CN109295974A - 一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于预应力锚索头部系统技术领域，公开一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统及方法，该方法采用位于砼垫墩内的系统，是弹性体约束限位护筒顶部通过环形的护筒约束底座与导向杆运动限位筒相连接；弹性体约束限位护筒底部的锚板限位槽加载板上有弹性体运动导向筒，弹性体运动导向筒与弹性体约束限位护筒间有弹性体；所述弹性体为若干对动载模块叠加组成。本发明适用于动载条件下的岩体加固，解决了现有的预应力锚索头部系统为刚性传力机构存在的问题，本锚索头部弹性系统适用于爆炸动荷载条件下的预应力，其结构简单，组合方便，受力合理。效果显著，并且施工简便。

Description

一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统及方法

技术领域

本发明属于预应力锚索头部系统技术领域，涉及一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统及方法。

背景技术

现有的预应力锚索头部系统，依据不同的分类标准，目前用于岩土工程静载加固技术领域的预应力锚索结构形式有600多种，但其头部结构形式较为固定且技术较为成熟，一般由两部分组成：一部分为预应力锚具，第二部分为砼材料或钢制及其它刚性材料制成的垫墩。其中预应力锚具为机械厂加工的成品，可根据预应力锚索的规格和受力大小，依据锚具选型手册进行选取；砼垫墩为岩土工程加固设计的一个构件，根据预应力锚索设计承载力和选取的锚具，按照对应的标准规范进行设计，可以在施工现场浇筑，也可以在建筑构件厂内预制，运输到施工现场进行安装。预应力锚具一般由锚板、螺母、夹片、锚垫板、螺旋筋等五部分组成，其中锚板和螺母、夹片是预应力锚索的核心受力部件，其作用是保持住施加的预应力，并能随着岩体变形而变形，将产生拉力反向为压力，作用在锚垫板上，并通过垫墩传至岩壁上，形成一个对岩壁的支撑力，实现对岩体的加固，锚具，尤其是锚板、螺帽、夹片，由高强度钢制成，目的是避免锚具在长期拉力作用下产生产生流变变形，从而锚索索承受的拉力会降低了，造成作用于岩体壁面上的压力也降低，失去对岩体的加固作用。垫墩的作用是一个传力构件：锚索承受的拉力的反作用压力通过垫墩传至岩体壁面，垫墩一般呈上小下大的棱台状或圆台状，垫墩与岩壁接触的下部尺寸大的原因是岩体的强度较低，这样就可增大垫墩与岩壁的接触面积，从而避免压力将岩体压坏。

现有的预应力锚索头部系统为刚性传力机构，适用于静载条件下的岩体加固，目前还没有适用于爆炸动荷载条件下的预应力锚索头部弹性系统。

发明内容

鉴于现有的技术不足，本发明提出了一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统及方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统，位于砼垫墩内的锚索头部弹性系统，包括：弹性体约束限位护筒、导向杆运动限位筒、弹性体、护筒约束底座、锚板限位槽加载板；

弹性体约束限位护筒顶部通过环形的护筒约束底座与导向杆运动限位筒相连接；弹性体约束限位护筒底部设置有锚板限位槽加载板，锚板限位槽加载板上设置有弹性体运动导向筒，弹性体运动导向筒与弹性体约束限位护筒间设置有弹性体；所述弹性体为若干对动载模块叠加组成，每个动载模块对应有一对对合碟簧。

一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统，所述护筒约束底座为环形板体，环形板体的外环与弹性体约束限位护筒固定连接，环形板体的内环与弹性体运动导向筒固定连接，环形板体结构的顶面设置有导向杆运动限位筒的固定位。

一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统，所述锚板限位槽加载板上的中心部位设置有弹性体约束限位护筒的固定位，锚板限位槽加载板的底部设置有锚板限位槽，锚索出孔以锚板限位槽为对称分布。

一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统，所述每对对合碟簧由两个相同的碟簧片对合组成。

一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统的工作方法，在爆炸条件下，岩体的变形特点是围岩变形大，持续时间短，而采用为弹性传力机构的预应力锚索的头部系统，通过弹性变形来承担、消耗掉爆炸荷载，其步骤如下：

1）安装弹性传力机构的预应力锚索的头部系统，

将弹性体约束限位护筒顶部安装环形的护筒约束底座，在环形的护筒约束底座的内环上安装导向杆运动限位筒，构成锚索头部系统护筒；

将锚板限位槽加载板中心安装弹性体运动导向筒，再将弹性体运动导向筒上安装若干对碟簧组成的弹性体；构成锚索头部系统弹性内体；

再将装有若干对碟簧弹性体的锚索头部弹性系统弹性内体，安装在锚索头部系统护筒内，组装成弹性传力机构的预应力锚索的头部系统；

2）将弹性传力机构的预应力锚索的头部系统安装于砼垫墩内，即根据预应力锚索设计承载力和选取的锚具，在施工现场将弹性传力机构的预应力锚索的头部系统外浇筑砼垫墩，或在建筑构件厂预制砼垫墩，预制时，需要将约束限位筒预埋在砼垫墩中；

