專利名稱：一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土工程的巖體安全支護(hù)領(lǐng)域，更具體涉及一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器，它適用于邊坡工程或地下工程中采用預(yù)應(yīng)力錨索加固巖體。
背景技術(shù)：
受我國(guó)復(fù)雜的工程地質(zhì)條件制約，水電、交通、資源、能源、國(guó)防等大型巖土工程建設(shè)，如西部水電開發(fā)、南水北調(diào)、深部礦山開采、石油/天然氣開采、戰(zhàn)略能源儲(chǔ)存、水電邊坡、地下軍工掩體工程等，都涉及采用預(yù)應(yīng)力錨索加固工程巖體的這一支護(hù)技術(shù)。然而，工程巖體通常都會(huì)因巖體應(yīng)力卸荷作用和巖體本身時(shí)效變形特性而發(fā)生隨時(shí)間不斷增長(zhǎng)的變形釋放?？墒?，安裝在工程巖體上的預(yù)應(yīng)力錨索通常都無(wú)法自適應(yīng)地協(xié)同這種錨固巖體的變形增長(zhǎng)，這就導(dǎo)致了錨索鋼絞線荷載隨著時(shí)間不斷增長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致其超出錨索本身的極限強(qiáng)度而發(fā)生錨索鋼絞線斷裂。如在地下工程中，我國(guó)二灘水電站地下廠房修建過(guò)程中就因工程巖體突然脆性破壞而誘發(fā)大變形，導(dǎo)致多個(gè)錨索斷裂；錦屏二級(jí)電站地下廠房與主變室之間的中隔墻也因巖體持續(xù)變形使得錨索鋼絞線荷載超出極限強(qiáng)度而斷裂。在邊坡工程中，工程巖體在長(zhǎng)期的自然營(yíng)力和人為擾動(dòng)下發(fā)生松弛大變形，同樣導(dǎo)致了因錨索無(wú)法適應(yīng)巖體大變形而其荷載超過(guò)其極限強(qiáng)度值，進(jìn)而出現(xiàn)錨索破壞，危及邊坡工程安全?？偟膩?lái)看，工程巖體大變形導(dǎo)致在錨索荷載無(wú)法適應(yīng)巖體變形的根本原因在于錨索鋼絞線較低的延伸率。根據(jù)我國(guó)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T52M-1995) 規(guī)定，預(yù)應(yīng)力錨索的鋼絞線都為高強(qiáng)度低延伸率鋼材。由于這種高強(qiáng)度鋼絞線無(wú)明顯的塑性變形段，故當(dāng)其錨固的工程巖體發(fā)生大變形時(shí)則鋼絞線的被動(dòng)張拉荷載將顯著增大，在超出其極限荷載強(qiáng)度時(shí)即突然斷裂。因此，為使得預(yù)應(yīng)力錨索具有適應(yīng)工程巖體可能出現(xiàn)大變形的能力而且又能較好地保持預(yù)應(yīng)力錨索的恒定預(yù)應(yīng)力，從而達(dá)到維護(hù)工程安全的目的。因此，有必要開發(fā)一種自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，使得預(yù)應(yīng)力錨索在錨固巖體出現(xiàn)大變形時(shí)能自動(dòng)伸長(zhǎng)，從而保持錨索荷載維持在一個(gè)恒定值。目前，國(guó)內(nèi)僅有幾種具有可調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力錨索荷載的裝置，主要是采用碟形或碗形卸壓托盤、可壓縮襯墊或壓縮環(huán)、讓壓彈簧等柔性措施，或通過(guò)改進(jìn)鋼絞線的錨具等裝置來(lái)適應(yīng)加固巖體的大變形。這些裝置雖然可以一定上程度緩和工程巖體大變形導(dǎo)致錨索荷載的急劇增大，但均存在一些不足(1)有的調(diào)節(jié)錨索荷載的裝置在適應(yīng)工程巖體大變形時(shí)，還是無(wú)法完全避免和阻止錨索荷載的增大；(2)有的調(diào)節(jié)錨索荷載的裝置自身可調(diào)節(jié)變形量非常有限，在應(yīng)對(duì)工程巖體大變形時(shí)其容許變形不足；(3)有的調(diào)節(jié)錨索荷載的裝置因直接利用錨索鋼絞線阻滑，只能適用于低荷載條件，使得整個(gè)錨索支護(hù)體的剛度不足而造成浪費(fèi)。(4)有點(diǎn)調(diào)節(jié)錨索荷載的裝置自身缺少必要的極限伸長(zhǎng)時(shí)的安全保護(hù)裝置?？梢?jiàn)，開發(fā)出一種可實(shí)現(xiàn)大伸長(zhǎng)量、高阻力、主動(dòng)自適應(yīng)和安全極限保護(hù)的預(yù)應(yīng)力錨索主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器對(duì)于確保巖土工程加固安全具有明顯的現(xiàn)實(shí)意義和工程需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在問(wèn)題，本發(fā)明的目的是在于提供了一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器，具有高荷載和恒阻條件下主動(dòng)調(diào)控預(yù)應(yīng)力錨索的荷載增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)巖土工程中錨索安全地應(yīng)對(duì)巖體大變形問(wèn)題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器，伸長(zhǎng)器由厚壁外鋼套、薄壁內(nèi)鋼套、前端卡盤、后端卡柄、螺母組成，厚壁外鋼套內(nèi)徑稍小于薄壁內(nèi)鋼套接觸段的外徑約1 