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您当前的位置： 两单元压力分散型锚索等应力锁定后的伸长变形补偿装置的制作方法
2021-01-17 14:01:28|
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本发明涉及锚固施工技术领域，具体而言，涉及两单元压力分散型锚索等应力锁定后的伸长变形补偿装置。
背景技术：
目前在基坑工程中常常采用钻孔灌注排桩加上预应力锚索的支护方式进行支护，即采用一排有一定间距的钻孔灌注排桩作为竖向支护结构，钻孔灌注排的桩侧壁设置一道或多道预应力锚索进行支护。
参考图1所示，基坑开始开挖一层土方，然后施工第一道预应力的锚索，再开挖下一层土方，施工下一层的锚索04’，所述锚索04’施工在地面a’直至到基坑底b’之间，所述锚索04’与支护桩02’之间通过锚索腰梁04’固定连接，支护桩03’的顶端与地面间布置锁口梁01’。而在基坑支护的最常见的钻孔灌注桩加上预应力锚索支护方式中，锚索04’根据受力类型不同可分为压力分散型、拉力型，其中压力分散型锚索以锚固力分布均匀，承载力大等优点应用范围较广。尤其是工程中常用的两单元压力分散型的锚索04’，压力分散型锚索一般具有若干个长度不等的张拉单元，张拉单元内对应设置不同长度的钢绞线。
压力分散型的锚索04’需要施加预应力进行锁定，但是由于各单元钢绞线长度不同，每个单元钢绞线在锁定荷载下的伸长变形是不同的。为了解决保证不同长度钢绞线被张拉锁定后的拉力相同这个问题，现有技术是，对每一张拉单元放入钢绞线采用千斤顶分别张拉至锁定荷载。比如先对第一个张拉单元采用荷载对两根钢绞线张拉锁定，然后对第二个张拉单元采用荷载对两根钢绞线锁定。这样分张拉单元张拉锁定避免了如果对所有张拉单元钢绞线同时张拉产生的不同单元钢绞线之间伸长变形不同的问题。采用上述方法对压力分散型锚索张拉锁定后，锁定荷载由每根钢绞线均匀分摊，即每根钢绞线的应力或拉力是相同的。
由于锚索被锁定后只是保持一种预应力状态，在该预应力状态下，结构暂时保持稳定。但是自然界各种外界因素一直在变化，甚至随着时间的推移，由锚索加固的结构物会变形。被施加预应力而锁定后的锚索再次发生变形时，不同张拉单元所有钢绞线的伸长变形均相同，但是不同单元钢绞线因再次伸长变形而产生的荷载并不相等。如第一个张拉单元的钢绞线比第二个张拉单元的钢绞线短，长度较短的第一个张拉单元的钢绞线因再次变形产生的拉力较大，所以会导致长度较短第一个张拉单元的钢绞线会首先破坏，长度较长的第二个张拉单元钢绞线此时并未破坏，需要伸长变形进一步发展，相应产生的拉力进一步加大时才会破坏。这种被张拉锁定后的压力分散型的锚索，由于进一步变形导致的不同张拉单元钢绞线的不同步破坏的模式并不是合理的，理想的锚索结构应当是当锁定后的锚索进一步变形时，所有不同张拉单元的钢绞线拉力同时达到极限值而破坏。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供两单元压力分散型锚索等应力锁定后的伸长变形补偿装置，旨在解决现有技术中，分散型的锚索等应力锁定后的不同长度的钢绞线在同步伸长变形时产生不同的拉力，导致不同长度的钢绞线无法同时断开等问题。
本发明是这样实现的，该两单元压力分散型锚索等应力锁定后的伸长变形补偿装置，包括承载体和补偿装置，所述承载体包括第一承载体和第二承载体，所述第一承载体与所述补偿装置连接，所述第一承载体、第二承载体及补偿装置贯穿连接有若干钢绞线，若干所述钢绞线可设为相同或不同长度，若干相同或不同长度的所述钢绞线受力同步变形；