3）将装于砼垫墩内的弹性传力机构的预应力锚索的头部系统，安装在洞壁上；依据不同大小爆炸荷载及其所造成的洞壁变形量，选取不同大小及不同数量的弹性体模块化组合；

当爆炸时，由导向杆、弹性体、弹性体护筒、护筒约束底座、导向杆运动限位筒、锚板限位槽加载板组成的锚索头部弹性系统，具有自锁功能，当变形量达到阈值后，弹性体停止变形，能够防止垫墩下部岩体变形过大而产生脱落，失去对岩壁的加固作用；

当爆炸波传播过去后，整个锚索头部恢复静载条件下的受力状态，继续实现对岩体的加固。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下优越性：

一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统及方法，适用于动载条件下的岩体加固，解决了现有的预应力锚索头部系统为刚性传力机构存在的问题，本锚索头部弹性系统适用于爆炸动荷载条件下的预应力，其优点如下：

1、头部系统由导向杆、弹性体、弹性体护筒、护筒约束底座、导向杆运动限位筒、锚板限位槽加载板等六部分组成，结构简单，组合方便，受力合理。

2、与现有预应力锚具和垫墩可配套使用，无需对锚具和垫墩进行额外改造和设计。

3、依据不同大小爆炸荷载及其所造成的洞壁变形量，选取不同大小及不同数量的弹性体模块化组合，原理简单，效果显著。

4、本系统具有自锁功能，当变形量达到阈值后，弹性体停止变形，防止垫墩下部岩体变形过大而产生脱落，失去对岩壁的加固作用。

5、弹性体为防锈高强度钢，其它部分为防锈钢，满足在高湿度洞室内的防潮防锈要求。

6、该系统在现场浇筑，也可预制后运至施工现场进行安装，不改变现有预应力锚索头部系统的施工步骤和技术，施工简便。

附图说明

图1 是动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统的示意图；

图2 是导向杆运动限位筒与护筒约束底座结合的结构示意图；

图3 是护筒约束底座的结构示意图；

图4是动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统的工作图。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统，位于砼垫墩7内的该锚索头部弹性系统，包括：弹性体约束限位护筒3、导向杆运动限位筒1、弹性体、护筒约束底座2、锚板限位槽加载板6；

弹性体约束限位护筒3顶部通过环形的护筒约束底座2与导向杆运动限位筒1相连接；弹性体约束限位护筒3底部设置有锚板限位槽加载板6，锚板限位槽加载板6上设置有弹性体运动导向筒5，弹性体运动导向筒5与弹性体约束限位护筒3间设置有弹性体；所述弹性体为若干个动载模块4组成的弹性体，每个动载模块4对应有一对对合碟簧；所述每对碟簧由两个相同的碟簧片对合组成。

所述护筒约束底座2为环形板体，环形板体的外环与弹性体约束限位护筒3固定连接，环形板体的内环与弹性体运动导向筒5固定连接，环形板体结构的顶面设置有导向杆运动限位筒1的固定位。

所述锚板限位槽加载板6为盘形板体，盘形板体上的中心部位设置有弹性体约束限位护筒3的固定位，盘形板体的外环与弹性体约束限位护筒3固定连接；锚板限位槽加载板的底部设置有锚板限位槽6.2，锚索出孔6.1以锚板限位槽6.2为对称分布。

一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统的工作方法，在爆炸条件下，岩体的变形特点是围岩变形大，持续时间短，而采用为弹性传力机构的预应力锚索的头部系统，通过弹性变形来承担、消耗掉爆炸荷载，其步骤如下：

1）安装弹性传力机构的预应力锚索的头部系统，

将弹性体约束限位护筒3顶部安装环形的护筒约束底座2，在环形的护筒约束底座2上安装导向杆运动限位筒1，构成锚索头部系统护筒；

将锚板限位槽加载板3中心安装弹性体运动导向筒5，再将弹性体运动导向筒5上安装若干个动载模块4组成的弹性体；构成锚索头部系统弹性内体；

再将装有若干个动载模块4的每对碟簧弹性体的锚索头部弹性系统弹性内体，安装在锚索头部系统护筒3内，组装成弹性传力机构的预应力锚索的头部系统；

2）将弹性传力机构的预应力锚索的头部系统安装于砼垫墩7内，即根据预应力锚索设计承载力和选取的锚具，可在施工现场将弹性传力机构的预应力锚索的头部系统外浇筑砼垫墩，也可在建筑构件厂预制砼垫墩，预制时，需要将约束限位筒3预埋在砼垫墩7中；

3）将装于砼垫墩7内的弹性传力机构的预应力锚索的头部系统，安装在洞壁11上；依据不同大小爆炸荷载及其所造成的洞壁变形量，选取不同大小及不同数量的弹性体模块化组合；并安装锚板8、锚索9、对中支架10；

