CN201991005U - 一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器，厚壁外钢套内径小于薄壁内钢套的接触段的外径，薄壁内钢套非接触段外径小于厚壁外钢套内径，厚壁外钢套前端带有内凸的锁块，厚壁外钢套后端通过丝扣与后端卡柄连接，前端卡盘通过螺母与薄壁内钢套连接，前端卡盘带有锁定钢绞线的前端锁孔，后端卡柄带有锁定钢绞线的后端锁孔。后端卡柄上的圆盘带有八个锁孔，锚索钢绞线通过后端锁孔与预应力锚索伸长器一端连接。前端卡盘通过螺母与薄壁内钢套连接，前端卡盘带有八个前端锁孔，锚索钢绞线通过前端锁孔与预应力锚索伸长器另一端连接。结构简单，使用方便，恒阻下主动调控预应力锚索的荷载增长，高荷载下恒阻效果稳定，伸长极限的安全控制。

Description

一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器

技术领域

本实用新型涉及岩土工程的岩体安全支护领域，更具体涉及一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器，它适用于边坡工程或地下工程中采用预应力锚索加固岩体。

背景技术

受我国复杂的工程地质条件制约，水电、交通、资源、能源、国防等大型岩土工程建设，如西部水电开发、南水北调、深部矿山开采、石油/天然气开采、战略能源储存、水电边坡、地下军工掩体工程等，都涉及采用预应力锚索加固工程岩体的这一支护技术。然而，工程岩体通常都会因岩体应力卸荷作用和岩体本身时效变形特性而发生随时间不断增长的变形释放。可是，安装在工程岩体上的预应力锚索通常都无法自适应地协同这种锚固岩体的变形增长，这就导致了锚索钢绞线荷载随着时间不断增长，进而导致其超出锚索本身的极限强度而发生锚索钢绞线断裂。如在地下工程中，我国二滩水电站地下厂房修建过程中就因工程岩体突然脆性破坏而诱发大变形，导致多个锚索断裂；锦屏二级电站地下厂房与主变室之间的中隔墙也因岩体持续变形使得锚索钢绞线荷载超出极限强度而断裂。在边坡工程中，工程岩体在长期的自然营力和人为扰动下发生松弛大变形，同样导致了因锚索无法适应岩体大变形而其荷载超过其极限强度值，进而出现锚索破坏，危及边坡工程安全。

总的来看，工程岩体大变形导致在锚索荷载无法适应岩体变形的根本原因在于锚索钢绞线较低的延伸率。根据我国《预应力混凝土用钢绞线》国家标准(GB/T5224-1995)规定，预应力锚索的钢绞线都为高强度低延伸率钢材。由于这种高强度钢绞线无明显的塑性变形段，故当其锚固的工程岩体发生大变形时则钢绞线的被动张拉荷载将显著增大，在超出其极限荷载强度时即突然断裂。因此，为使得预应力锚索具有适应工程岩体可能出现大变形的能力而且又能较好地保持预应力锚索的恒定预应力，从而达到维护工程安全的目的。因此，有必要开发一种自动调节装置，使得预应力锚索在锚固岩体出现大变形时能自动伸长，从而保持锚索荷载维持在一个恒定值。

目前，国内仅有几种具有可调节预应力锚索荷载的装置，主要是采用碟形或碗形卸压托盘、可压缩衬垫或压缩环、让压弹簧等柔性措施，或通过改进钢绞线的锚具等装置来适应加固岩体的大变形。这些装置虽然可以一定上程度缓和工程岩体大变形导致锚索荷载的急剧增大，但均存在一些不足：

(1)有的调节锚索荷载的装置在适应工程岩体大变形时，还是无法完全避免和阻止锚索荷载的增大；

(2)有的调节锚索荷载的装置自身可调节变形量非常有限，在应对工程岩体大变形时其容许变形不足；

(3)有的调节锚索荷载的装置因直接利用锚索钢绞线阻滑，只能适用于低荷载条件，使得整个锚索支护体的刚度不足而造成浪费。

(4)有点调节锚索荷载的装置自身缺少必要的极限伸长时的安全保护装置。

可见，开发出一种可实现大伸长量、高阻力、主动自适应和安全极限保护的预应力锚索主动自适应恒阻伸长器对于确保岩土工程加固安全具有明显的现实意义和工程需求。

发明内容

针对上述存在问题，本实用新型的目的是在于提供了一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器，具有高荷载和恒阻条件下主动调控预应力锚索的荷载增长，实现岩土工程中锚索安全地应对岩体大变形问题。

