CN108360538A - 预应力锚索 - Google Patents

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Abstract

本发明预应力锚索，属于锚固技术领域，目的是避免注浆和养护工序，缩短预应力获得时间。包括钢丝绳和外套管；所述钢丝绳设置于外套管内，其张拉端与外套管的顶端固定连接；所述钢丝绳上沿其轴向设置有一组挤压结构；所述外套管上沿其轴向设置有一组传力结构；组内的各个传力结构与挤压结构一一对应，且各个挤压结构分别与对应的传力结构相抵，在挤压结构的挤压作用下，对应的传力结构沿外套管径向向外扩张。本预应力锚索，节约了向锚固孔内注浆工序，降低了混凝土成本，同时避免了注浆时，水泥等对现场的污染；也正是因为节约了注浆工序，从而节约了混凝土养护时间，缩短了预应力的获得周期，也缩短了整个施工周期。

Description

预应力锚索
技术领域
本发明属于锚固技术领域，具体的是预应力锚索。
背景技术
预应力锚索广泛应用于基坑、边坡等支护体系中，其由钻孔穿过软弱岩层或者滑动面，把一端固定在坚硬岩层中(称内锚头)，然后在自由端(称外锚头)进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩层进行锚固。目前，预应力锚索施工过程通常为：钻锚固孔—将预应力锚索安装于锚固孔内—向锚固孔内注浆—混凝土养护—张拉预应力锚索获得预应力。但是，该过程，需要混凝土强度达到75％以上才能进行张拉，即混凝土养护等待的时间较长，从而使得整个支护体预应力的获得时间较晚。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种预应力锚索，避免注浆和养护工序，能直接张拉，缩短预应力获得时间。
本发明采用的技术方案是：预应力锚索，包括钢丝绳和外套管；所述外套管一端为与所述钢丝绳锚固端相邻的末端，另一端为与所述钢丝绳张拉端相邻的顶端；所述钢丝绳的锚固端自由设置于外套管内，其张拉端沿外套管轴向延伸至外套管外并与外套管的顶端固定连接；所述钢丝绳上沿其轴向设置有一组挤压结构；所述外套管上沿其轴向设置有一组传力结构；组内的各个传力结构与挤压结构一一对应，且各个挤压结构分别与对应的传力结构相抵，在挤压结构的挤压作用下，对应的传力结构沿外套管径向向外扩张。
进一步的，所述传力结构包括套环和设置于套环上的一组均匀分布的传力杆；所述套环套装于外套管并与外套管固定连接；每根传力杆与套环铰接，且每根传力杆包括由铰接点处向外套管的末端所在侧延伸的第一传力段和由铰接点处向外套管的顶端所在侧延伸的第二传力段；在外套管与传力杆对应的管壁上设置有贯通至外套管内腔的容传力杆通过的开口；所述第一传力段的端部通过开口伸入外套管的内腔，所述第二传力段的端部通过开口伸至外套管的外部。
进一步的，所述传力杆呈折线状，所述第二传力段位于外套管的外段的外壁与所述第一传力段的轴线之间，所述外套管的外段为外套管上设置有该传力杆至其顶端之间的一段区域。
进一步的，所述传力杆在外套管的管壁上的正投影为直线状。
进一步的，所述传力杆上设置有铰孔，所述套环穿过铰孔与传力杆相铰接。
进一步的，当传力杆处于极限扩张状态时，所述第一传力段的端部抵靠钢丝绳的表面，且第一传力段与钢丝绳的张拉段间呈5°～15°的夹角；所述钢丝绳的张拉段为钢丝绳与第一传力段的端部接触处至其张拉端之间的一段区域。
进一步的，所述挤压结构为挡块；在挡块中部设置有安装孔，并在挡块侧壁沿安装孔径向设置有与挡块螺纹配合连接的一组定位螺栓；所述钢丝绳穿入安装孔内，所述定位螺栓端部顶靠钢丝绳外壁。
进一步的，所述挡块的工作面呈沿其轴向向内凹陷的凹面，所述挡块的工作面为挡块与传力杆相接触的一面。
进一步的，一组中的相邻两颗定位螺栓沿挡块轴向错位排列。
