專利名稱：一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器的制作方法
技術領域：
本發明涉及巖土工程的巖體安全支護領域，更具體涉及一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器，它適用于邊坡工程或地下工程中采用預應力錨索加固巖體。
背景技術：
受我國復雜的工程地質條件制約，水電、交通、資源、能源、國防等大型巖土工程建設，如西部水電開發、南水北調、深部礦山開采、石油/天然氣開采、戰略能源儲存、水電邊坡、地下軍工掩體工程等，都涉及采用預應力錨索加固工程巖體的這一支護技術。然而，工程巖體通常都會因巖體應力卸荷作用和巖體本身時效變形特性而發生隨時間不斷增長的變形釋放。可是，安裝在工程巖體上的預應力錨索通常都無法自適應地協同這種錨固巖體的變形增長，這就導致了錨索鋼絞線荷載隨著時間不斷增長，進而導致其超出錨索本身的極限強度而發生錨索鋼絞線斷裂。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大變形，導致多個錨索斷裂；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生松弛大變形，同樣導致了因錨索無法適應巖體大變形而其荷載超過其極限強度值，進而出現錨索破壞，危及邊坡工程安全。總的來看，工程巖體大變形導致在錨索荷載無法適應巖體變形的根本原因在于錨索鋼絞線較低的延伸率。根據我國《預應力混凝土用鋼絞線》國家標準(GB/T52M-1995) 規定，預應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，故當其錨固的工程巖體發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，為使得預應力錨索具有適應工程巖體可能出現大變形的能力而且又能較好地保持預應力錨索的恒定預應力，從而達到維護工程安全的目的。因此，有必要開發一種自動調節裝置，使得預應力錨索在錨固巖體出現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，國內僅有幾種具有可調節預應力錨索荷載的裝置，主要是采用碟形或碗形卸壓托盤、可壓縮襯墊或壓縮環、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致錨索荷載的急劇增大，但均存在一些不足(1)有的調節錨索荷載的裝置在適應工程巖體大變形時，還是無法完全避免和阻止錨索荷載的增大；(2)有的調節錨索荷載的裝置自身可調節變形量非常有限，在應對工程巖體大變形時其容許變形不足；(3)有的調節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)有點調節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。可見，開發出一種可實現大伸長量、高阻力、主動自適應和安全極限保護的預應力錨索主動自適應恒阻伸長器對于確保巖土工程加固安全具有明顯的現實意義和工程需求。
發明內容
針對上述存在問題，本發明的目的是在于提供了一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器，具有高荷載和恒阻條件下主動調控預應力錨索的荷載增長，實現巖土工程中錨索安全地應對巖體大變形問題。為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器，伸長器由厚壁外鋼套、薄壁內鋼套、前端卡盤、后端卡柄、螺母組成，厚壁外鋼套內徑稍小于薄壁內鋼套接觸段的外徑約1 3mm， 薄壁內鋼套非接觸段外徑小于厚壁外鋼套內徑約3mm，厚壁外鋼套前端帶有內凸的鎖塊，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，預應力錨索自適應恒阻伸長器的恒阻原理是在厚壁外鋼套內徑稍小于薄壁內鋼套外徑1 3mm的條件下將薄壁內鋼套壓入厚壁外鋼套，從而在厚壁外鋼套與薄壁內鋼套之間的接觸面產生恒定法向接觸力，這樣就實現了恒阻摩擦阻力下的厚壁外鋼套與薄壁內鋼套之間的相對伸長運動，當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鋼套就可以主動發生相對伸長移動，從而實時地將錨索荷載調整到原有水平。由于采用了上述技術方案，本發明改革了傳統錨索荷載調節裝置不足，具有如下優點(1)恒阻下主動調控預應力錨索的荷載增長由于厚壁外鋼套與薄壁內鋼套之間法向接觸力恒定，且厚壁外鋼套與薄壁內鋼套之間沿軸向相對運動的摩擦面積恒定，故可以實現主動自適應恒阻伸長器在恒定阻力下自動地發生厚壁外鋼套和薄壁內鋼套之間的相對伸長，從而實時地實現了預應力錨索的工作荷載恒定。(2)高荷載下恒阻效果穩定通過厚壁外鋼套與薄壁內鋼套之間的過溢配合實現了厚壁外鋼套與薄壁內鋼套之間大量級的法向接觸力，從而實現了在摩擦系數恒定時其恒阻效果穩定。(3)伸長極限的安全控制通過預應力錨索自適應恒阻伸長器的厚壁外鋼套前端的鎖塊，可設定錨索的允許伸長量，避免工作狀態下的錨索無休止伸長而導致工程安全預警不及時。