为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器，伸长器由厚壁外钢套、薄壁内钢套、前端卡盘、后端卡柄、螺母组成，厚壁外钢套内径稍小于薄壁内钢套接触段的外径约1～3mm，薄壁内钢套非接触段外径小于厚壁外钢套内径约3mm，厚壁外钢套前端带有内凸的锁块，厚壁外钢套后端通过丝扣与后端卡柄连接，前端卡盘通过螺母与薄壁内钢套连接，前端卡盘带有锁定钢绞线的前端锁孔，后端卡柄带有锁定钢绞线的后端锁孔，预应力锚索自适应恒阻伸长器的恒阻原理是在厚壁外钢套内径稍小于薄壁内钢套外径1～3mm的条件下将薄壁内钢套压入厚壁外钢套，从而在厚壁外钢套与薄壁内钢套之间的接触面产生恒定法向接触力，这样就实现了恒阻摩擦阻力下的厚壁外钢套与薄壁内钢套之间的相对伸长运动，当外部因素使得锚索荷载增大并超过恒阻力时，厚壁外钢套与薄壁内钢套就可以主动发生相对伸长移动，从而实时地将锚索荷载调整到原有水平。

由于采用了上述技术方案，本实用新型改革了传统锚索荷载调节装置不足，具有如下优点：

(1)恒阻下主动调控预应力锚索的荷载增长：由于厚壁外钢套与薄壁内钢套之间法向接触力恒定，且厚壁外钢套与薄壁内钢套之间沿轴向相对运动的摩擦面积恒定，故可以实现主动自适应恒阻伸长器在恒定阻力下自动地发生厚壁外钢套和薄壁内钢套之间的相对伸长，从而实时地实现了预应力锚索的工作荷载恒定。

(2)高荷载下恒阻效果稳定：通过厚壁外钢套与薄壁内钢套之间的过溢配合实现了厚壁外钢套与薄壁内钢套之间大量级的法向接触力，从而实现了在摩擦系数恒定时其恒阻效果稳定。

(3)伸长极限的安全控制：通过预应力锚索自适应恒阻伸长器的厚壁外钢套前端的锁块，可设定锚索的允许伸长量，避免工作状态下的锚索无休止伸长而导致工程安全预警不及时。

附图说明：

图1为一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器的结构示意图；

图2为一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器的A-A剖面图；

图3为一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器的B-B剖面图。

图4为一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器的C-C剖面图。

图5为一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器的D-D剖面图。

其中：螺母1、前端锁孔2、前端卡盘3、内凸的锁块4、薄壁内钢套5、厚壁外钢套6、后端卡柄7、后端锁孔8、非接触段9、接触段10。

具体实施方式：

下面结合图1、图2、图3、图4和图5，对本实用新型作进一步的详细说明：

一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器，由螺母1、前端锁孔2、前端卡盘3、内凸的锁块4、薄壁内钢套5、厚壁外钢套6、后端卡柄7、后端锁孔8组成，其特征在于：厚壁外钢套6内径比薄壁内钢套5的接触段10外径稍小约1～3mm，厚壁外钢套6内径比薄壁内钢套5的非接触段9外径稍大约3mm，薄壁内钢套5通过压力千斤顶工具压入到厚壁外钢套6孔内，薄壁内钢套5可以与厚壁外钢套6发生沿轴线方向的摩擦滑动，厚壁外钢套6前端带有内凸的锁块4，当薄壁内钢套5与厚壁外钢套6之间的相对伸长量达到设计伸长量值时薄壁内钢套5的接触段10切口抵达锁块4时可以阻止薄壁内钢套5与厚壁外钢套6进一步发生相对伸长，厚壁外钢套6后端通过丝扣与后端卡柄7连接，达到封闭薄壁内钢套5与厚壁外钢套6内腔的功能，后端卡柄7上的圆盘带有八个锁孔8，实现了锚索钢绞线通过后端锁孔7与预应力锚索主动自适应恒阻伸长器一端连接，前端卡盘3通过螺母1与薄壁内钢套5连接起来，前端卡盘3带有八个前端锁孔2，实现了锚索钢绞线通过前端锁孔2与预应力锚索主动自适应恒阻伸长器另一端连接。

