CN112942684B - 一种具有多重锚固能力的条带式构件张拉锚固一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多重锚固能力的条带式构件张拉锚固一体化装置，适用于条带、片材类构件在工程结构中的锚固、张拉。该装置由支撑系统和张拉锚固系统组成，支撑系统包括基座钢管、支架板、加劲板、弧形加劲板和圆套环；张拉锚固系统包括主螺杆、锚固套筒、定位套管、张拉螺杆、螺帽、夹片A和夹片B；所述夹片A和夹片B间夹持条带端部，从锚固套筒横截面空腔嵌入，条带沿圆形的锚固套筒外表面缠绕数圈后，搭在基座钢管上延伸到另一端，所述条带的另一端设置相同；旋转张拉螺杆使锚固套筒旋转而张拉条带，达到张拉要求后拧紧螺帽，将条带由锚固套筒固定在支撑系统上。本发明具有多重锚固能力，实现张拉锚固一体化，操作简便安全成本低。

Description

一种具有多重锚固能力的条带式构件张拉锚固一体化装置

技术领域

本发明涉及土木工程结构构件的张拉锚固，特别是涉及一种具有多重锚固能力的条带式构件张拉锚固一体化装置。

背景技术

张拉锚固装置作为土木工程结构中预应力构件施加张拉力和进行有效锚固的重要设备装置，具有重要的工程应用和研发价值。目前大部分较为成熟且应用较广泛的张拉锚固装置主要是针对预应力筋材或棒材类构件，近十年由于FRP条带、片材类构件的成熟和兴起，关于条带、片材类构件的张拉锚固装置相继出现，具体细分为平板式、夹片式、波形式、墩头式，这些现有的锚固装置具有如下特点：①主要应用于混凝土类条形或板形构件的加固，对构件的张拉锚固长度较小；②张拉端和锚固端是相分离的，主要是通过外部的张拉机具对构件进行张拉，然后在锚固到主体结构中；③装置的锚固方向与构件的预应力方向一致；④锚固形式主要为波形齿锚、直线型夹片锚、粘结锚。依据现有锚固装置总结其不足为：①现有的张拉锚固装置应用形式单一，不适用于大跨空间结构中较长构件的张拉和锚固；②张拉锚固分离会存在预应力损失，张拉效果较差，除此之外，平板式、夹片式和波形式可通过紧固螺栓对构件施加张拉力，这种方式张拉对构件的调节能力较差，要求构件尺寸的下料精度要高，否则螺栓拧到最大位置构件可能也达不到所需要的张拉应力；③除波形齿锚固外，装置的锚固力基本与构件预应力张拉方向平行，且主要为平面间的摩擦力和粘结力，导致锚固能力有限，而对于波形齿锚，夹片长度和夹片间预紧力是锚固能力的主要影响因素，导致锚固能力也有限。基于现有条带、片材类构件张拉锚固装置存在的问题和不足，急需开发一种新型的张拉锚固装置以解决现有装置中的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有多重锚固能力的条带式构件张拉锚固一体化装置，采用弧形夹片黏贴和夹持条带，改变黏结力和摩擦力分布路径，将黏结力和摩擦力分解为径向挤压力和切向拉力，作为第一重锚固；采用圆筒式锚具对弧形夹片挤压和限位，作为第二重锚固；将条带缠绕在锚固套筒上，作为第三重锚固；锚固套筒可旋转而张拉条带，螺帽可作为控制锚固套筒旋转的开关，拧紧螺帽固定锚固套筒而锚固条带，松开螺帽可旋转锚固套筒以调整和张拉条带，可实现对条带类构件张拉锚固的一体化操作。

为达到上述目的，本发明实施例提供的技术方案是：该装置由支撑系统和张拉锚固系统组成，支撑系统包括基座钢管、支架板、加劲板、弧形加劲板和圆套环；张拉锚固系统包括主螺杆、锚固套筒、定位套管、张拉螺杆、螺帽、夹片A和夹片B；所述基座钢管位于主体结构中，所述支架板成对布置且其平面形状为半椭圆弧连接内凹圆弧，在半椭圆弧端部远离内凹圆弧一侧有正多边形的孔洞，内凹圆弧的曲率半径与基座钢管的外径相同，支架板在厚度方向通过内凹圆弧面与基座钢管的外表面吻合接触固定，在成对布置的支架板间且在支架板的内凹圆弧最深处的切线位置紧贴基座钢管外表面设置横向的加劲板，所述圆套环的外表面为圆柱形，空心内表面为正多边形且与支架板的孔洞形状完全相同，圆套环的内表面与支架板的孔洞吻合对齐且嵌在成对布置的支架板间固定；在圆套环与成对布置的支架板围成的区域内，紧贴圆套环外表面固定弧形加劲板，所述弧形加劲板在长度方向的中部为圆弧形，其凹表面的弧形半径与圆套环外径相同；所述加劲板宽度、弧形加劲板宽度和圆套环长度均为成对布置的支架板的净间距；在支撑系统中成对布置的支架板共有两组，每组一对两个，在在同一水平位置并排固定在基座钢管上，且两组支架板的组间距离应满足锚固套筒长度的要求。