圖1為一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器的結構示意圖；圖2為一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器的A-A剖面圖；圖3為一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器的B-B剖面圖。圖4為一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器的C-C剖面圖。圖5為一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器的D-D剖面圖。其中螺母1、前端鎖孔2、前端卡盤3、內凸的鎖塊4、薄壁內鋼套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。
具體實施例方式下面結合圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，對本發明作進一步的詳細說明一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器，由螺母1、前端鎖孔2、前端卡盤3、內凸的鎖塊4、薄壁內鋼套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內徑比薄壁內鋼套5的接觸段10外徑稍小約1 3mm，厚壁外鋼套6內徑比薄壁內鋼套5的非接觸段9外徑稍大約3mm，薄壁內鋼套5通過壓力千斤頂工具壓入到厚壁外鋼套 6孔內，薄壁內鋼套5可以與厚壁外鋼套6發生沿軸線方向的摩擦滑動，厚壁外鋼套6前端帶有內凸的鎖塊4，當薄壁內鋼套5與厚壁外鋼套6之間的相對伸長量達到設計伸長量值時薄壁內鋼套5的接觸段10切口抵達鎖塊4時可以阻止薄壁內鋼套5與厚壁外鋼套6進一步發生相對伸長，厚壁外鋼套6后端通過絲扣與后端卡柄7連接，達到封閉薄壁內鋼套5與厚壁外鋼套6內腔的功能，后端卡柄7上的圓盤帶有八個鎖孔8，實現了錨索鋼絞線通過后端鎖孔7與預應力錨索主動自適應恒阻伸長器一端連接，前端卡盤3通過螺母1與薄壁內鋼套5連接起來，前端卡盤3帶有八個前端鎖孔2，實現了錨索鋼絞線通過前端鎖孔2與預應力錨索主動自適應恒阻伸長器另一端連接。預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器的基本原理是在薄壁內鋼套5的接觸段10 外徑比厚壁外鋼套6的內徑稍大1 3mm的條件下，利用了薄壁內鋼套5擠壓嵌入厚壁外鋼套6內后，在薄壁內鋼套5和厚壁外鋼套6之間的接觸面上可產生很高的接觸力，當薄壁內鋼套5和厚壁外鋼套6之間接觸面的摩擦系數恒定時，就可以實現沿軸線方向產生恒定的高滑動摩擦阻力。如果設定預應力錨索自適應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鋼套5的彈性模量，已知薄壁內鋼套5的彈性模型(E)和泊松比(μ )，以及薄壁內鋼套5與厚壁外鋼套6之間摩擦系數(f)，那么在厚壁外鋼套6的內徑(Cl1)和薄壁內鋼套厚度(η)確定的情況下，薄壁內鋼套5的接觸段10外徑(d2)和內徑(d3)可按式1和式2計算獲得
權利要求
1.一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器，它包括前端卡盤(3)、薄壁內鋼套(5)、 厚壁外鋼套(6)、后端卡柄(7)，其特征在于厚壁外鋼套(6)內徑小于薄壁內鋼套(5)的接觸段(10)的外徑，薄壁內鋼套(5)非接觸段(9)外徑小于厚壁外鋼套(6)內徑，厚壁外鋼套 (6)前端帶有內凸的鎖塊(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.根據權利要求1所述的一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器，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)與預應力錨索主動自適應恒阻伸長器一端連接。
3.根據權利要求1所述的一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器，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)與預應力錨索主動自適應恒阻伸長器另一端連接。
全文摘要
本發明公開了一種預應力錨索的主動自適應恒阻伸長器，厚壁外鋼套內徑小于薄壁內鋼套的接觸段的外徑，薄壁內鋼套非接觸段外徑小于厚壁外鋼套內徑，厚壁外鋼套前端帶有內凸的鎖塊，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應力錨索伸長器一端連接。前端卡盤通過螺母與薄壁內鋼套連接，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應力錨索伸長器另一端連接。結構簡單，使用方便，恒阻下主動調控預應力錨索的荷載增長，高荷載下恒阻效果穩定，伸長極限的安全控制。
文檔編號E21D21/00GK102174812SQ20111005570
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月8日 優先權日2011年3月8日
發明者馮夏庭, 江權, 蔣宇靜, 陳靜 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所