CN111576407A - 一种预应力锚索均匀张拉装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力锚索均匀张拉装置及方法，包括外油缸、内油缸、隔液板和穿心套筒；所述的内油缸包括多个，均匀设置在外油缸内，内油缸上下固定；在每个内油缸内设有活塞杆，在活塞杆内设置有穿心套筒，穿心套筒上部为自由端，底部固定在外油缸上，在穿心套筒底部对应位置的外油缸上设置有通孔；在外油缸内设置隔液板，用于将外油缸的油腔分隔为第一油腔和第二油腔；外油缸的第一油腔侧壁和第二油腔侧壁分别设有第一油嘴和第二油嘴；活塞杆将内油缸的油腔分隔为第三油腔和第四油腔，第三油腔侧壁和第四油腔侧壁分别设有第一孔道和第二孔道。

Description

一种预应力锚索均匀张拉装置及方法

技术领域

本发明涉及岩土工程预应力锚索张拉领域，尤其涉及一种预应力锚索均匀张拉装置及方法。

背景技术

随着岩土工程支护技术的发展，预应力锚索已普遍应用于边坡工程、深基坑工程、大坝工程等领域的支护与加固。通常，为了提高锚索支护阻力，增强加固性能，需在锚索孔道内安装多根钢绞线，并对每根钢绞线施加预应力。由于每根钢绞线在锚索孔道内的长度及初始舒展程度不同，如果直接对多根钢绞线进行同时张拉，则在张拉过程中每根钢绞线的变形量是相同的，但势必会造成每根钢绞线的张拉力不相等，其差值可能高达数十吨，由此可能导致在张拉过程中有些钢绞线已经达到极限承载状态而断裂，有些钢绞线张拉力甚至远未达到预定拉力值。采用一定顺序分批次对各钢绞线进行依次张拉，虽然能在理论上达到各钢绞线张拉力接近或相等的目的，但该方法涉及到复杂的理论计算过程，并且张拉效率低，张拉过程耗时费力。因此，如果能够寻找到一种既能实现对各钢绞线进行同时张拉，又能保证每根钢绞线的张拉力相同的锚索张拉方法，则可大大提高预应力锚索张拉效率、降低安全隐患。

发明人发现在申请号为CN 201310325704.1的专利中公开了一种可以对多根钢绞线同时均匀张拉的装置，该装置是由多个单独工作的小型千斤顶拼装而成，通过外部设置的多个分配阀分别与多个单独工作的小型千斤顶连接，从而由液压油供给系统分别获得等压的液压油。该装置存在的问题是：由于该装置是由多个小型千斤顶经简单拼装而成，通过外部多个分配阀来给每个小型千斤顶提供液压油，因此其复杂的外部油路系统，降低了系统的可靠性；此外，单个小型千斤顶能提供的张拉力有限，当钢绞线排列较密集且设计预应力值较大时，多个小型千斤顶因尺寸限制导致其排列布置成难题。

发明人发现在申请号为CN 93219309.9的专利中公开了一种可使多根绳、索获得等拉力的牵引装置，该装置通过在活塞下设置牵引杆来达到张拉绳、索的目的。该装置存在的问题是：装置下端必须设置支撑脚用于传递张拉反力，由于支撑脚的存在，使得欲张拉的钢绞线与牵引杆的连接存在很大困难，实际操作起来很不方便；其次，钢绞线的平面布置(如：间距)必须与牵引杆的布置完全一致，否则不能完成钢绞线与牵引杆的固定连接，即使完成固定连接，不能保证每根钢绞线均为轴向张拉，由此将导致钢绞线的张拉应力不相同，甚至可能损坏张拉装置。

发明内容

发明目的

为了解决上述问题，本发明设计了一种预应力锚索均匀张拉装置及方法，对预应力锚索多根钢绞线同时均匀张拉。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种预应力锚索均匀张拉装置，包括外油缸、内油缸、隔液板、穿心套筒；

所述的内油缸包括多个，均匀设置在外油缸内，内油缸上下固定；在每个内油缸内设有一个活塞杆，在所述的活塞杆内设置有一个穿心套筒，穿心套筒上部为自由端，底部固定在外油缸上，在穿心套筒底部对应位置的外油缸上设置有通孔；在外油缸内设置隔液板，用于将外油缸的油腔分隔为第一油腔和第二油腔；外油缸的第一油腔侧壁和第二油腔侧壁分别设有第一油嘴和第二油嘴，用于外油缸的进油和回油；活塞杆将内油缸的油腔分隔为第三油腔和第四油腔，第三油腔侧壁和第四油腔侧壁分别设有第一孔道和第二孔道，用于内油缸的进油和回油。

