CN205894068U

CN205894068U - 长螺环型双向可调式预应力锚具

Info

Publication number: CN205894068U
Application number: CN201620744950.XU
Authority: CN
Inventors: 姜昭群; 石胜伟; 罗宏保; 胡时友; 蔡强
Original assignee: Institute of Exploration Technology Chinese Academy of Geological Sciences
Current assignee: Institute of Exploration Technology Chinese Academy of Geological Sciences
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2026-07-15

Abstract

本实用新型涉及一种长螺环型双向可调式预应力锚具。该锚具具有基体，所述基体包括夹片(2)、双向调节锚具(6)、钢绞线(8)、上部钢绞线(81)、长螺环(9)和连接器(10)，所述连接器(10)和双向调节锚具(6)均具有通孔，所述通孔中具有夹片(2)。本产品能在预应力消失后进行补偿张拉，填补了我国国内可调式预应力锚具的空白，满足锚索预应力调节的需要。

Description

长螺环型双向可调式预应力锚具

技术领域

本实用新型涉及一种长螺环型双向可调式预应力锚具。

背景技术

现有预应力技术从工程应用至今发展约有60余年，由于它所特有的优点，使其迅速发展，广泛地应用于各个领域，应用数量日益增多。应用预应力锚固技术，可以大大减轻结构自重，节约工程材料，可以保证施工安全与工程稳定性，我国的预应力锚固技术在许多领域，如采矿、铁路、海港、工民建系统及地质灾害防治等得到广泛应用，并取得了良好的技术、经济效益和社会效益。

预应力锚索技术作为预应力技术的一种近年来越来越多的应用于滑坡灾害治理，其加固具有主动土压力的作用，通过类似后张拉法的原理使边坡稳定。锚索通过设置于完整或稳定的地层中的锚固段提供锚拉力，通过自由段实现预加压力，来抵抗边坡上的外荷载作用以及岩土体自重的应力，对边坡岩土体的内部力量进行分担，以此来稳定边坡。

在锚固体系施加预应力后，在一定的时间内，其锁定预应力值会因种种因素发生变化，这些预应力变化严重者将导致结构体破坏，使锚固工程失败。锁定预应力变化的主要原因有：

1、自然因素

地质结构、地下水位、地震等都是引起预应力变化的主要因素。在胶结松散、风化严重的砂页岩、破碎岩、火成岩、泥岩和砂土层、粘土等岩土体中，锁定预应力常随时间而减少，特别在泥岩等高压缩性的凝聚性土层更为显著。水位的变化，会造成预应力消失而危及工程安全。地震的发生常使锁定预应力增加或减少，若其增量超过锚固体系强度时，即发生破坏，若预应力减少时，对日后压力增加所产生的变形可能导致结构体破坏。

2、人为因素

主要表现为预应力锁定装置强度不足以承受拉力而打滑，日后锈蚀等作用使锁定预应力消失；自由端长期受张力作用，将发生松弛现象，自由端长期暴露在大气或水中，锈蚀等化学反应使性质改变也会造成锁定预应力的减少；固定端由于是地下灌浆作业，地层的含水量、渗透性等性质将改变灌浆材料的配比，使日后受力时发生不同程度的变形；自由端摩阻力(R值)的影响，使得固定端受力未达设计值，即固定端受力P＝P_p-R(P_p为千斤顶所施拉的预应力)，当日后压力增量超过P时，即产生位移变形。

预应力锚具是预应力锚固系统的重要组件，传统的锚具因不具有可重复张拉的功能，当预应力消失后，即使采用某些装置(如台湾的HHL预应力检测仪)进行重复张拉，因张拉所产生的空隙需以相同厚度的垫板垫置，因此其锁定拉力不易控制，必须以可调式锚具较为可行。我国国内以固定式锚具为主，还没有一种能够进行预应力调节的锚具，而国内在这方面的研究和开发都还存在很大的差距，有些方面还是空白。

因此，急需提供一种能在预应力消失后进行补偿张拉的可调式预应力锚具。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能在预应力消失后进行补偿张拉的长螺环型双向可调式预应力锚具。

本实用新型的长螺环型双向可调式预应力锚具是通过预应力调节装置对可调式锚具直接进行补偿张拉，旋动长螺环控制可调式锚具的位移来调节锚具预应力。

本实用新型的长螺环型双向可调式预应力锚具采用长螺环调节的方式，以国内较普遍的锚固体系(欧维姆)中较常见的五孔锚具和七孔锚具为蓝本，长螺环调节位移可以实现最大达到20cm，可以实现在锚索吨位1000KN以下的预应力调节。