3mm， 薄壁內(nèi)鋼套非接觸段外徑小于厚壁外鋼套內(nèi)徑約3mm，厚壁外鋼套前端帶有內(nèi)凸的鎖塊，厚壁外鋼套后端通過(guò)絲扣與后端卡柄連接，前端卡盤通過(guò)螺母與薄壁內(nèi)鋼套連接，前端卡盤帶有鎖定鋼絞線的前端鎖孔，后端卡柄帶有鎖定鋼絞線的后端鎖孔，預(yù)應(yīng)力錨索自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器的恒阻原理是在厚壁外鋼套內(nèi)徑稍小于薄壁內(nèi)鋼套外徑1 3mm的條件下將薄壁內(nèi)鋼套壓入厚壁外鋼套，從而在厚壁外鋼套與薄壁內(nèi)鋼套之間的接觸面產(chǎn)生恒定法向接觸力，這樣就實(shí)現(xiàn)了恒阻摩擦阻力下的厚壁外鋼套與薄壁內(nèi)鋼套之間的相對(duì)伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)外部因素使得錨索荷載增大并超過(guò)恒阻力時(shí)，厚壁外鋼套與薄壁內(nèi)鋼套就可以主動(dòng)發(fā)生相對(duì)伸長(zhǎng)移動(dòng)，從而實(shí)時(shí)地將錨索荷載調(diào)整到原有水平。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明改革了傳統(tǒng)錨索荷載調(diào)節(jié)裝置不足，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)恒阻下主動(dòng)調(diào)控預(yù)應(yīng)力錨索的荷載增長(zhǎng)由于厚壁外鋼套與薄壁內(nèi)鋼套之間法向接觸力恒定，且厚壁外鋼套與薄壁內(nèi)鋼套之間沿軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦面積恒定，故可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器在恒定阻力下自動(dòng)地發(fā)生厚壁外鋼套和薄壁內(nèi)鋼套之間的相對(duì)伸長(zhǎng)，從而實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力錨索的工作荷載恒定。(2)高荷載下恒阻效果穩(wěn)定通過(guò)厚壁外鋼套與薄壁內(nèi)鋼套之間的過(guò)溢配合實(shí)現(xiàn)了厚壁外鋼套與薄壁內(nèi)鋼套之間大量級(jí)的法向接觸力，從而實(shí)現(xiàn)了在摩擦系數(shù)恒定時(shí)其恒阻效果穩(wěn)定。(3)伸長(zhǎng)極限的安全控制通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨索自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器的厚壁外鋼套前端的鎖塊，可設(shè)定錨索的允許伸長(zhǎng)量，避免工作狀態(tài)下的錨索無(wú)休止伸長(zhǎng)而導(dǎo)致工程安全預(yù)警不及時(shí)。


圖1為一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器的A-A剖面圖；圖3為一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器的B-B剖面圖。圖4為一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器的C-C剖面圖。圖5為一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器的D-D剖面圖。其中螺母1、前端鎖孔2、前端卡盤3、內(nèi)凸的鎖塊4、薄壁內(nèi)鋼套5、厚壁外鋼套6、 后端卡柄7、后端鎖孔8、非接觸段9、接觸段10。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器，由螺母1、前端鎖孔2、前端卡盤3、內(nèi)凸的鎖塊4、薄壁內(nèi)鋼套5、厚壁外鋼套6、后端卡柄7、后端鎖孔8組成，其特征在于厚壁外鋼套6內(nèi)徑比薄壁內(nèi)鋼套5的接觸段10外徑稍小約1 3mm，厚壁外鋼套6內(nèi)徑比薄壁內(nèi)鋼套5的非接觸段9外徑稍大約3mm，薄壁內(nèi)鋼套5通過(guò)壓力千斤頂工具壓入到厚壁外鋼套 