当爆炸时，由导向杆、弹性体、弹性体护筒、护筒约束底座、导向杆运动限位筒、锚板限位槽加载板组成的锚索头部弹性系统，具有自锁功能，当变形量达到阈值后，弹性体停止变形，能够防止砼垫墩下部岩体变形过大而产生脱落，失去对岩壁的加固作用；

当爆炸波传播过去后，整个锚索头部恢复静载条件下的受力状态，继续实现对岩体的加固。

即动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统的工作：爆炸条件下岩体的变形特点是围岩变形大，但持续时间短，如果将预应力锚索的头部系统设计为弹性传力机构，通过弹性变形来承担、消耗掉爆炸荷载，当爆炸波传播过去后，整个锚索头部恢复静载条件下的受力状态，继续实现对岩体的加固。本弹性系统的优点是：

1、头部系统由导向杆、弹性体、弹性体护筒、护筒约束底座、导向杆运动限位筒、锚板限位槽加载板等六部分组成，结构简单，组合方便，受力合理。

2、与现有预应力锚具和垫墩可配套使用，无需对锚具和垫墩进行额外改造和设计。

3、依据不同大小爆炸荷载及其所造成的洞壁变形量，选取不同大小及不同数量的弹性体模块化组合，原理简单，效果显著。

4、本系统具有自锁功能，当变形量达到阈值后，弹性体停止变形，防止垫墩下部岩体变形过大而产生脱落，失去对岩壁的加固作用。

5、弹性体为防锈高强度钢，其它部分为防锈钢，满足在高湿度洞室内的防潮防锈要求。

6、该系统在现场浇筑，也可预制后运至施工现场进行安装，不改变现有预应力锚索头部系统的施工步骤和技术，施工简便。

Claims (5)

1.一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统，位于砼垫墩内的锚索头部弹性系统，其特征是：包括：弹性体约束限位护筒、导向杆运动限位筒、弹性体、护筒约束底座、锚板限位槽加载板；

弹性体约束限位护筒顶部通过环形的护筒约束底座与导向杆运动限位筒相连接；弹性体约束限位护筒底部设置有锚板限位槽加载板，锚板限位槽加载板上设置有弹性体运动导向筒，弹性体运动导向筒与弹性体约束限位护筒间设置有弹性体；所述弹性体为若干对动载模块叠加组成，每个动载模块对应有一对对合碟簧。

2.根据权利要求1所述的一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统，其特征是：所述护筒约束底座为环形板体，环形板体的外环与弹性体约束限位护筒固定连接，环形板体的内环与弹性体运动导向筒固定连接，环形板体结构的顶面设置有导向杆运动限位筒的固定位。

3.根据权利要求1所述的一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统，其特征是：所述锚板限位槽加载板上的中心部位设置有弹性体约束限位护筒的固定位，锚板限位槽加载板的底部设置有锚板限位槽，锚索出孔以锚板限位槽为对称分布。

4.根据权利要求1所述的一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统，其特征是：所述每对对合碟簧由两个相同的碟簧片对合组成。

5.一种动载模块化可控位移预应力锚索头部弹性系统的工作方法，其特征是：在爆炸条件下，岩体的变形特点是围岩变形大，持续时间短，而采用为弹性传力机构的预应力锚索的头部系统，通过弹性变形来承担、消耗掉爆炸荷载，其步骤如下：

1）安装弹性传力机构的预应力锚索的头部系统，

将弹性体约束限位护筒顶部安装环形的护筒约束底座，在环形的护筒约束底座的内环上安装导向杆运动限位筒，构成锚索头部系统护筒；

将锚板限位槽加载板中心安装弹性体运动导向筒，再将弹性体运动导向筒上安装若干对碟簧组成的弹性体；构成锚索头部系统弹性内体；

再将装有若干对碟簧弹性体的锚索头部弹性系统弹性内体，安装在锚索头部系统护筒内，组装成弹性传力机构的预应力锚索的头部系统；

2）将弹性传力机构的预应力锚索的头部系统安装于砼垫墩内，即根据预应力锚索设计承载力和选取的锚具，在施工现场将弹性传力机构的预应力锚索的头部系统外浇筑砼垫墩，或在建筑构件厂预制砼垫墩，预制时，需要将约束限位筒预埋在砼垫墩中；

3）将装于砼垫墩内的弹性传力机构的预应力锚索的头部系统，安装在洞壁上；依据不同大小爆炸荷载及其所造成的洞壁变形量，选取不同大小及不同数量的弹性体模块化组合；

当爆炸时，由导向杆、弹性体、弹性体护筒、护筒约束底座、导向杆运动限位筒、锚板限位槽加载板组成的锚索头部弹性系统，具有自锁功能，当变形量达到阈值后，弹性体停止变形，能够防止垫墩下部岩体变形过大而产生脱落，失去对岩壁的加固作用；

当爆炸波传播过去后，整个锚索头部恢复静载条件下的受力状态，继续实现对岩体的加固。