本实用新型的长螺环型双向可调式预应力锚具主要由双向调节锚具、连接器、长螺环等部件组成，其中连接器和双向调节锚具通过螺纹进行连接，长螺环和双向调节锚具通过螺纹进行连接。可调式预应力锚具预应力调节装置示意图如附图2所示，调节装置(张拉装置或张拉设备)主要由承压板、支撑架、液压千斤顶、传感器装置、工具锚组成，将调节装置安放在可调式预应力锚具上，工具锚和连接器通过钢绞线连接，钢绞线穿过工具锚和连接器中的孔，用夹片进行固定。

也就是说，本实用新型所述的长螺环型双向可调式预应力锚具，具有基体，所述基体包括夹片(2)、双向调节锚具(6)、钢绞线(8)、上部钢绞线(81)、长螺环(9)和连接器(10)，所述连接器(10)和双向调节锚具(6)均具有通孔，所述通孔中具有夹片(2)，所述双向调节锚具(6)和连接器(10)通过相互配合的螺纹连接，所述双向调节锚具(6)和连接器(10)外壁均具有外螺纹，所述长螺环(9)具有内螺纹，所述双向调节锚具(6)和连接器(10)外壁均具有的外螺纹与所述长螺环(9)具有的内螺纹相配合，所述钢绞线(8)穿过双向调节锚具(6)，由双向调节锚具(6)中的夹片(2)固定，所述上部钢绞线(81)穿过连接器(10)，由连接器(10)中的夹片(2)固定。

在使用本实用新型的长螺环型双向可调式预应力锚具时，需要在所述基体外部安装张拉装置(张拉设备)，所述基体外部套置的张拉装置包括工具锚(1)、夹片(2)、传感器装置(3)、液压千斤顶(4)、支撑架(5)和承压板(7)，所述工具锚(1)具有通孔，所述通孔中具有夹片(2)，所述工具锚(1)一端与传感器装置(3)一端接触，所述传感器装置(3)另一端与液压千斤顶(4)一端接触，所述液压千斤顶(4)另一端与支撑架(5)一端接触，所述支撑架(5)另一端与承压板(7)固定连接，所述上部钢绞线(81)穿过工具锚(1)、传感器装置(3)、液压千斤顶(4)和连接器(10)，由工具锚(1)和连接器(10)中的夹片(2)固定，所述长螺环(9)与承压板(7)密合接触，所述钢绞线(8)穿过承压板(7)和双向调节锚具(6)，由双向调节锚具(6)中的夹片(2)固定。

本发明在进行预应力调节时，长螺环与承压板是密合接触状态；液压千斤顶工作，活塞伸出，顶推着传感器和工具锚运动，工具锚和连接器通过钢绞线在夹片的作用下连接，带动连接器一起运动，连接器和双向调节锚具通过螺纹连接，双向调节锚具(双向可调节预应力锚具)受钢绞线拉动而产生位移，当传感器显示预应力达到预定锁定值时，长螺环与承压板此时处于分离状态，再旋动长螺环使其与承压板密合接触，从而使双向可调式预应力锚具的位置固定，解除液压千斤顶压力，拆除预应力调节装置，完成锚具预应力的调节。

本实用新型中常用钢绞线直径按Φ15.24mm，强度级别为1860MPa，其单根钢绞线的破断荷载为260.7kN，以五孔锚具为例，每束锚索由5根钢绞线组成，其轴向最大荷载F_w为5×260.7kN＝1303.5kN。由于梯形螺纹具有良好的双向受力性能，所以选用普通梯形螺纹作为连结受力的形式。

材料选用40MnMoV进行淬火热处理，则σ_s＝1568MPa，安全系数n＝1.2～1.7，取n＝1.5，n_τ＝2.5,则有[σ]＝σ_s/n＝1045.3MPa,[τ]＝σ_s/n_τ＝627.2MPa；取n＝1.7,则有[σ]＝σ_s/n＝922.3MPa。

连接器结构设计如下。

根据锚具类比，取B＝50mm，D＝88，h₂＝55，h₁＝100，h＝h₁+h₂＝155。

螺纹公称直径d的确定：

材料选用40MnMoV淬火，取n＝1.7，n_τ＝2.5，由

得

得d≥96mm

式中：σ—连接器张拉应力

A_s—连接器横截面积

d—连接器螺纹公称直径

查机械设计手册，取d＝110mm，螺纹为Tr110×4，取D₁＝116。

确定螺纹长度：

设螺纹长度为N，取旋合牙数Z＝N/p-3＝N/4-3，螺距p＝4，小径d₁＝106，螺纹牙根部宽度b＝0.65p＝2.6，螺纹牙的工作高度h＝2.25，取载荷不均匀系数k_z＝0.56，由

τ = \frac{F_{w}}{k_{z} \cdot π \cdot d_{1} \cdot b \cdot z} \leq [τ]