所述补偿装置包括相互连接的夹片部件和抗剪键，所述第一承载体设有与所述夹片部件的前端相匹配嵌合的凹槽，所述夹片部件夹持连接所述钢绞线，所述钢绞线受力变形并牵引所述夹片部件往所述凹槽方向移动一定的距离，所述抗剪键与所述凹槽的开口端面相抵触贴合，所述抗剪键当达到极限抗剪力时剪断使所述夹片部件向所述凹槽移动嵌入，所述夹片部件前端到所述凹槽底部的测量长度与不同长度的所述钢绞线受力产生的变形差的测量长度相等。
进一步地，所述第一承载体包括相互连接的第一前板和第一后板，所述第二承载体包括相互连接第二前板和第二后板，贯穿连接所述第一前板、第一后板及夹片部件的所述钢绞线设为第一钢绞线，贯穿连接所述所述第一前板、第一后板、第二前板及第二后板的所述钢绞线设为第二钢绞线，所述第二钢绞线的长度长于所述第一钢绞线的长度；
所述夹片部件设于所述第一前板和第一后板之间，所述凹槽设于所述第一前板一侧并与所述夹片部件的前端相匹配嵌合，所述夹片部件的后端与所述第一后板相连接，所述夹片部件往所述凹槽所移动的位移，根据所述第一钢绞线和第二钢绞线的变形差的测量长度、材料极限值及锁定值确定。
进一步地，所述抗剪键环绕所述夹片部件表面设置，所述夹片部件的前端设为楔形结构，所述凹槽设为与所述夹片部件的前端相匹配内凹的楔形结构，所述第一前板和第一后板设置贯穿所述凹槽底部并与所述第一钢绞线直径相匹配的通孔，所述第一前板、第一后板、第二前板及第二后板对应贯穿设置有与所述第二钢绞线直径相匹配的通孔。
进一步地，还包括锚索，所述第一钢绞线和第二钢绞线设于所述锚索内，所述第一钢绞线和第二钢绞线对应所述锚索分别划分为第一张拉单元和第二张拉单元，且延伸出所述锚索部分为张拉段；
锁定后的锚索再次受力变形，依据胡克定律可得，
所述夹片部件受所述第一钢绞线的拉力向所述凹槽的底部方向移动，所述抗剪键受所述凹槽的开口端面抵触阻挡达到极限抗剪力而剪断，使所述夹片部件继续向所述凹槽的底部移动一定距离，所述第一钢绞线回缩拉力荷载降低，当持续增加拉力使所述第一钢绞线和所述第二钢绞线继续受力变形，所述第一钢绞线和所述第二钢绞线最终同时断开。
进一步地，所述第一前板和第一后板通过对穿螺杆固定连接并形成一定间隙，所述夹片部件设于所述第一前板和第一后板形成的间隙中，所述第一钢绞线通过所述夹片部件活动连接所述第一前板和第一后板。
进一步地，所述第二前板和第二后板通过对穿螺杆固定连接并形成一定间隙，所述第二钢绞线贯穿连接所述所述第二前板和第二后板，位于所述第二前板和第二后板之间的所述第二钢绞线套接有挤压钢套筒，所述挤压钢套筒和所述第二钢绞线经过挤压变形固定连接，所述第二钢绞线通过所述挤压钢套筒固定连接所述第二前板和第二后板。
进一步地，设于所述第一张拉单元的第一钢绞线和第二张拉单元的第二钢绞线相隔一定距离架设有橡胶支架来固定，所述橡胶支架设有与所述第一钢绞线和第二钢绞线相匹配的穿线孔。
进一步地，所述锚索内填充有水泥砂浆锚固层，所述水泥砂浆锚固层与所述第一钢绞线、第二钢绞线、第一承载体及第二承载体掺和一起，所述第一钢绞线和第二钢绞线与所述水泥砂浆锚固层的作用力相反。
进一步地，所述第一钢绞线和第二钢绞线涂覆防腐油脂后外部套接pe保护套。
进一步地，所述夹片部件由若干块夹片构成，且所述夹片部件后端设有缠绕钢丝的钢丝绑定槽。
与现有技术相比，该两单元压力分散型锚索等应力锁定后的伸长变形补偿装置，设有相互连接的第一承载体和补偿装置，并且贯穿连接有若干钢绞线。所述补偿装置包括相互连接的夹片部件和抗剪键，所述第一承载体设有与所述夹片部件的前端相匹配嵌合的凹槽，所述夹片部件夹持连接所述钢绞线，所述抗剪键当达到极限抗剪力时剪断，使得所述钢绞线受力变形时牵引所述夹片部件往所述凹槽方向移动一定的位移。所述夹片部件移动的位移与不同长度的所述钢绞线受力产生的变形差的测量长度相等。因此，通过设置该补偿装置可实现当锁定后的锚索进一步变形时，所有不同长度的钢绞线在拉力同时达到极限值的时候同时断开，充分发挥各根钢绞线的作用，节省成本。