作为进一步的技术方案，所述的外油缸底板设有多个环形凹槽，环形凹槽与通孔同心，环形凹槽用于固定连接内油缸，环形凹槽的数量与内油缸的数量一致。

作为进一步的技术方案，在活塞杆顶部通过工具夹片可抱紧钢绞线。

作为进一步的技术方案，在所述外油缸的底部还设有穿心套筒限位板。

作为进一步的技术方案，当岩土体锚索孔道内钢绞线间距与穿心套筒间距不一致时，在穿心套筒限位板下方设置散束器，用于改变钢绞线之间的间距。散束器上下表面均匀分布尺寸相同的小通孔，用于穿过钢绞线。

作为进一步的技术方案，所述散束器下方紧贴张拉限位板。张拉限位板锚索孔周边设置环形凹槽，用于张拉时顶推工作夹片。

作为进一步的技术方案，环形凹槽底部宽、顶部窄，环形凹槽底部设置环形柔性垫片，由于环形凹槽底部宽、顶部窄，环形柔性垫片不会自动脱离环形凹槽。由于环形柔性垫片的存在，张拉时环形柔性垫片会产生一定压缩变形，张拉反力主要通过张拉限位板传递至工作锚板，而不至于因工作夹片被顶推得太紧，影响钢绞线张拉效果。

第二方面，本发明基于前面所述的装置，还提供了一种张拉方法，张拉步骤如下：

第一步，安装工作锚板，将钢绞线从工作锚板相应孔中穿过；

第二步，放置工作夹片，工作夹片紧贴钢绞线；

第三步，安装张拉限位板，将钢绞线从张拉限位板相应孔中穿过，选择厚度合适的环形柔性垫片，环形柔性垫片的厚度以确保张拉时环形柔性垫片能将工作夹片顶紧为宜；

第四步，安装散束器，将钢绞线从散束器相应孔中穿过；

第五步，安装由外油缸、内油缸等组成的千斤顶和工具夹片；

第六步，启动液压油泵进行张拉，直到钢绞线预应力达到预定荷载；

第七步，回油，拆除工具夹片，依次取出千斤顶、散束器、张拉限位板。

工作原理：

张拉时，液压油从第二油嘴进入第二油腔，在压力作用下通过第二孔道进入第四油腔，并推动活塞杆抱紧钢绞线向上运动。与此同时，活塞杆推动第三油腔内液压油由第一孔道进入第一油腔，并由第一油嘴流出外油缸。由于钢绞线的长度及初始舒展程度可能不同，因此在相等的油压张拉下钢绞线的位移量可能不同，但钢绞线的张拉力是相同的。

退出张拉时，液压油从第一油嘴进入第一油腔，继而进入第三油腔，并推动活塞杆向下运动，此时工具夹片自动松开释放钢绞线。与此同时，活塞杆推动第四油腔内液压油由第二孔道进入第二油腔，并由第二油嘴流出外油缸。

本发明的有益效果：

(1)可以一次性对具有不同长度、不同初始张弛程度的多根钢绞线进行同时张拉，且各钢绞线的张拉力是相等的，因此提高了张拉效率。

(2)通过匹配不同型号的散束器，可以实现对具有不同间距的钢绞线进行均匀张拉。

(3)由于没有支撑脚，欲张拉的钢绞线与工具夹片的连接非常简单方便。

(4)外部输油管少，仅需两根即可，一根进油、一根回油，因此油路系统简单。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为不包括散束器的预应力锚索均匀张拉装置纵剖面示意；

图2为包括散束器的预应力锚索均匀张拉装置纵剖面示意；

图3为两内缸时内油缸平面布置示意；

图4为三内缸时内油缸平面布置示意；

图5为两内缸时隔液板三维示意；

图6为三内缸时隔液板三维示意；

图7为两内缸时散束器三维示意；

图8为三内缸时散束器三维示意；

图9为两内缸时外油缸底板平面示意；

图10为两内缸时外油缸横截面示意。

图中：1-外油缸；2-内油缸；3-穿心套筒；4-内油缸限位板；5-穿心套筒限位板；6-活塞杆；7-张拉限位板；8-工作锚板；9-环形柔性垫片；10-工作夹片； 11-钢绞线；12-工具夹片；13-第一油嘴；14-第二油嘴；15-第一孔道；16-第二孔道；17-隔液板；18-第二油腔；19-第一油腔；20-第四油腔；21-第三油腔； 22-钢绞线孔道；23-散束器；24-外油缸底板；25-环形凹槽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

