CN110761563A - 钢绞线预应力施加装置、施加方法及预应力钢结构楼梯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢绞线预应力施加装置、施加方法及预应力钢结构楼梯，包括基座以及基座两侧的固定挡板，钢绞线的一端锚固，另一端依次设置单孔锚具、穿在钢绞线上的测力装置、夹片锚具，所述固定挡板上设有供钢绞线穿过的通孔；所述单孔锚具用于锚固钢绞线，所述夹片锚具的外壁上套有与其适配的套筒，夹片锚具的一端抵住测力装置并露在套筒外，另一端位于套筒内部；通过减小夹片锚具外露空隙的大小进行预应力的施加。本发明适用于小型预应力拉索钢结构工程，实现预应力的精确施加，将钢绞线采用本发明的预应力施加装置进行施加预应力，并以交叉形拉索的形式应用于装配式预应力钢结构楼梯，能够提高楼梯的承载能力，使楼梯的稳定性能更好。

Description

钢绞线预应力施加装置、施加方法及预应力钢结构楼梯

技术领域

本发明涉及一种预应力施加装置和方法，特别是涉及一种钢绞线预应力施加装置、施加方法及预应力钢结构楼梯。

背景技术

在钢结构工程中，钢楼梯因其材料细薄，刚度不足，通常将其减化处理，所以目前人们对预应力钢楼梯的研究少之又少。目前建筑材料中预应力钢绞线的主要特点是强度高和松弛性能好，其作用是提高构件的承载能力；减少构件在荷载作用下的变形(挠度)；提高构件的抗裂能力。钢结构工程中施加预应力的方式分为四种：钢索张拉法、支座位移法、弹性变形法和手工简易法。

其中手工简易法，用于中、小跨钢结构工程中施加张力不大的情况下。譬如，依靠拧紧螺母张拉拉杆，用正反扣螺栓横向推拉拉索产生张力等。此法工艺简易可行，便于推广；而依靠拧紧螺母的简易法，适用于预应力钢绞线时，需要特定的工装，以便最大程度上利用螺母的拧转作用，并减少预应力的损失。钢索张拉法是需要较大的施工成本；支座位移法适用于地基基础较好的工程；弹性变形法将组成结构的杆件和板件用焊接或螺栓连成整体适用范围有限。

发明内容

发明目的：本发明的目的之一是提供一种钢绞线预应力的施加装置，该预应力施加装置简易可行，使用灵活，可减小预应力的损失，适用于小型预应力拉索钢结构工程，准确控制预张力，实现预应力的精确施加；

本发明的目的之二是提供一种钢绞线预应力的施加方法；

本发明的目的之三是提供一种预应力钢结构楼梯，采用交叉型预应力拉索，应用于装配式钢结构楼梯中。

技术方案：本发明的钢绞线预应力施加装置，包括基座以及基座两侧的固定挡板，基座一侧固定挡板的外侧设有锚固装置，还包括依次设置在基座另一侧固定挡板外侧的单孔锚具、穿在钢绞线上的测力装置、夹片锚具，所述固定挡板上设有供钢绞线穿过的通孔；所述单孔锚具用于锚固钢绞线，所述夹片锚具的外壁上套有与其适配的套筒，夹片锚具的一端抵住测力装置并露在套筒外，另一端位于套筒内部；通过减小夹片锚具外露空隙的大小进行预应力的施加，套筒一端内部预留施加预应力过程夹片锚具所需的位置。可以采用外力减小夹片锚具外露空隙的大小，如外力推动套筒；由于夹片锚具具有一定斜度，因此减小空隙大小，可以施加预应力大小。

待施加预应力的钢绞线穿过基座两端的固定挡板上的通孔，两端采用合适的锚固装置进行锚固，使钢绞线固定，便于张拉；单孔锚具由两个带螺纹的夹片和套在夹片外的锚环组成；套筒与夹片锚具之间充分夹紧以增加两者摩擦力，施加预应力时可以采用外力旋转套筒以减小空隙的大小施加预应力，夹片锚具一端伸入套筒内预留的地方，施加的同时测力装置可以实时读取预应力数值，以便于精确控制预应力的施加。