6孔內(nèi)，薄壁內(nèi)鋼套5可以與厚壁外鋼套6發(fā)生沿軸線方向的摩擦滑動(dòng)，厚壁外鋼套6前端帶有內(nèi)凸的鎖塊4，當(dāng)薄壁內(nèi)鋼套5與厚壁外鋼套6之間的相對(duì)伸長(zhǎng)量達(dá)到設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)量值時(shí)薄壁內(nèi)鋼套5的接觸段10切口抵達(dá)鎖塊4時(shí)可以阻止薄壁內(nèi)鋼套5與厚壁外鋼套6進(jìn)一步發(fā)生相對(duì)伸長(zhǎng)，厚壁外鋼套6后端通過(guò)絲扣與后端卡柄7連接，達(dá)到封閉薄壁內(nèi)鋼套5與厚壁外鋼套6內(nèi)腔的功能，后端卡柄7上的圓盤帶有八個(gè)鎖孔8，實(shí)現(xiàn)了錨索鋼絞線通過(guò)后端鎖孔7與預(yù)應(yīng)力錨索主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器一端連接，前端卡盤3通過(guò)螺母1與薄壁內(nèi)鋼套5連接起來(lái)，前端卡盤3帶有八個(gè)前端鎖孔2，實(shí)現(xiàn)了錨索鋼絞線通過(guò)前端鎖孔2與預(yù)應(yīng)力錨索主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器另一端連接。預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器的基本原理是在薄壁內(nèi)鋼套5的接觸段10 外徑比厚壁外鋼套6的內(nèi)徑稍大1 3mm的條件下，利用了薄壁內(nèi)鋼套5擠壓嵌入厚壁外鋼套6內(nèi)后，在薄壁內(nèi)鋼套5和厚壁外鋼套6之間的接觸面上可產(chǎn)生很高的接觸力，當(dāng)薄壁內(nèi)鋼套5和厚壁外鋼套6之間接觸面的摩擦系數(shù)恒定時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)沿軸線方向產(chǎn)生恒定的高滑動(dòng)摩擦阻力。如果設(shè)定預(yù)應(yīng)力錨索自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器的恒阻荷載為N。，并使得厚壁外鋼套6的剛度明顯大于薄壁內(nèi)鋼套5的彈性模量，已知薄壁內(nèi)鋼套5的彈性模型(E)和泊松比(μ )，以及薄壁內(nèi)鋼套5與厚壁外鋼套6之間摩擦系數(shù)(f)，那么在厚壁外鋼套6的內(nèi)徑(Cl1)和薄壁內(nèi)鋼套厚度(η)確定的情況下，薄壁內(nèi)鋼套5的接觸段10外徑(d2)和內(nèi)徑(d3)可按式1和式2計(jì)算獲得
權(quán)利要求
1.一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器，它包括前端卡盤(3)、薄壁內(nèi)鋼套(5)、 厚壁外鋼套(6)、后端卡柄(7)，其特征在于厚壁外鋼套(6)內(nèi)徑小于薄壁內(nèi)鋼套(5)的接觸段(10)的外徑，薄壁內(nèi)鋼套(5)非接觸段(9)外徑小于厚壁外鋼套(6)內(nèi)徑，厚壁外鋼套 (6)前端帶有內(nèi)凸的鎖塊(4)，厚壁外鋼套(6)后端通過(guò)絲扣與后端卡柄(7)連接，前端卡盤 (3)通過(guò)螺母(1)與薄壁內(nèi)鋼套(5)連接，前端卡盤(3)帶有鎖定鋼絞線的前端鎖孔(2)，后端卡柄(7)帶有鎖定鋼絞線的后端鎖孔(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器，其特征在于所述的后端卡柄(7)上的圓盤帶有八個(gè)鎖孔(8)，錨索鋼絞線通過(guò)后端鎖孔(7)與預(yù)應(yīng)力錨索主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器一端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器，其特征在于所述的前端卡盤(3)通過(guò)螺母(1)與薄壁內(nèi)鋼套(5)連接，前端卡盤(3)帶有八個(gè)前端鎖孔 (2)，錨索鋼絞線通過(guò)前端鎖孔(2)與預(yù)應(yīng)力錨索主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器另一端連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動(dòng)自適應(yīng)恒阻伸長(zhǎng)器，厚壁外鋼套內(nèi)徑小于薄壁內(nèi)鋼套的接觸段的外徑，薄壁內(nèi)鋼套非接觸段外徑小于厚壁外鋼套內(nèi)徑，厚壁外鋼套前端帶有內(nèi)凸的鎖塊，厚壁外鋼套后端通過(guò)絲扣與后端卡柄連接，前端卡盤通過(guò)螺母與薄壁內(nèi)鋼套連接，前端卡盤帶有鎖定鋼絞線的前端鎖孔，后端卡柄帶有鎖定鋼絞線的后端鎖孔。后端卡柄上的圓盤帶有八個(gè)鎖孔，錨索鋼絞線通過(guò)后端鎖孔與預(yù)應(yīng)力錨索伸長(zhǎng)器一端連接。前端卡盤通過(guò)螺母與薄壁內(nèi)鋼套連接，前端卡盤帶有八個(gè)前端鎖孔，錨索鋼絞線通過(guò)前端鎖孔與預(yù)應(yīng)力錨索伸長(zhǎng)器另一端連接。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，恒阻下主動(dòng)調(diào)控預(yù)應(yīng)力錨索的荷載增長(zhǎng)，高荷載下恒阻效果穩(wěn)定，伸長(zhǎng)極限的安全控制。
文檔編號(hào)E21D21/00GK102174812SQ20111005570
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者馮夏庭, 江權(quán), 蔣宇靜, 陳靜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所