如图1所示，本实施例公开了一种预应力锚索均匀张拉装置，其包括外油缸 1、多个内油缸2、隔液板17、多个穿心套筒3、穿心套筒限位板5、内油缸限位板4、张拉限位板7、工作锚板8、工作夹片10、工具夹片12、散束器23。

上述外油缸1横截面可为圆形、矩形、三角形等不同形状，在本实施例中为圆形，下面也是以圆形为例进行的说明。上述的内油缸2至少设置两个，本实施例以两个内油缸为例，进行说明，具体内容如下：

两个内油缸2对称的设置在外油缸1的内部；在外油缸1的底板设有两个对称分布的钢绞线孔道22和两个对称分布的环形凹槽25，环形凹槽25与钢绞线孔道22同心，环形凹槽25用于固定内油缸2，钢绞线孔道22用于钢绞线的穿过。

外油缸1顶部固定连接有内油缸限位板4，内油缸限位板4用于固定连接内油缸2，外油缸1中部固定连接有隔液板17，隔液板17用于将外油缸1的油腔分隔为第一油腔19和第二油腔18；参照附图1，隔液板17上部为第一油腔19，隔夜板17下部为第二油腔18；外油缸1的第一油腔19侧壁和第二油腔18侧壁分别设有第一油嘴13和第二油嘴14，用于外油缸1的进油和回油。

本实施例中，两个内油缸2穿过隔液板17；隔液板17设有两个通孔，通孔用于穿插内油缸；需要说明的是：通孔数量与内油缸2数量一致，通孔尺寸与内油缸外径一致；在本实施例中，由于设置了两个内油缸，因此在隔夜板17上设置了两个通孔。

进一步的，上述内油缸2为环形油缸，其底部敞口，顶部设置一个通孔，用于活塞杆6穿过；内油缸2下端固定于外油缸底板24的环形凹槽25内，上端固定于内油缸限位板4，内油缸限位板4与内油缸2、外油缸1之间可以通过螺栓可拆式连接，也可以采用焊接的方式连接在一起，具体根据实际情况选择，优选的采用可拆式方式连接。

内油缸2内设置可上下移动的活塞杆6，活塞杆6上端面为圆环，钢绞线11 从圆环中穿过，张拉时通过位于活塞杆尾部的工具夹片12可抱紧钢绞线11。工具夹片12为一个锥形结构，活塞杆6尾部设置一个锥形孔，工具夹片12与该锥形孔配合。

活塞杆6的顶部将内油缸2的油腔分隔为第三油腔21和第四油腔20，参照图1，第三油腔21位于活塞杆的上部，第四油腔20位于活塞杆6的下部；第三油腔21侧壁和第四油腔20侧壁分别设有第一孔道15和第二孔道16，用于内油缸2的进油和回油。

穿心套筒3呈筒状，下端穿过外油缸1底部固定于穿心套筒限位板5，上端自由，穿心套筒3内侧作为钢绞线孔道22，外侧作为内油缸2的内环；穿心套筒限位板5固定于外油缸1的底部，例如可以直接焊接在外油缸1的底部。

进一步的，如图2所示，当岩土体锚索孔道内钢绞线间距与穿心套筒间距不一致时(通常表现为锚索孔道内钢绞线分布更紧凑，其间距比穿心套筒间距小)，在穿心套筒限位板5下方设置散束器23，用于扩大钢绞线之间的间距。散束器 23上下表面均匀分布尺寸相同的小通孔，用于穿过钢绞线；散束器23可以直接焊接在穿心套筒限位板5的底部。

进一步的，散束器23下方紧贴张拉限位板7。张拉限位板7锚索孔周边设置环形凹槽，用于张拉时顶推工作夹片10。环形凹槽底部宽、顶部窄，环形凹槽底部设置环形柔性垫片9，由于环形凹槽底部宽、顶部窄，环形柔性垫片9不会自动脱离环形凹槽。由于环形柔性垫片9的存在，张拉时环形柔性垫片会产生一定压缩变形，张拉反力主要通过张拉限位板传递至工作锚板8，而不至于因工作夹片被顶推得太紧，影响钢绞线张拉效果。