其中，所述测力装置为穿心轴式传感器，穿心轴式传感器的通孔与钢绞线相适配。

优选地，所述穿心轴式传感器与套筒之间还设有带通孔的垫板；垫板的加设可以作为施力承载体，防止传感器直接受到磨损；此时夹片锚具的一端抵住垫板。

优选地，所述穿心轴式传感器的筒壁贴有电阻应变片，所述电阻应变片沿筒壁纵向和横向分别设置，且采用惠斯登路桥进行全桥电路连接；将穿心轴式传感器与其配套的显示仪表连接。全桥电路的灵敏度是半桥电路的两倍，连接可提高测量的灵敏度，即在传感器外壁的纵向和横向粘贴电阻应变片，并将导线粘结到一个接口处，与仪表进行连接进行张压力读数。

钢绞线未施加预应力时，电压为：

当传感器感应到张拉力时，电阻会发生变化，R1，R2，R3，R4分别会产生相应的变化量，此时电压为：

全桥电路可提高灵敏度，及时反映出电阻的变化，准确检测到张拉力的变化，提高测力的精确度。本发明的自制传感器不同于普通型号传感器，可根据钢绞线直径要求及实际工程工程预张力要求，设定传感器的内径和外形尺寸，达到准确控制预张力。

进一步地，所述穿心轴式传感器内部设有尺寸夹片；尺寸夹片的设置可以充分接触增加两者摩擦力。

进一步地，所述套筒呈圆台状，套筒的外壁沿远离测力装置的方向逐渐减小，套筒内安装的夹片锚具外壁沿远离测力装置的方向逐渐增大，套筒外壁设有螺纹并套有与其适配的螺母；通过旋转螺母使得夹片锚具进入套筒的部分逐渐增大，从而减小外露空隙进行预应力的施加。

本发明还提供了所述钢绞线预应力施加装置的施加方法，包括如下步骤：

(1)将待施加预应力的钢绞线安装于上述钢绞线预应力施加装置上，将钢绞线穿入基座两端的固定挡板上；钢绞线的一端锚固，另一端依次安装单孔锚具、测力装置和夹片锚具，并使基座另一端的固定挡板、单孔锚具、测力装置和夹片锚具之间紧密接触；

(2)在夹片锚具上套设套筒，使夹片锚具外露于套筒；

(3)通过减小夹片锚具外露空隙的大小进行预应力的施加。

本发明还提供了一种预应力钢结构楼梯，包括楼梯本体，所述楼梯本体采用装配式钢结构组装而成，钢楼梯天然具有装配性，与结构采用不传递水平力的连接方式；该装配式钢结构楼梯还包括相互交叉的预应力拉索，拉索的两端分别与楼梯的两端固定连接；拉索与楼梯本体之间可采用高强度螺栓与钢梁腹板进行连接，具体为四角钢梁部分各焊接一块钢板，再采用螺栓与钢板进行焊接，拉索采用双向固定卡扣的方式与高强螺栓连接并拧紧相对应的螺帽固定卡住，拉索卡扣与拉索采用焊接相连；所述拉索是预先采用前述的钢绞线预应力施加装置施加预应力的。楼梯本体的组装方式采用现有技术中的连接组装方式即可。

有益效果：与现有技术相比，

(1)本发明的钢绞线预应力施加装置，其施加装置简易可行，使用灵活，便于推广，适用于小型预应力拉索钢结构工程，实现预应力的精确施加；

(2)本发明的装配式钢结构楼梯中采用交叉型预应力拉索的布置方式，能够提高楼梯的承载能力，使楼梯的稳定性能更好；

(3)与传统方法将套简直接穿入钢绞线的不同，本发明在套筒与钢绞线之间留出相应空隙，增加夹片锚具的夹片，使套筒与钢绞线充分接触增加摩擦，减小因扭转而产生力的损失，并在一定程度上增大钢绞线承受预张力的大小；