附图说明
图1是现有技术锚索在基坑中应用的示意图；
图2是本发明锚索与补偿装置连接关系的示意图；
图3是图2中a-a方向的剖面结构示意图；
图4是本发明补偿装置与第一承载体连接关系的示意图；
图5是图4中a-a方向的剖面结构示意图；
图6是图4中b-b向的剖面结构示意图；
图7是本发明补偿装置与第一钢绞线连接关系的示意图；
图8是本发明补偿装置的侧面示意图；
图9是本发明第二承载体与第二钢绞线、挤压套筒连接关系的示意图；
图10是图9中a-a方向的剖面结构示意图；
图11是图9中b-b向的剖面结构示意图；
图12是本发明锚索荷载时传递机理的示意图；
图13是本发明钢绞线的剖面示意图。
图中：a-第一张拉单元、b-第二张拉单元、c-张拉段、d-荷载、01-锚索、11第一钢绞线、12-第二钢绞线、21-第一承载体、211-第一前板、2111-凹槽、212第一后板、22第二承载体、221-第二前板、222-第二后板、31-补偿装置、311-夹片部件、312-抗剪键、313-钢丝绑定槽、41-挤压铜套筒、51-橡胶支架、61-对穿螺杆、71-水泥砂浆锚固层、81-防腐油脂、91-pe保护套。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照图2至13所示，为本发明提供的较佳实施例。
发明提供两单元压力分散型锚索等应力锁定后的伸长变形补偿装置，如图2、图4所示，该两单元压力分散型锚索等应力锁定后的伸长变形补偿装置，包括承载体和补偿装置31，所述承载体包括第一承载体21和第二承载体22，所述第一承载体21与所述补偿装置31连接，所述第一承载体21、第二承载体22及补偿装置31贯穿连接有若干钢绞线，若干所述钢绞线可设为相同或不同长度，若干相同或不同长度的所述钢绞线受力同步变形。所述补偿装置31包括相互连接的夹片部件311和抗剪键312，所述第一承载体21设有与所述夹片部件311的前端相匹配嵌合的凹槽2111，所述夹片部件311夹持连接所述钢绞线，所述钢绞线受力变形并牵引所述夹片部件311往所述凹槽2111方向移动一定的距离，所述抗剪键312与所述凹槽2111的开口端面相抵触贴合，所述抗剪键312当达到极限抗剪力时剪断使所述夹片部件311向所述凹槽2111移动嵌入，所述夹片部件211前端到所述凹槽2111底部的测量长度与不同长度的所述钢绞线受力产生的变形差的测量长度相等。
针对上述附图的对应方案，下面展开具体实施例进行描述：
第一实施例
请参考图2所示，于本实施例中，该两单元压力分散型锚索等应力锁定后的伸长变形补偿装置的锚索内设置有第一承载体21和至少一第二承载体22，及第一钢绞线11和至少一第二钢绞线12，所述第一承载体21安装有补偿装置31。所述第一钢绞线11和第二钢绞线12设置的长度不一致，同时所述第一钢绞线11一端活动连接所述第一承载体21和补偿装置31，第二钢绞线12的一端固定连接所述第二承载体22，所述第一钢绞线11与第二钢绞线12沿所述锚索01径向并呈相互平行的关系设置。所述第一钢绞线11和第二钢绞线12沿锚索01径向划分为第一张拉单元a和第二张拉单元b，延伸出所述锚索01部分为张拉段c。在应用时，请参考图12～图13所示，所述锚索01内填充有水泥砂浆锚固层71，所述水泥砂浆锚固层71与所述第一钢绞线11、第二钢绞线12、第一承载体21及第二承载体22掺和一起，可以阻止其向外侧移动。