本发明的有益效果是：本发明，通过在所述钢丝绳上沿其轴向设置有一组挤压结构，在外套管上沿其轴向设置有一组传力结构，且挤压结构作用于传力结构，来对抗张拉钢丝绳的拖拽力，将预应力传递到锚固孔的孔壁，除钢丝绳的锚固端及张拉端外，增加了传力点，分散了预应力的传递路径，从而提高了预应力锚索的承载能力，满足支护结构的持续受力要求，能够适应支护结构的较大变形。本预应力锚索，节约了向锚固孔内注浆工序，降低了混凝土成本，同时避免了注浆时，水泥等对现场的污染；也正是因为节约了注浆工序，从而节约了混凝土养护时间，缩短了预应力的获得周期，也缩短了整个施工周期。
附图说明
图1为本发明未工作状态下结构示意图；
图2为本发明工作状态下结构示意图；
图3为钢丝绳结构示意图；
图4为钢丝绳横向截面图；
图5为外套管结构示意图；
图6为外套管右视图；
图7为传力杆结构示意图。
图中，钢丝绳1、外套管2、末端21、顶端22、开口23、套环3、传力杆4、第一传力段41、第二传力段42、铰孔43、挡块5、安装孔51、定位螺栓52、锚固孔6、型钢腰梁7、穿心式张拉千斤顶8。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明如下：
如图1和图2所示，预应力锚索，包括钢丝绳1和外套管2；所述外套管2一端为与所述钢丝绳1锚固端相邻的末端21，另一端为与所述钢丝绳1张拉端相邻的顶端22；所述钢丝绳1的锚固端自由设置于外套管2内，其张拉端沿外套管2轴向延伸至外套管2外并与外套管2的顶端22固定连接；所述钢丝绳1上沿其轴向设置有一组挤压结构；所述外套管2上沿其轴向设置有一组传力结构；组内的各个传力结构与挤压结构一一对应，且各个挤压结构分别与对应的传力结构相抵，在挤压结构的挤压作用下，对应的传力结构沿外套管2径向向外扩张。
本预应力锚索，当其插装于锚固孔6内后，在钢丝绳1的张拉端进行张拉，钢丝绳1在张拉力的拖拽下，与套装于其外部的外套管2发生相对位移，当其上的挤压结构接触到外套管2上的传力结构时，在挤压结构的推力作用下，传力结构沿外套管2径向向外扩张顶靠锚固孔6的孔壁；进一步张拉钢丝绳1，施加预应力，传力结构对锚固孔6的孔壁的顶力越来越大，此时，锚固孔6的孔壁对传力结构的反作用力主要由外套管2承担，直到预应力的完全施加。上述钢丝绳1的锚固端自由设置于外套管2内，是指在预应力获得前，钢丝绳1的锚固端与外套管2之间不相连接。所述钢丝绳1的张拉端沿外套管2轴向延伸至外套管2外并与外套管2的顶端22固定连接，其具体连接方式是通过在外套管2的顶端22外侧设置型钢腰梁7和穿心式张拉千斤顶8，钢丝绳1依次穿过外套管2的顶端22、型钢腰梁7和穿心式张拉千斤顶8，通过穿心式张拉千斤顶8的锚具夹持钢丝绳1的张拉端，穿心式张拉千斤顶8抵靠型钢腰梁7，型钢腰梁7抵靠外套管2的顶端22。
由于在所述钢丝绳1上沿其轴向设置有一组挤压结构，在外套管2上沿其轴向设置有一组传力结构，且挤压结构作用于传力结构，来对抗张拉钢丝绳1的拖拽力，将预应力传递到锚固孔6的孔壁，除钢丝绳1的锚固端及张拉端外，增加了传力点，分散了预应力的传递路径，从而提高了预应力锚索的承载能力，满足支护结构的持续受力要求，能够适应支护结构的较大变形。
本预应力锚索，节约了向锚固孔6内注浆工序，降低了混凝土成本，同时避免了注浆时，水泥等对现场的污染；也正是因为节约了注浆工序，从而节约了混凝土养护时间，缩短了预应力的获得周期，也缩短了整个施工周期。
传力结构可以为膨胀套等，通过挤压结构进入膨胀套内腔使膨胀套向外膨胀至接触锚固孔6的孔壁，依靠膨胀套与锚固孔6的孔壁之间的摩擦实现力传递。但是，通过拖拽使挤压结构涨开膨胀套时，不便于挤压结构与膨胀套的内腔对中，即挤压结构进入膨胀套内腔比较困难，易造成预应力锚索破坏。