预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器的基本原理是在薄壁内钢套5的接触段10外径比厚壁外钢套6的内径稍大1～3mm的条件下，利用了薄壁内钢套5挤压嵌入厚壁外钢套6内后，在薄壁内钢套5和厚壁外钢套6之间的接触面上可产生很高的接触力，当薄壁内钢套5和厚壁外钢套6之间接触面的摩擦系数恒定时，就可以实现沿轴线方向产生恒定的高滑动摩擦阻力。如果设定预应力锚索自适应恒阻伸长器的恒阻荷载为N_o，并使得厚壁外钢套6的刚度明显大于薄壁内钢套5的弹性模量，已知薄壁内钢套5的弹性模型(E)和泊松比(μ)，以及薄壁内钢套5与厚壁外钢套6之间摩擦系数(f)，那么在厚壁外钢套6的内径(d₁)和薄壁内钢套厚度(n)确定的情况下，薄壁内钢套5的接触段10外径(d₂)和内径(d₃)可按式1和式2计算获得：

$d_2=d_1+\frac{N_o}{f}(d_1-n)\frac{1-{\mathrm{\μ}}_2}{E}(\frac{n}{d_1+n}+\frac{\mathrm{\μ}}{1-\mathrm{\μ}})---\left(1\right)$

d₃＝d₂-n             (2)

其中：内径d₁，外径d₂，内径d₃，恒阻荷载为N_o，摩擦系数为f，弹性模型E，泊松比μ，薄壁内钢套厚度n。

本实用新型具体使用按下列步骤进行：

(1)确定了预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器的恒阻荷载后，在厚壁外钢套6内径已知的条件下，根据薄壁内钢套5材料的弹性模量(E)、泊松比(μ)、厚度(n)，以及薄壁内钢套5与厚壁外钢套6之间的摩擦系数(f)，可根据式1和式2计算出薄壁内钢套5的接触段10外径(d₂)和内径(d₃)，并据此制作出薄壁内钢套5；

(2)将薄壁内钢套5通过辅助工具完全压入厚壁外钢套6中，并保证薄壁内钢套5的接触段10与厚壁外钢套6的后端接触，为薄壁内钢套5与厚壁外钢套6之间发生相对伸长运动留有设定行程；

(3)将后端卡柄7通过丝扣与厚壁钢套6的后端连接；

(4)将一端的锚索钢绞线通过锁具安装在前端卡盘3的前端锁孔2内；

(5)将另一端的锚索钢绞线通过锁具安装在后端卡柄7的前端锁孔7内，从而实现了预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器的安装，当预应力锚索工作时发生荷载突增，则预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器就可以自动伸长，达到调节锚索荷载的目的。

Claims (3)

1. 一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器，它包括前端卡盘（3）、薄壁内钢套（5）、厚壁外钢套（6）、后端卡柄（7），其特征在于：厚壁外钢套（6）内径小于薄壁内钢套（5）的接触段（10）的外径，薄壁内钢套（5）非接触段（9）外径小于厚壁外钢套（6）内径，厚壁外钢套（6）前端带有内凸的锁块（4），厚壁外钢套（6）后端通过丝扣与后端卡柄（7）连接，前端卡盘（3）通过螺母（1）与薄壁内钢套（5）连接，前端卡盘（3）带有锁定钢绞线的前端锁孔（2），后端卡柄（7）带有锁定钢绞线的后端锁孔（8）。

2.根据权利要求1所述的一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器，其特征在于：所述的后端卡柄（7）上的圆盘带有八个锁孔（8），锚索钢绞线通过后端锁孔（7）与预应力锚索主动自适应恒阻伸长器一端连接。

3.根据权利要求1所述的一种预应力锚索的主动自适应恒阻伸长器，其特征在于：所述的前端卡盘（3）通过螺母（1）与薄壁内钢套（5）连接，前端卡盘（3）带有八个前端锁孔（2），锚索钢绞线通过前端锁孔（2）与预应力锚索主动自适应恒阻伸长器另一端连接。

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