(4)钢楼梯结构楼梯布置预应力拉索后，拉索会产生一定的预张力，利用拉索的预张力提高楼梯的整体受力性能，使楼梯结构的承载力有所增加，楼梯稳定性有所提高。

附图说明

图1是预应力施加装置的结构示意图；

图2是固定挡板的示意图；

图3是穿心轴式传感器的示意图；

图4是穿心轴式传感器的应变片位置示意图；

图5是穿心轴式传感器的全桥电路连接示意图；

图6是单孔锚具的示意图；

图7是套筒示意图；

图8是套筒和夹片锚具的剖视图；

图9是预应力钢结构楼梯的拉索布置示意图；

图10是拉索与钢结构楼梯的连接图。

具体实施方式

下面结合实施例进行进一步详细描述。

如图1～8所示，钢绞线预应力施加装置包括基座以及基座两侧的固定挡板6，基座一侧固定挡板6的外侧设有锚固装置用于固定钢绞线1，固定挡板6上设有供钢绞线1穿过的通孔9；还包括依次设置在基座另一侧固定挡板6外侧的单孔锚具8、穿在钢绞线1上的测力装置5、带通孔的垫板4、夹片锚具7；其中单孔锚具8由夹片12与锚环14组成，用于锚固钢绞线1，设置在固定挡板6的外侧，使用时先将锚环14套上，并在锚环14里放入其中两个夹片12，将最后一个夹片12放入时可用铁锤适当敲打，增大夹片12之间的咬合力，使锚固更加牢靠；测力装置5用于实时测定预应力的大小，并且固定挡板6、单孔锚具8、测力装置5、垫板4以及夹片锚具7之间紧密接触。夹片锚具7由三个单夹片15组成，与的单孔锚具8的锚固方式不同，三个单夹片15需用皮绳套紧组成夹片锚具7。

其中测力装置5为穿心轴式传感器，其尺寸大小与量程与钢绞线相匹配，灵敏度更高，精确性更强；穿心轴式传感器的通孔与钢绞线相适配，并且内部设有尺寸夹片11，以减少张力的损失。如图4、5所示，穿心轴式传感器的外壁贴有电阻应变片，电阻应变片沿内外壁纵向和横向分别设置，且采用惠斯登路桥进行全桥电路连接；电路由R₁、R₂、R₃、R₄四个电阻应变片组成的四边形，即为电桥的桥臂；A、B、C、D为对应的四个端口，U_AC、U_BD俩端电源接口；惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化。其原理是一电流连接两个相对的接头U_AC，一电流表连接其余两个相对的接头U_BD。当电流表显示无电流通过，则此电桥处于平衡状态，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻，此处利用电阻值的变化测定预应力的大小为现有技术，在此不详细描述。后将穿心轴式传感器与其配套的显示仪表连接，并将导线粘结到接口10处，与仪表进行连接进行张压力读数。夹片锚具7的外壁上套有与其适配的套筒3，夹片锚具7的一端抵住垫板4并露在套筒2外，另一端位于套筒3内部；通过减小夹片锚具外露空隙16的大小进行预应力的施加。

其中套筒3呈圆台状，套筒3内的通孔与夹片锚具7外壁相适配的斜度，套筒3的外壁沿远离测力装置的方向逐渐减小，即如图8所示，套筒3的外壁从右至左逐渐减小；套筒3内安装的夹片锚具7的外壁沿远离测力装置的方向逐渐增大，即图8中的夹片锚具7的外壁从右至左逐渐增大；套筒3的外壁还设有螺纹13，并且套有与其适配的螺母2。

采用上述钢绞线预应力施加装置进行预应力施加包括如下步骤：

(1)待施加预应力的钢绞线1穿过基座两侧的固定挡板6上的通孔9，钢绞线1的右端采用合适的锚固装置进行锚固使钢绞线1固定，便于张拉；

(2)钢绞线1的左端安装单孔锚具8进行锚固，再安装穿心轴式传感器5，将垫板4紧随其后穿入，后将皮绳套紧夹片组成夹片锚具7的端头锥面穿入钢绞线1，使其与钢绞线1充分夹紧，使得夹片锚具7的一端抵住垫板4，垫板4与穿心轴式传感器5的一端紧密接触；

(3)在夹片锚具7上套设套筒3，垫板4作为承载体，使夹片锚具7的右端外露于套筒3外，如图8所示形成一定大小的空隙16，图中省去了位于夹片锚具7右端的垫板4和穿心轴式传感器5；其中套筒3呈圆台状，套筒3内的通孔与夹片锚具7外壁相适配的斜度，套筒3的外壁沿远离测力装置5的方向逐渐减小，套筒3内安装的夹片锚具7外壁沿远离测力装置的方向逐渐增大，套筒3外壁设有螺纹，并且还套有与其适配的螺母2；