最优的，如图5、图6和图7所示，所述传力结构包括套环3和设置于套环3上的一组均匀分布的传力杆4；所述套环3套装于外套管2并与外套管2固定连接；每根传力杆4与套环3铰接，且每根传力杆4包括由铰接点处向外套管2的末端21所在侧延伸的第一传力段41和由铰接点处向外套管2的顶端22所在侧延伸的第二传力段42；在外套管2与传力杆4对应的管壁上设置有贯通至外套管2内腔的容传力杆4通过的开口23；所述第一传力段41的端部通过开口23伸入外套管2的内腔，所述第二传力段42的端部通过开口23伸至外套管2的外部。
使用时，在钢丝绳1的张拉端进行张拉，钢丝绳1在张拉力的拖拽下，其上的挤压结构向其张拉端运动，接触第一传力段41的端部，张拉继续，挤压结构沿张拉方向推动第一传力段41的端部，使得传力杆4绕铰接点转动，即第一传力段41的端部向外套管2的顶端22靠近，第二传力段42的端部远离外套管2的顶端22直至第二传力段42的端部顶靠锚固孔6的孔壁，此阶段，外套管2承担传力杆4张开所需拖拽力。进一步张拉钢丝绳1，传力杆4对锚固孔6的孔壁的作用力越来越大，此时孔壁对传力杆4的反作用力将主要由套环3承担，从而实现预应力的完全施加。
该传力结构，套环3起到连接传力杆4与外套管2的作用，由于传力杆4与外套管2铰接，在打开传力结构时，无需插接过程，只需要满足挤压结构能够顶靠传力杆4的第一传力段41的端部即可，使用更方便，能够有效降低张拉过程中预应力锚索破坏的概率；并且，传力杆4与锚固孔6的孔壁接触面小，能与锚固孔6的孔壁紧密接触，其不仅能适用于岩石环境，也能使用于可压缩性更大的土体环境，在土体环境中其能插入锚固孔6的孔壁内，与锚固孔6的抓紧能力更强；最后，通过一组传力杆4构成的传力结构，传力结构可张开伸缩的范围更宽，从而降低了对锚固孔6的要求。
传力杆4可以由厚钢板割制而成，每个套环3上的传力杆4数量一满足预应力传递要求为原则。
传力杆4可以为直线状。但是，直线状的传力杆在处于非工作状态下时，其第二传力段42的端部距离外套管2外壁的距离较大，从而要求锚固孔6的孔径较大。
最优的，所述传力杆4呈折线状，所述第二传力段42位于外套管2的外段的外壁与所述第一传力段41的轴线之间，所述外套管2的外段为外套管2上设置有该传力杆4至其顶端22之间的一段区域。该种折线状的传力杆4，其收缩后的径向尺寸更小，能适应更小孔径的锚固孔6的需求。
为了便于制作安装，优选的，所述传力杆4在外套管2的管壁上的正投影为直线状。
优选的，如图7所示，所述传力杆4上设置有铰孔43，所述套环3穿过铰孔43与传力杆4相铰接。
通过套环3穿过传力杆4上设置有铰孔43实现所述套环3与传力杆4的连接，结构更简单，组装工序少。
制作时，套环3由热轧光圆钢筋制成环状，该圆钢筋直径大小应满足传力过程中不变形、不破坏。套环3在穿过传力杆4上的铰孔43之前不进行闭合，当套在外套管2上并穿上所有传力杆4后再焊接闭合，同时焊接固定于外套管2的外壁。
当然，也可以通过在套环3上安装铰接座来实现传力杆4与套环3的铰接。
优选的，如图2所示，当传力杆4处于极限扩张状态时，所述第一传力段41的端部抵靠钢丝绳1的表面，且第一传力段41与钢丝绳1的张拉段间呈5°～15°的夹角；所述钢丝绳1的张拉段为钢丝绳1与第一传力段41的端部接触处至其张拉端之间的一段区域。
当传力杆4向外扩张至极限状态时，第一传力段41不应完全靠拢，而应紧压钢丝绳1的表面，此时，第一传力段41不能处于同一平面内，应与钢丝绳1的张拉段间呈5°～15°的夹角。通过钢丝绳1的表面对第一传力段41进行限位，防止传力杆4过度转动而失效。
优选的，如图3和图4所示，所述挤压结构为挡块5；在挡块5中部设置有安装孔51，并在挡块5侧壁沿安装孔51径向设置有与挡块5螺纹配合连接的一组定位螺栓52；所述钢丝绳1穿入安装孔51内，所述定位螺栓52端部顶靠钢丝绳1外壁。
