專利名稱：一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及巖土工程的巖體安全支護領(lǐng)域，更具體涉及一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器，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)：
受我國復(fù)雜的工程地質(zhì)條件制約，水電、交通、資源、能源、國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技術(shù)。然而，工程巖體通常都會因巖體應(yīng)力卸荷作用和巖體本身時效變形特性而發(fā)生隨時間不斷增長的變形釋放?？墒?，安裝在工程巖體上的預(yù)應(yīng)力錨索通常都無法自適應(yīng)地協(xié)同這種錨固巖體的變形增長，這就導(dǎo)致了錨索鋼絞線荷載隨著時間不斷增長，進而導(dǎo)致其超出錨索本身的極限強度而發(fā)生錨索鋼絞線斷裂。如在地下工程中，我國二灘水電站地下廠房修建過程中就因工程巖體突然脆性破壞而誘發(fā)大變形，導(dǎo)致多個錨索斷裂；錦屏二級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度而斷裂。在邊坡工程中，工程巖體在長期的自然營力和人為擾動下發(fā)生松弛大變形，同樣導(dǎo)致了因錨索無法適應(yīng)巖體大變形而其荷載超過其極限強度值，進而出現(xiàn)錨索破壞，危及邊坡工程安全?？偟膩砜矗こ處r體大變形導(dǎo)致在錨索荷載無法適應(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《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T52M-1995) 規(guī)定，預(yù)應(yīng)力錨索的鋼絞線都為高強度低延伸率鋼材。由于這種高強度鋼絞線無明顯的塑性變形段，故當(dāng)其錨固的工程巖體發(fā)生大變形時則鋼絞線的被動張拉荷載將顯著增大，在超出其極限荷載強度時即突然斷裂。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，從而達到維護工程安全的目的。因此，有必要開發(fā)一種自動調(diào)節(jié)裝置，使得預(yù)應(yīng)力錨索在錨固巖體出現(xiàn)大變形時能自動伸長，從而保持錨索荷載維持在一個恒定值。目前，國內(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，或通過改進鋼絞線的錨具等裝置來適應(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，還是無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)對工程巖體大變形時其容許變形不足；(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，使得整個錨索支護體的剛度不足而造成浪費。(4)有點調(diào)節(jié)錨索荷載的裝置自身缺少必要的極限伸長時的安全保護裝置?？梢?，開發(fā)出一種可實現(xiàn)大伸長量、高阻力、主動自適應(yīng)和安全極限保護的預(yù)應(yīng)力錨索主動自適應(yīng)恒阻伸長器對于確保巖土工程加固安全具有明顯的現(xiàn)實意義和工程需求。 發(fā)明內(nèi)容針對上述存在問題，本實用新型的目的是在于提供了一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器，具有高荷載和恒阻條件下主動調(diào)控預(yù)應(yīng)力錨索的荷載增長，實現(xiàn)巖土工程中錨索安全地應(yīng)對巖體大變形問題。為了達到上述目的，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器，伸長器由厚壁外鋼套、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絲扣與后端卡柄連接，前端卡盤通過螺母與薄壁內(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)鋼套之間的相對伸長運動，當(dāng)外部因素使得錨索荷載增大并超過恒阻力時，厚壁外鋼套與薄壁內(nèi)鋼套就可以主動發(fā)生相對伸長移動，從而實時地將錨索荷載調(diào)整到原有水平。由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型改革了傳統(tǒng)錨索荷載調(diào)節(jié)裝置不足，具有如下優(yōu)點(1)恒阻下主動調(diào)控預(yù)應(yīng)力錨索的荷載增長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運動的摩擦面積恒定，故可以實現(xiàn)主動自適應(yīng)恒阻伸長器在恒定阻力下自動地發(fā)生厚壁外鋼套和薄壁內(nèi)鋼套之間的相對伸長，從而實時地實現(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)定通過厚壁外鋼套與薄壁內(nèi)鋼套之間的過溢配合實現(xiàn)了厚壁外鋼套與薄壁內(nèi)鋼套之間大量級的法向接觸力，從而實現(xiàn)了在摩擦系數(shù)恒定時其恒阻效果穩(wěn)定。(3)伸長極限的安全控制通過預(yù)應(yīng)力錨索自適應(yīng)恒阻伸長器的厚壁外鋼套前端的鎖塊，可設(shè)定錨索的允許伸長量，避免工作狀態(tài)下的錨索無休止伸長而導(dǎo)致工程安全預(yù)警不及時。

圖1為一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器的A-A剖面圖；圖3為一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器的B-B剖面圖。圖4為一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器的C-C剖面圖。圖5為一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器的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。
