，就地标定，但无论在哪里，都要把拉力计D串在被测的拉杆中间，如图5所示。

标定前，应根据粗估结果，提前准备一些由不同材质、截面不等的试件。我们的目的就是通过剪切这些不同的试件，找出拉力仪读数与设计要求初拉力值最接近的这种标定件。诸多的实验使我们得出：剪力相等时，截面大、强度低的材料与界面小、强度高的材料相比，前者精度会更高。因此，为了减小初拉力的误差，标定试件应尽可能地选用剪切强度较低的材料。初步确定了的试件，不应马上作为正式计量使用，而是还应再做几组剪切实测，只有当这几组数据的平均误差值小于原来允许误差时，方可正式确认此标定件可以使用。标定材料的硬度要小于刀口的硬度，其HRC＜45；插口轴向间隙要恒定。

以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围内。

Claims (9)

1.剪式恒力仪，其特征在于：包括动刀板、静刀板，动刀板、静刀板大体呈板状结构，其中静刀板与动刀板上都设置有定位孔和数个插孔，动刀板放置在静刀板之上，且静刀板与动刀板上的定位孔和数个插孔位置对应，定位孔内插入连接件将动刀板与静刀板活动的连接在一起，动刀板和静刀板都能够以连接件为轴心相互转动，插孔内插入标定件；动刀板或者静刀板的尾端设置限位件，当动刀板与静刀板沿着连接件转动时，限位件限制动刀板与静刀板的转动角度；静刀板的前端用来连接紧张器。

2.根据权利要求1所述的剪式恒力仪，其特征在于：所述静刀板的前端设置凹槽，凹槽内具有销轴，销轴插入紧张器内，紧张器的轴向方向与静刀板垂直，保证扭矩的传递。

3.根据权利要求1所述的剪式恒力仪，其特征在于：所述限位件包括限位孔、螺栓，其中限位孔设置在静刀板上，位于插孔的后方；动刀板上设置滑槽，螺栓穿过滑槽和限位孔，动刀板与静刀板沿着连接件转动时，滑槽的封闭端限制螺栓的滑动。

4.根据权利要求1所述的剪式恒力仪，其特征在于：所述限位件为一设置在静刀板上的凸出轴，凸出轴位于插孔的后方，且凸出轴垂直静刀板；动刀板上设置滑槽，凸出轴穿过滑槽，动刀板与静刀板沿着连接件转动时，滑槽的封闭端限制凸出轴的滑动。

5.根据权利要求1所述的剪式恒力仪，其特征在于：所述动刀板的尾部延伸出一施力轴，施力轴上套接加力杆。

6.根据权利要求1所述的剪式恒力仪，其特征在于：所述插口的孔径为3-6mm。

7.根据权利要求1所述的剪式恒力仪，其特征在于：所述插口内镶嵌刀口。

8.剪式恒力仪的使用方法，其特征在于：首先把前墙分为若干段，每一个紧张器的两端分别连接一根拉杆，每根拉杆的另外一端分别连接前墙与锚锭墙，每个紧张器与两根拉杆形成一根调节拉杆，每段前墙与锚锭墙之间平行且间隔的设置数根调节拉杆，之后剪式恒力仪的前端插入在紧张器上，通过对剪式恒力仪施力旋紧拉杆与紧张器之间的拉力，加载拉力时，先加载预设初拉力的80％，每根调节拉杆的初拉力加载完毕后再进行第二遍初拉力的加载，第二遍初拉力加载到预设初拉力的100％。

9.根据权利要求8所述的剪式恒力仪的使用方法，其特征在于：每段前墙与锚锭墙之间设置十根调节拉杆，第一遍加载初拉力时先加载排列在奇数位置的调节拉杆，后再加载偶数位置的调节拉杆。