在张拉锚固系统中，所述主螺杆沿长度方向共分7段且以垂直于长度方向的对称轴对称布置，每段截面均匀一致，正中间段的截面形状为正多边形A，由正中间向两侧各段的截面依次为正多边形A、圆形A、正多边形B和圆形B，圆形A形状为内切于正多边形A的圆形，正多边形B形状为内接于圆形A的正多边形，圆形B形状为内切于正多边形B的圆形；在主螺杆端部的杆段，即截面为圆形B的杆段，其外表面有螺纹；所述主螺杆在外表面由中部向两侧依次外套锚固套筒、定位套管、张拉螺杆和螺帽；所述主螺杆正中间段外表面与锚固套筒的正多边形内表面吻合镶嵌，所述锚固套筒的长度和内表面截面形状与主螺杆的正中间段相同，外表面为沿长度方向开口的圆柱面；所述定位套管的外表面与支撑系统中所述圆套环和所述支架板的开洞六边形内表面吻合相接，所述定位套管的圆柱形内表面与主螺杆中截面为圆形A的杆段的外表面吻合相接，所述定位套管的长度大于圆套环长度加两片支架板厚度的总和，且超出主螺杆中截面为圆形A的杆段的长度1～5mm，同时长度超出区域包裹一部分主螺杆中截面为正多边形B的杆段；所述张拉螺杆为中空型，外表面为正多边棱柱形，且正多边棱柱形的内表面与主螺杆中截面为正多边形B的杆段的外表面吻合相接，所述张拉螺杆的长度与主螺杆中截面为正多边形B的杆段的长度相同，由于定位套管一侧占用了主螺杆中截面为正多边形B的杆段的一部分范围，所述张拉螺杆一侧包裹一部分主螺杆中截面为圆形B的杆段；所述螺帽与主螺杆中带有螺纹的杆段相契合。

所述锚固套筒为中空圆柱形，中空部分为正多边棱柱形，在锚固套筒外表圆柱面的长度方向切有一个由弧面A和弧面B形成的弧形槽，弧面A的弧面角度范围在60°～90°之间，弧面B的弧面角度范围在45°～60°之间，弧面A靠近锚固套筒的内表面，弧面B靠近锚固套筒的外表面；弧面A与锚固套筒内表面的最小距离不小于5mm，弧面B在弧形槽根部位置距锚固套筒外表面的最小距离不小于5mm；沿着弧形槽中锚固套筒外表面的开口位置向槽根部，弧面A与弧面B的间距逐渐增大，弧面A与弧面B的最小间距应满足条带厚度与夹片A厚度之和的要求，弧面A与弧面B的最大间距为最小间距的2～3倍；所述夹片A和夹片B为弧形，夹片A的凹弧面与弧面A相同，夹片B的凸弧面与弧面B相同，夹片A的凸弧面与夹片B的凹弧面的曲率半径相同、曲面平行，夹片A和夹片B之间黏贴条带端部并夹持，可形成整体吻合镶嵌于锚固套筒的弧形槽中，所述条带沿两侧夹片A和夹片B从锚固套筒的弧形槽中伸出，缠绕锚固套筒数圈后搭在基座钢管上延伸到另一端，所述条带的另一端有相同的支撑系统和张拉锚固系统。

在支撑系统定位和张拉锚固系统各构件安装就位后，在主螺杆两端部同时拧紧螺帽使主螺杆、锚固套筒、定位套管、张拉螺杆和螺帽紧固为整体，从而使锚固套筒通过定位套管固定在支撑系统上，即条带被锚固在已固定在支撑系统的锚固套筒上；所述条带两端均先紧固螺帽将条带固定，一端放松螺帽，同步旋转两个张拉螺杆使锚固套筒旋转而张拉条带，待条带达到张拉设计位置后同时拧紧螺帽锚固，完成张拉。