σ_{w} = \frac{3 F_{w} \cdot h}{k_{z} \cdot π \cdot d_{1} \cdot b^{2} \cdot z} \leq [σ]

式中：F_w—最大轴向外荷载

τ—螺纹剪应力

σ_w—螺纹弯应力

得

且

即N≥26.4，取N＝55mm

双向调节锚具和螺环结构设计：

锚索平均按自由段L＝30m计，取张拉力值F＝0.8×260.7kN，由

σ = \frac{F}{A_{s}} = E \cdot ϵ = E \cdot \frac{Δ L}{L}

式中：△L—锚索在拉力F作用下的弹性伸长

A_s—钢绞线截面面积

得

Δ L = \frac{F \cdot L}{E \cdot A_{s}} = \frac{0.8 \times 260.7 \times 10^{3} \times 30}{1.9 \times 10^{11} \times 140 \times 10^{- 6}} = 0.235 m = 235 m m

取螺环长度为H＝250mm。

双向调节锚具结构设计：

由配合关系有内螺纹D＝d为Tr110×4，螺纹长度取h₂＝70mm，由

得

得D₁≥117mm

取D₁＝130mm，为梯形螺纹Tr130×6，考虑装配和钢绞线长度，取h₁＝80，h₃＝60，则h＝140，由配合关系可确定螺环内螺纹规格为Tr130×6，由

得D≥135，取D＝150

连接器螺纹强度校核：

取Tr110×4螺纹旋合长度Z＝12，p＝4，d₁＝106，b＝0.65p＝2.6，h＝2.25，取k_z＝0.56，有

\begin{matrix} τ = \frac{F_{w}}{k_{z} \cdot π \cdot d_{1} \cdot b \cdot z} = \frac{4 \times 260.7 \times 1000}{0.56 \times 3.14 \times 106 \times 2.6 \times 12} = 179.3 M P a < [τ] = 627.2 M P a \\ σ_{w} = \frac{3 F_{w} \cdot h}{k_{z} \cdot π \cdot d_{1} \cdot b^{2} \cdot z} = \frac{3 \times 4 \times 260.7 \times 1000 \times 2.25}{0.56 \times 3.14 \times 106 \times {2.6}^{2} \times 12} \\ = 465.6 M P a < [σ] = 1045.3 M P a \end{matrix}

说明螺纹强度足够，是安全的。

双向调节锚具螺纹强度校核：

取Tr130×6螺纹旋合长度Z＝5，p＝6，d₁＝124，b＝0.65p＝3.9，h＝3.5，取k_z＝0.56，有

\begin{matrix} τ = \frac{F_{w}}{k_{z} \cdot π \cdot d_{1} \cdot b \cdot z} = \frac{4 \times 260.7 \times 1000}{0.56 \times 3.14 \times 124 \times 3.9 \times 5} = 245.3 M P a < [τ] = 627.2 M P a \\ σ_{w} = \frac{3 F_{w} \cdot h}{k_{z} \cdot π \cdot d_{1} \cdot b^{2} \cdot z} = \frac{3 \times 4 \times 260.7 \times 1000 \times 3.5}{0.56 \times 3.14 \times 124 \times 3.9 \times 3.9 \times 5} \\ = 660.3 M P a < [σ] = 1045.3 M P a \end{matrix}

说明螺纹强度足够，是安全的。

我国国内目前以固定式锚具为主，还没有一种能够进行预应力调节的锚具，开发1000kN以下的长螺环型双向调节可调式预应力锚具，丰富我国预应力锚具品种，使设计和施工单位有更多的选择机会，预应力施工时，采用可调式锚具之后，可以对锚索进行重复张拉。

本实用新型填补了我国国内可调式预应力锚具的空白，满足锚索预应力调节的需要。

与前述现有同类产品相比，本实用新型的长螺环型双向可调式预应力锚具能在预应力消失后进行补偿张拉。

本实用新型的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本实用新型的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。