具體實施方式
下面結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，對本實用新型作進一步的詳細(xì)說明一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器，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，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之間的相對伸長量達到設(shè)計伸長量值時薄壁內(nèi)鋼套5的接觸段10切口抵達鎖塊4時可以阻止薄壁內(nèi)鋼套5與厚壁外鋼套6進一步發(fā)生相對伸長，厚壁外鋼套6后端通過絲扣與后端卡柄7連接，達到封閉薄壁內(nèi)鋼套5與厚壁外鋼套6內(nèi)腔的功能，后端卡柄7上的圓盤帶有八個鎖孔8，實現(xiàn)了錨索鋼絞線通過后端鎖孔7與預(yù)應(yīng)力錨索主動自適應(yīng)恒阻伸長器一端連接，前端卡盤3通過螺母1與薄壁內(nèi)鋼套5連接起來，前端卡盤3帶有八個前端鎖孔2，實現(xiàn)了錨索鋼絞線通過前端鎖孔2與預(yù)應(yīng)力錨索主動自適應(yīng)恒阻伸長器另一端連接。預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長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，就可以實現(xiàn)沿軸線方向產(chǎn)生恒定的高滑動摩擦阻力。如果設(shè)定預(yù)應(yīng)力錨索自適應(yīng)恒阻伸長器的恒阻荷載為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計算獲得d2 =Cil +^fidl+(1)
jL· Ci1+ η \- μd3 = d2-n(2)其中內(nèi)徑Cl1，外徑d2，內(nèi)徑d3，恒阻荷載為N。，摩擦系數(shù)為f，彈性模型E，泊松比 μ，薄壁內(nèi)鋼套厚度η。本實用新型具體使用按下列步驟進行(1)確定了預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器的恒阻荷載后，在厚壁外鋼套6 內(nèi)徑已知的條件下，根據(jù)薄壁內(nèi)鋼套5材料的彈性模量(E)、泊松比(μ)、厚度(Π)，以及薄壁內(nèi)鋼套5與厚壁外鋼套6之間的摩擦系數(shù)(f)，可根據(jù)式1和式2計算出薄壁內(nèi)鋼套5的接觸段10外徑(d2)和內(nèi)徑(d3)，并據(jù)此制作出薄壁內(nèi)鋼套5;(2)將薄壁內(nèi)鋼套5通過輔助工具完全壓入厚壁外鋼套6中，并保證薄壁內(nèi)鋼套5 的接觸段10與厚壁外鋼套6的后端接觸，為薄壁內(nèi)鋼套5與厚壁外鋼套6之間發(fā)生相對伸長運動留有設(shè)定行程；(3)將后端卡柄7通過絲扣與厚壁鋼套6的后端連接；(4)將一端的錨索鋼絞線通過鎖具安裝在前端卡盤3的前端鎖孔2內(nèi)；(5)將另一端的錨索鋼絞線通過鎖具安裝在后端卡柄7的前端鎖孔7內(nèi)，從而實現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器的安裝，當(dāng)預(yù)應(yīng)力錨索工作時發(fā)生荷載突增，則預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器就可以自動伸長，達到調(diào)節(jié)錨索荷載的目的。
權(quán)利要求1.一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器，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)后端通過絲扣與后端卡柄(7)連接，前端卡盤 (3)通過螺母(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)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器，其特征在于所述的后端卡柄(7)上的圓盤帶有八個鎖孔(8)，錨索鋼絞線通過后端鎖孔(7)與預(yù)應(yīng)力錨索主動自適應(yīng)恒阻伸長器一端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器，其特征在于所述的前端卡盤(3)通過螺母(1)與薄壁內(nèi)鋼套(5)連接，前端卡盤(3)帶有八個前端鎖孔 (2)，錨索鋼絞線通過前端鎖孔(2)與預(yù)應(yīng)力錨索主動自適應(yīng)恒阻伸長器另一端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種預(yù)應(yīng)力錨索的主動自適應(yīng)恒阻伸長器，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絲扣與后端卡柄連接，前端卡盤通過螺母與薄壁內(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鎖孔，錨索鋼絞線通過后端鎖孔與預(yù)應(yīng)力錨索伸長器一端連接。前端卡盤通過螺母與薄壁內(nèi)鋼套連接，前端卡盤帶有八個前端鎖孔，錨索鋼絞線通過前端鎖孔與預(yù)應(yīng)力錨索伸長器另一端連接。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，恒阻下主動調(diào)控預(yù)應(yīng)力錨索的荷載增長，高荷載下恒阻效果穩(wěn)定，伸長極限的安全控制。
文檔編號E21D21/00GK201991005SQ20112005964
公開日2011年9月28日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所