本发明的有益效果：

1.本发明中采用弧形夹片式锚具改变了黏结力和摩擦力沿弧形锚固位置的分布路径，可将黏结力和摩擦力分解为径向压力和切向拉力，极大增加了条带的锚固能力。

2.本发明中由弧形夹片与条带之间的黏结力和摩擦力作为第一重锚固，锚固套筒作为夹片式锚具对弧形夹片进行挤压和限位，提供第二重锚固，条带缠绕在锚固套筒上作为第三重锚固，可实现多重锚固，达到较优的锚固效果。

3.本发明中在同一主螺杆上旋转张拉螺杆完成张拉，拧紧螺帽完成锚固，将张拉锚固合为一个整体，可实现张拉锚固的一体化。

4.本发明中螺帽可作为条带的张拉锚固开关，对条带的张拉力和锚固长度具有较强的调节功能，张拉方式便捷，对条带尺寸的下料精度无需严格控制。

5.本发明中的装置主要是钢材连接、嵌套和螺栓紧固，均通过传统工艺即可制作完成，构造简单，安装便捷，施工成本低。

附图说明

图1为本发明装置的整体三维示意图；

图2为本发明中支撑系统立体示意图；

图3为本发明中支撑系统平面俯视图；

图4为图3中A-A剖面示意图；

图5为本发明中张拉锚固系统立体示意图；

图6为本发明中张拉锚固系统各构件定位示意图；

图7为本发明中锚固套筒及弧形夹片锚固条带侧视图；

图8为本发明中锚固套筒及弧形夹片锚固条带拆分示意图；

图9为本发明中锚固套筒横截面示意图；

其中，1-基座钢管、201-支架板、202-加劲板、203-弧形加劲板、204-圆套环、3-主螺杆、301-正多边形A、302-圆形A、303-正多边形B、304-圆形B、4-锚固套筒、401-弧面A、402-弧面B、5-定位套管、6-张拉螺杆、7-螺帽、8-夹片A、9-夹片B、10-条带

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种具有多重锚固能力的条带式构件张拉锚固一体化装置，如图1所示，由支撑系统和张拉锚固系统组成，支撑系统包括基座钢管1、支架板201、加劲板202、弧形加劲板203和圆套环204；张拉锚固系统包括主螺杆3、锚固套筒4、定位套管5、张拉螺杆6、螺帽7、夹片A8和夹片B9；所述基座钢管1位于主体结构中。

如图2所示，所述支架板201成对布置且其平面形状为半椭圆弧连接内凹圆弧，在半椭圆弧端部远离内凹圆弧一侧有正多边形的孔洞，内凹圆弧的曲率半径与基座钢管1的外径相同，支架板201在厚度方向通过内凹圆弧面与基座钢管1的外表面吻合接触固定，在成对布置的支架板201间且在支架板201的内凹圆弧最深处的切线位置紧贴基座钢管1外表面设置横向的加劲板202，如图3所示，所述圆套环204的外表面为圆柱形，空心内表面为正多边形且与支架板201的孔洞形状完全相同，圆套环204的内表面与支架板201的孔洞吻合对齐且嵌在成对布置的支架板201间固定；在圆套环204与成对布置的支架板201围成的区域内，紧贴圆套环204外表面固定弧形加劲板203，所述弧形加劲板203在长度方向的中部为圆弧形，其凹表面的弧形半径与圆套环204外径相同，如图4所示；所述加劲板202宽度、弧形加劲板203宽度和圆套环204长度均为成对布置的支架板201净间距；如图2所示，在支撑系统中成对布置的支架板201共有两组，每组一对两个，在同一水平位置并排固定在基座钢管1上，且两组支架板201的组间距离应满足锚固套筒4长度的要求，如图1所示。