利用中部设置有安装孔51的挡块5作为挤压结构与钢丝绳1相连接，同时通过定位螺栓52将挡块5固定于钢丝绳1上，结构简单，安装方便。
挡块5可以为方形等，但是，挡块5优选圆形。
优选的，如图3所示，所述挡块5的工作面呈沿其轴向向内凹陷的凹面，所述挡块5的工作面为挡块5与传力杆4相接触的一面。
挡块5的工作面呈沿其轴向向内凹陷的凹面的特殊构造，在挡块5的工作面与传力杆4接触后，挡块5的工作面不仅对传力杆4产生沿钢丝绳1的作用，还具有沿钢丝绳1径向向内的作用，更有利于传力杆4绕铰接点转动。
当然，挡块5的工作面也可以为平面。
为了提高挡块5与钢丝绳1连接的牢固性，优选的，一组中的相邻两颗定位螺栓52沿挡块5轴向错位排列。

Claims (9)

1.预应力锚索，其特征在于：包括钢丝绳(1)和外套管(2)；所述外套管(2)一端为与所述钢丝绳(1)锚固端相邻的末端(21)，另一端为与所述钢丝绳(1)张拉端相邻的顶端(22)；所述钢丝绳(1)的锚固端自由设置于外套管(2)内，其张拉端沿外套管(2)轴向延伸至外套管(2)外并与外套管(2)的顶端(22)固定连接；所述钢丝绳(1)上沿其轴向设置有一组挤压结构；所述外套管(2)上沿其轴向设置有一组传力结构；组内的各个传力结构与挤压结构一一对应，且各个挤压结构分别与对应的传力结构相抵，在挤压结构的挤压作用下，对应的传力结构沿外套管(2)径向向外扩张。
2.如权利要求1所述的预应力锚索，其特征在于：所述传力结构包括套环(3)和设置于套环(3)上的一组均匀分布的传力杆(4)；所述套环(3)套装于外套管(2)并与外套管(2)固定连接；每根传力杆(4)与套环(3)铰接，且每根传力杆(4)包括由铰接点处向外套管(2)的末端(21)所在侧延伸的第一传力段(41)和由铰接点处向外套管(2)的顶端(22)所在侧延伸的第二传力段(42)；在外套管(2)与传力杆(4)对应的管壁上设置有贯通至外套管(2)内腔的容传力杆(4)通过的开口(23)；所述第一传力段(41)的端部通过开口(23)伸入外套管(2)的内腔，所述第二传力段(42)的端部通过开口(23)伸至外套管(2)的外部。
3.如权利要求2所述的预应力锚索，其特征在于：所述传力杆(4)呈折线状，所述第二传力段(42)位于外套管(2)的外段的外壁与所述第一传力段(41)的轴线之间，所述外套管(2)的外段为外套管(2)上设置有该传力杆(4)至其顶端(22)之间的一段区域。
4.如权利要求3所述的预应力锚索，其特征在于：所述传力杆(4)在外套管(2)的管壁上的正投影为直线状。
5.如权利要求2所述的预应力锚索，其特征在于：所述传力杆(4)上设置有铰孔(43)，所述套环(3)穿过铰孔(43)与传力杆(4)相铰接。
6.如权利要求2所述的预应力锚索，其特征在于：当传力杆(4)处于极限扩张状态时，所述第一传力段(41)的端部抵靠钢丝绳(1)的表面，且第一传力段(41)与钢丝绳(1)的张拉段间呈5°～15°的夹角；所述钢丝绳(1)的张拉段为钢丝绳(1)与第一传力段(41)的端部接触处至其张拉端之间的一段区域。
7.如权利要求2-6任意一项权利要求所述的预应力锚索，其特征在于：所述挤压结构为挡块(5)；在挡块(5)中部设置有安装孔(51)，并在挡块(5)侧壁沿安装孔(51)径向设置有与挡块(5)螺纹配合连接的一组定位螺栓(52)；所述钢丝绳(1)穿入安装孔(51)内，所述定位螺栓(52)端部顶靠钢丝绳(1)外壁。
8.如权利要求7所述的预应力锚索，其特征在于：所述挡块(5)的工作面呈沿其轴向向内凹陷的凹面，所述挡块(5)的工作面为挡块(5)与传力杆(4)相接触的一面。
9.如权利要求7所述的预应力锚索，其特征在于：一组中的相邻两颗定位螺栓(52)沿挡块(5)轴向错位排列。
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