附图说明

图1是实施例中长螺环型双向可调式预应力锚具的结构示意图。

图2是实施例中长螺环型双向可调式预应力锚具安装张拉装置后的结构示意图。

图3是实施例中连接器剖面结构放大图。

图4是实施例中双向调节锚具剖面结构放大图。

图5是实施例中长螺环剖面结构放大图。

具体实施方式

本实施例预应力调节施工工艺按以下步骤进行实施：

一、清除外露钢绞线上的杂物；

二、安装承压板、双向调节锚具和长螺环，放入夹片后单根钢绞线预拉，并切除多余钢绞线；

三、安装连接器、支撑架、液压千斤顶、传感器装置、工具锚等，承压板需与钢绞线轴向保持垂直，进行整体张拉；

四、张拉到锁定预应力后，旋转长螺环，敲打使长螺环与承压板密合；

五、千斤顶解除压力后预应力由螺环传到承压板上，最后拆除张拉设备；

六、重复张拉及微调同第三、四、五项；

七、进行锚具防腐处理。

如图1～5所示，本实施例中所述的长螺环型双向可调式预应力锚具，具有基体，所述基体包括夹片2、双向调节锚具6、钢绞线8、上部钢绞线81、长螺环9和连接器10，所述连接器10和双向调节锚具6均具有通孔，所述通孔中具有夹片2，所述双向调节锚具6和连接器10通过相互配合的螺纹连接，所述双向调节锚具6和连接器10外壁均具有外螺纹，所述长螺环9具有内螺纹，所述双向调节锚具6和连接器10外壁均具有的外螺纹与所述长螺环9具有的内螺纹相配合，所述钢绞线8穿过双向调节锚具6，由双向调节锚具6中的夹片2固定，所述上部钢绞线81穿过连接器10，由连接器10中的夹片2固定。

在使用本实施例中长螺环型双向可调式预应力锚具时，先要在所述基体外部套置张拉装置，所述张拉装置包括工具锚1、夹片2、传感器装置3、液压千斤顶4、支撑架5和承压板7，所述工具锚1具有通孔，所述通孔中具有夹片2，所述工具锚1一端与传感器装置3一端接触，所述传感器装置3另一端与液压千斤顶4一端接触，所述液压千斤顶4另一端与支撑架5一端接触，所述支撑架5另一端与承压板7固定连接，所述上部钢绞线81穿过工具锚1、传感器装置3、液压千斤顶4和连接器10，由工具锚1和连接器10中的夹片2固定，所述长螺环9与承压板7密合接触，所述钢绞线8穿过承压板7和双向调节锚具6，由双向调节锚具6中的夹片2固定。

预应力施工时，不再采用固定式锚具，而采用可调式预应力锚具，经过一段时间后当锁定预应力因为各种因素产生损失需要进行补偿张拉时，进行长螺环型双向可调式锚具预应力调节装置的安装，全部安装完毕后，长螺环9与承压板7是密合接触状态；液压千斤顶4工作，液压千斤顶4由支撑架5支撑，液压千斤顶4活塞伸出，顶推着传感器装置3和工具锚1运动；工具锚1和连接器10通过钢绞线81在夹片2的作用下连接，随着液压千斤顶4顶推的作用下一起运动；连接器10和双向调节锚具6通过螺纹连接，双向调节锚具6受钢绞线8拉动而产生位移，当传感器装置3显示预应力达到预定锁定值时，长螺环9与承压板7此时处于分离状态，再旋动长螺环9使其与承压板7密合接触，从而使双向调节锚具6的位置固定，解除液压千斤顶4压力，拆除预应力调节装置，完成锚具预应力的调节。

Claims

1.一种长螺环型双向可调式预应力锚具，具有基体，其特征是所述基体包括夹片(2)、双向调节锚具(6)、钢绞线(8)、上部钢绞线(81)、长螺环(9)和连接器(10)，所述连接器(10)和双向调节锚具(6)均具有通孔，所述通孔中具有夹片(2)，所述双向调节锚具(6)和连接器(10)通过相互配合的螺纹连接，所述双向调节锚具(6)和连接器(10)外壁均具有外螺纹，所述长螺环(9)具有内螺纹，所述双向调节锚具(6)和连接器(10)外壁均具有的外螺纹与所述长螺环(9)具有的内螺纹相配合，所述钢绞线(8)穿过双向调节锚具(6)，由双向调节锚具(6)中的夹片(2)固定，所述上部钢绞线(81)穿过连接器(10)，由连接器(10)中的夹片(2)固定。

2.如权利要求1所述的长螺环型双向可调式预应力锚具，其特征是所述基体外部还套置有张拉装置，所述张拉装置包括工具锚(1)、夹片(2)、传感器装置(3)、液压千斤顶(4)、支撑架(5)和承压板(7)，所述工具锚(1)具有通孔，所述通孔中具有夹片(2)，所述工具锚(1)一端与传感器装置(3)一端接触，所述传感器装置(3)另一端与液压千斤顶(4)一端接触，所述液压千斤顶(4)另一端与支撑架(5)一端接触，所述支撑架(5)另一端与承压板(7)固定连接，所述上部钢绞线(81)穿过工具锚(1)、传感器装置(3)、液压千斤顶(4)和连接器(10)，由工具锚(1)和连接器(10)中的夹片(2)固定，所述长螺环(9)与承压板(7)密合接触，所述钢绞线(8)穿过承压板(7)和双向调节锚具(6)，由双向调节锚具(6)中的夹片(2)固定。