如图5和图6所示，在张拉锚固系统中，所述主螺杆3沿长度方向共分7段且以垂直于长度方向的对称轴对称布置，每段截面均匀一致，正中间段的截面形状为正多边形A301，由正中间向两侧各段的截面依次为正多边形A301、圆形A302、正多边形B303和圆形B304，圆形A302形状为内切于正多边形A301的圆形，正多边形B303形状为内接于圆形A302的正多边形，圆形B304形状为内切于正多边形B303的圆形；在主螺杆3端部的杆段，即截面为圆形B304的杆段，其外表面有螺纹；所述主螺杆3在外表面由中部向两侧依次外套锚固套筒4、定位套管5、张拉螺杆6和螺帽7；所述主螺杆3正中间段外表面与锚固套筒4的正多边形内表面吻合镶嵌，所述锚固套筒4的长度和内表面截面形状与主螺杆的正中间段相同，外表面为沿长度方向开口的圆柱面；所述定位套管5的外表面与支撑系统中所述圆套环204和所述支架板201的开洞六边形内表面吻合相接，所述定位套管5的圆柱形内表面与主螺杆3中截面为圆形A的杆段的外表面吻合相接，所述定位套管5的长度大于圆套环204长度加两片支架板201厚度的总和，且超出主螺杆3中截面为圆形A的杆段的长度1～5mm，同时长度超出区域包裹一部分主螺杆3中截面为正多边形B的杆段；所述张拉螺杆6为中空型，外表面为正多边棱柱形，且正多边棱柱形的内表面与主螺杆3中截面为正多边形B的杆段的外表面吻合相接，所述张拉螺杆6的长度与主螺杆3中截面为正多边形B的杆段的长度相同，由于定位套管5一侧占用了主螺杆3中截面为正多边形B的杆段的一部分范围，所述张拉螺杆6一侧包裹一部分主螺杆3中截面为圆形B的杆段；所述螺帽7与主螺杆3中带有螺纹的杆段相契合。

如图7所示，所述锚固套筒4为中空圆柱形，中空部分为正多边棱柱形，在锚固套筒4外表圆柱面的长度方向切有一个由弧面A401和弧面B402形成的弧形槽，弧面A401的弧面角度范围在60°～90°之间，弧面B402的弧面角度范围在45°～60°之间，弧面A401靠近锚固套筒4的内表面，弧面B402靠近锚固套筒4的外表面；弧面A401与锚固套筒4内表面的最小距离不小于5mm，弧面B402在弧形槽根部位置距锚固套筒4外表面的最小距离不小于5mm；沿着弧形槽中锚固套筒4外表面的开口位置向槽根部，弧面A401与弧面B402的间距逐渐增大，弧面A401与弧面B402的最小间距应满足条带10厚度与夹片A8厚度之和的要求，弧面A401与弧面B402的最大间距为最小间距的2～3倍，如图9所示。

如图7和图8所示，所述夹片A8和夹片B9为弧形，夹片A8的凹弧面与弧面A401相同，夹片B9的凸弧面与弧面B402相同，夹片A8的凸弧面与夹片B9的凹弧面的曲率半径相同、曲面平行，夹片A8和夹片B9之间黏贴条带10端部并夹持，可形成整体吻合镶嵌于锚固套筒4的弧形槽中，所述条带10沿两侧夹片A8和夹片B9从锚固套筒4的弧形槽中伸出，缠绕锚固套筒4数圈后搭在基座钢管1上延伸到另一端，所述条带10的另一端有相同的支撑系统和张拉锚固系统。

本发明装置的张拉锚固具体工作方式为：在支撑系统定位和张拉锚固系统各构件安装就位后，在主螺杆3两端部同时拧紧螺帽7使主螺杆3、锚固套筒4、定位套管5、张拉螺杆6和螺帽7紧固为整体，从而使锚固套筒4通过定位套管5固定在支撑系统上，即条带10被锚固在已固定在支撑系统的锚固套筒4上；所述条带10两端均先紧固螺帽7将条带10固定，一端放松螺帽7，同步旋转两个张拉螺杆6使锚固套筒4旋转而张拉条带10，待条带10达到张拉设计位置后同时拧紧螺帽7锚固，完成张拉。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来设，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种具有多重锚固能力的条带式构件张拉锚固一体化装置，其特征在于：

该装置由支撑系统和张拉锚固系统组成，支撑系统包括基座钢管、支架板、加劲板、弧形加劲板和圆套环；张拉锚固系统包括主螺杆、锚固套筒、定位套管、张拉螺杆、螺帽、夹片A和夹片B；

所述基座钢管位于主体结构中，所述支架板成对布置且其平面形状为半椭圆弧连接内凹圆弧，在半椭圆弧端部远离内凹圆弧一侧有正多边形的孔洞，内凹圆弧的曲率半径与基座钢管的外径相同，支架板在厚度方向通过内凹圆弧面与基座钢管的外表面吻合接触固定，在成对布置的支架板间且在支架板的内凹圆弧最深处的切线位置紧贴基座钢管外表面设置横向的加劲板，所述圆套环的外表面为圆柱形，空心内表面为正多边形且与支架板的孔洞形状完全相同，圆套环的内表面与支架板的孔洞吻合对齐且嵌在成对布置的支架板间固定；在圆套环与成对布置的支架板围成的区域内，紧贴圆套环外表面固定弧形加劲板，所述弧形加劲板在长度方向的中部为圆弧形，其凹表面的弧形半径与圆套环外径相同；所述加劲板宽度、弧形加劲板宽度和圆套环长度均为成对布置的支架板的净间距；在支撑系统中成对布置的支架板共有两组，每组一对两个，在同一水平位置并排固定在基座钢管上，且两组支架板的组间距离应满足锚固套筒长度的要求；