上述装置的工作原理如下：

钢绞线张拉时，液压油从第二油嘴14进入第二油腔18，在压力作用下通过第二孔道16进入第四油腔20，并推动活塞杆6抱紧钢绞线11向上运动。与此同时，活塞杆6推动第三油腔21内液压油由第一孔道15进入第一油腔19，并由第一油嘴13流出外油缸1。由于钢绞线11的长度及初始舒展程度可能不同，因此在相等的油压张拉下钢绞线11的位移量可能不同，但钢绞线11的张拉力是相同的。

退出张拉时，液压油从第一油嘴13进入第一油腔19，继而进入第三油腔21，并推动活塞杆6向下运动，此时工具夹片12自动松开释放钢绞线11。与此同时，活塞杆6推动第四油腔20内液压油由第二孔道16进入第二油腔18，并由第二油嘴14流出外油缸1。

上述所述的预应力锚索均匀张拉装置的张拉步骤如下：

第一步，安装工作锚板，将钢绞线从工作锚板相应孔中穿过；

第二步，放置工作夹片，工作夹片紧贴钢绞线；

第三步，安装张拉限位板，将钢绞线从张拉限位板相应孔中穿过，选择厚度合适的环形柔性垫片，环形柔性垫片的厚度以确保张拉时环形柔性垫片能将工作夹片顶紧为宜；

第四步，安装散束器，将钢绞线从散束器相应孔中穿过；

第五步，安装由外油缸、内油缸等组成的千斤顶和工具夹片；

第六步，启动液压油泵进行张拉，直到钢绞线预应力达到预定荷载；

第七步，回油，拆除工具夹片，依次取出千斤顶、散束器、张拉限位板。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预应力锚索均匀张拉装置，其特征在于，包括外油缸、内油缸、隔液板和穿心套筒；所述的内油缸包括多个，均匀设置在外油缸内，内油缸上下固定；在每个内油缸内设有活塞杆，在活塞杆内设置有穿心套筒，穿心套筒上部为自由端，底部固定在外油缸上，在穿心套筒底部对应位置的外油缸上设置有通孔；在外油缸内设置隔液板，用于将外油缸的油腔分隔为第一油腔和第二油腔；外油缸的第一油腔侧壁和第二油腔侧壁分别设有第一油嘴和第二油嘴；活塞杆将内油缸的油腔分隔为第三油腔和第四油腔，第三油腔侧壁和第四油腔侧壁分别设有第一孔道和第二孔道。

2.如权利要求1所述的预应力锚索均匀张拉装置，其特征在于，所述的外油缸底板设有环形凹槽，环形凹槽与所述通孔同心，环形凹槽的数量与内油缸的数量一致。

3.如权利要求1所述的预应力锚索均匀张拉装置，其特征在于，在活塞杆顶部设有工具夹片，所述的工具夹片抱紧钢绞线。

4.如权利要求3所述的预应力锚索均匀张拉装置，其特征在于，所述的工具夹片为锥形。

5.如权利要求1所述的预应力锚索均匀张拉装置，其特征在于，在所述外油缸的底部还设有穿心套筒限位板。

6.如权利要求5所述的预应力锚索均匀张拉装置，其特征在于，当岩土体锚索孔道内钢绞线间距与穿心套筒间距不一致时，在穿心套筒限位板下方设置散束器；散束器分布有通孔，用于穿过钢绞线。

7.如权利要求6所述的预应力锚索均匀张拉装置，其特征在于，所述散束器下方紧贴张拉限位板。

8.如权利要求7所述的预应力锚索均匀张拉装置，其特征在于，所述张拉限位板的锚索孔周边设置环形凹槽，用于张拉时顶推工作夹片。

9.如权利要求8所述的预应力锚索均匀张拉装置，其特征在于，所述环形凹槽底部宽、顶部窄，环形凹槽底部设置环形柔性垫片。

10.利用权利要求1-9任一所述的预应力锚索均匀张拉装置进行张拉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，安装工作锚板，将钢绞线从工作锚板相应孔中穿过；

第二步，放置工作夹片，工作夹片紧贴钢绞线；

第三步，安装张拉限位板，将钢绞线从张拉限位板相应孔中穿过，选择厚度合适的环形柔性垫片，环形柔性垫片的厚度以确保张拉时环形柔性垫片能将工作夹片顶紧为宜；

第四步，安装散束器，将钢绞线从散束器相应孔中穿过；

第五步，安装由外油缸、内油缸等组成的千斤顶和工具夹片；

第六步，启动液压油泵进行张拉，直到钢绞线预应力达到预定荷载；

第七步，回油，拆除工具夹片，依次取出千斤顶、散束器、张拉限位板。

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