(4)最后施加外力缩小套筒3与测力装置5之间的距离，以减小夹片锚具7外露空隙16的大小进行预应力的施加；利用螺母2和套筒3外壁的斜度，斜度方向与夹片锚具7外壁斜度方向相反，旋动螺母2使得夹片锚具进入套筒的部分逐渐增大，从而减小外露空隙进行预应力的施加。施加外力时也可以采用外力向右敲击，使得空隙16的距离缩小。

本实施例的装配式钢结构楼梯如图9所示，包括楼梯本体，楼梯本体主要由钢板焊接组装而成，钢楼梯与结构采用不传递水平力的连接方式进行连接；将钢结构楼梯焊成一个完整的整体后，在装配式钢结构楼梯上设置一组交叉型的预应力拉索17，由两根相互交叉的拉索构成，拉索17是预先采用上述的钢绞线预应力施加装置施加预应力的，拉索17的两端分别与楼梯的两端固定连接。如图10所示，拉索17的两端对称设置拉索卡环18，拉索卡环18与拉索17采用焊接的方式固定连接，钢板19与钢梁部分进行焊接固定，钢板19两侧各伸出一段凸柱，卡环18套在两侧凸柱上，凸柱上穿有限位用的高强度钢丝。钢楼梯结构布置预应力拉索后，拉索会产生一定的预张力，使楼梯结构的承载力有所增加，楼梯稳定性有所提高。

Claims (8)

1.一种钢绞线预应力施加装置，包括基座以及基座两侧的固定挡板(6)，基座一侧固定挡板(6)的外侧设有锚固装置，其特征在于：还包括依次设置在基座另一侧固定挡板(6)外侧的单孔锚具(8)、测力装置(5)、夹片锚具(7)；所述固定挡板(6)上设有供钢绞线(1)穿过的通孔(9)，所述单孔锚具(8)用于锚固钢绞线(1)；所述夹片锚具(7)的外壁上套有套筒(3)，套筒(3)的通孔与夹片锚具(7)相适配，夹片锚具(7)的一端抵住测力装置(5)并露在套筒(3)外，另一端伸入套筒(3)内部；通过减小夹片锚具(7)外露空隙(16)的大小进行预应力的施加，套筒(3)一端内部预留施加预应力过程夹片锚具(7)所需的位置。

2.根据权利要求1所述的钢绞线预应力施加装置，其特征在于：所述测力装置(5)为穿心轴式传感器，所述穿心轴式传感器的通孔与钢绞线(1)相适配。

3.根据权利要求2所述的钢绞线预应力施加装置，其特征在于：所述穿心轴式传感器与套筒(3)之间还设有带通孔的垫板(4)。

4.根据权利要求2所述的钢绞线预应力施加装置，其特征在于：所述穿心轴式传感器的外壁贴有电阻应变片，所述电阻应变片沿筒壁纵向和横向分别设置，并采用惠斯登路桥进行全桥电路连接。

5.根据权利要求2所述的钢绞线预应力施加装置，其特征在于：所述穿心轴式传感器内部设有尺寸夹片(11)。

6.根据权利要求1所述的钢绞线预应力施加装置，其特征在于：所述套筒(3)呈圆台状，套筒(3)的外壁沿远离测力装置(5)的方向逐渐减小，套筒(3)内安装的夹片锚具(7)的外壁沿远离测力装置(5)的方向逐渐增大，套筒(3)外壁设有螺纹并套有与其适配的螺母(2)。

7.一种权利要求1所述的钢绞线预应力施加装置的施加方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将钢绞线安装于所述钢绞线预应力施加装置上，将待施加预应力的钢绞线(1)穿入基座两端的固定挡板(6)上；钢绞线(1)的一端锚固，另一端依次安装单孔锚具(8)、测力装置(5)和夹片锚具(7)，并使基座另一端的固定挡板(6)、单孔锚具(8)、测力装置(5)和夹片锚具(7)之间紧密接触；

(2)在夹片锚具(7)上套设套筒(3)，使夹片锚具(7)外露于套筒(3)；

(3)施加外力缩小套筒(3)与测力装置(5)之间的距离，以减小夹片锚具(7)外露空隙的大小进行预应力的施加。

8.一种预应力钢结构楼梯，包括楼梯本体，其特征在于：所述楼梯本体采用装配式钢结构组装而成，还包括相互交叉的预应力拉索(17)，拉索(17)的两端分别与楼梯的两端固定连接；所述拉索(17)是预先采用权利要求1所述的钢绞线预应力施加装置施加预应力的。

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