在张拉锚固系统中，所述主螺杆沿长度方向共分7段且以垂直于长度方向的对称轴对称布置，每段截面均匀一致，正中间段的截面形状为正多边形A，由正中间向两侧各段的截面依次为正多边形A、圆形A、正多边形B和圆形B，圆形A形状为内切于正多边形A的圆形，正多边形B形状为内接于圆形A的正多边形，圆形B形状为内切于正多边形B的圆形；在主螺杆端部的杆段，即截面为圆形B的杆段，其外表面有螺纹；所述主螺杆在外表面由中部向两侧依次外套锚固套筒、定位套管、张拉螺杆和螺帽；所述主螺杆正中间段外表面与锚固套筒的正多边形内表面吻合镶嵌，所述锚固套筒的长度和内表面截面形状与主螺杆的正中间段相同，外表面为沿长度方向开口的圆柱面；所述定位套管的外表面与支撑系统中所述圆套环和所述支架板的开洞六边形内表面吻合相接，所述定位套管的圆柱形内表面与主螺杆中截面为圆形A的杆段的外表面吻合相接，所述定位套管的长度大于圆套环长度加两片支架板厚度的总和，且超出主螺杆中截面为圆形A的杆段的长度1～5mm，同时长度超出区域包裹一部分主螺杆中截面为正多边形B的杆段；所述张拉螺杆为中空型，外表面为正多边棱柱形，且正多边棱柱形的内表面与主螺杆中截面为正多边形B的杆段的外表面吻合相接，所述张拉螺杆的长度与主螺杆中截面为正多边形B的杆段的长度相同，由于定位套管一侧占用了主螺杆中截面为正多边形B的杆段的一部分范围，所述张拉螺杆一侧包裹一部分主螺杆中截面为圆形B的杆段；所述螺帽与主螺杆中带有螺纹的杆段相契合；

所述锚固套筒为中空圆柱形，中空部分为正多边棱柱形，在锚固套筒外表圆柱面的长度方向切有一个由弧面A和弧面B形成的弧形槽；

所述夹片A和夹片B为弧形，夹片A的凹弧面与弧面A相同，夹片B的凸弧面与弧面B相同，夹片A的凸弧面与夹片B的凹弧面的曲率半径相同、曲面平行，夹片A和夹片B之间黏贴条带端部并夹持，可形成整体吻合镶嵌于锚固套筒的弧形槽中，所述条带沿两侧夹片A和夹片B从锚固套筒的弧形槽中伸出，缠绕锚固套筒数圈后搭在基座钢管上延伸到另一端，所述条带的另一端有相同的支撑系统和张拉锚固系统。

2.根据权利要求1所述一种具有多重锚固能力的条带式构件张拉锚固一体化装置，其特征在于：

弧面A的弧面角度范围在60°～90°之间，弧面B的弧面角度范围在45°～60°之间，弧面A靠近锚固套筒的内表面，弧面B靠近锚固套筒的外表面；弧面A与锚固套筒内表面的最小距离不小于5mm，弧面B在弧形槽根部位置距锚固套筒外表面的最小距离不小于5mm；沿着弧形槽中锚固套筒外表面的开口位置向槽根部，弧面A与弧面B的间距逐渐增大，弧面A与弧面B的最小间距应满足条带厚度与夹片A厚度之和的要求，弧面A与弧面B的最大间距为最小间距的2～3倍。

3.根据权利要求1所述一种具有多重锚固能力的条带式构件张拉锚固一体化装置，其特征在于：在支撑系统定位和张拉锚固系统各构件安装就位后，在主螺杆两端部同时拧紧螺帽使主螺杆、锚固套筒、定位套管、张拉螺杆和螺帽紧固为整体，从而使锚固套筒通过定位套管固定在支撑系统上，即条带被锚固在已固定在支撑系统的锚固套筒上；所述条带两端均先紧固螺帽将条带固定，一端放松螺帽，同步旋转两个张拉螺杆使锚固套筒旋转而张拉条带，待条带达到张拉设计位置后同时拧紧螺帽锚固，完成张拉。

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