因此，所述第一钢绞线11和第二钢绞线12承受的外部拉力被传递给锚索锚固层周围地层，依靠锚固层周围摩擦力来平衡外部拉力，所述第一钢绞线11和第二钢绞线12与所述水泥砂浆锚固层71的作用力相反。且所述第一钢绞线11和第二钢绞线12涂覆防腐油脂81后外部套接pe保护套91，这样当所述第一钢绞线11和第二钢绞线12受到荷载d被张拉时，pe保护套91将所述第一钢绞线11和第二钢绞线12与外部水泥或混凝土隔离，所述第一钢绞线11和第二钢绞线12可以在pe保护套91内自由滑动。制作好后所述锚索01可以应用到支护桩和坚固的岩体锁定连接。
具体地说，所第一承载体21包括相互连接的第一前板211和第一后板212，所述第二承载体22包括相互连接第二前板221和第二后板222，所述第一前板211和第一后板212通过对穿螺杆61固定连接并形成一定间隙，所述对穿螺杆61还锁上螺帽加以固定，所述第二前板221和第二后板222通过对穿螺杆61固定连接并形成一定间隙，所述对穿螺杆61还锁上螺帽加以固定。确切地说，贯穿连接所述第一前板211、第一后板212及夹片部件311的所述钢绞线设为第一钢绞线11，贯穿连接所述所述第一前板211、第一后板212、第二前板221及第二后板222的所述钢绞线设为第二钢绞线12，所述第二钢绞线12的长度长于所述第一钢绞线11的长度。请参考图2～图3所示，设于所述第一张拉单元a的第一钢绞线11和第二张拉单元b的第二钢绞线12相隔一定距离架设有橡胶支架51来固定，所述橡胶支架51设有与所述第一钢绞线11和第二钢绞线12相匹配的穿线孔。
请参考图4～图8所示，所述补偿装置31包括相互连接的夹片部件311和抗剪键312，所述夹片部311件设于所述第一前板211和第一后板212形成的间隙中，所述夹片部件311的前端设为楔形结构，所述抗剪键312环绕所述夹片部件311表面设置。位于所述第一前板211一侧设有凹槽2111，所述凹槽2111设为与所述夹片部件311的前端相匹配内凹的楔形结构，因此，使得所述夹片部件311的前端与所述凹槽2111相匹配嵌合，所述夹片部件311的后端与所述第一后板212相连接。所述第一前板211和第一后板212设置贯穿所述凹槽2111底部并与所述第一钢绞线11直径相匹配的通孔，所述第一前板211、第一后板212、第二前板221及第二后板222对应贯穿设置有与所述第二钢绞线12直径相匹配的通孔。
所述夹片部件311由若干块对侧相同的夹片构成，本实施例优先选择三块所述夹片构成的夹片部件311进行说明，且所述夹片部件311后端设有缠绕钢丝的钢丝绑定槽313，通过三块夹片相互组合夹持连接所述第一钢绞线11，组合完毕后在所述夹片部件311的后端的钢丝绑定槽313上使用钢线进行捆绑固定。因此，所述第一钢绞线11即可通过所述夹片部件311活动连接于所述第一前板211与第一后板212之间。在所述锚索01锁定的情况下，所述抗剪键312与所述凹槽2111的开口端面相抵触贴合，当所述第一钢绞线11受力变形并牵引所述夹片部件311往所述凹槽2111方向移动时，所述抗剪键312就会在达到极限抗剪力时剪断，然后使所述夹片部件311向所述凹槽2111移动嵌入一定的距离。
请参考图9～图11所示，位于所述第二前板221和第二后板222之间的所述第二钢绞线12套接有挤压钢套筒41，确切地说，所述挤压钢套筒41和所述第二钢绞线12经过挤压变形固定连接，所述第二钢绞线12穿过所述第二前板221的部分剥去pe保护套91。将内径略大于所述第二钢绞线12直径的所述挤压钢套筒41套在所述第二钢绞线12端头，然后采用千斤顶液压挤压机挤压所述挤压钢套筒41，所述挤压钢套筒41被挤压变形，便与剥去pe保护套91的所述第二钢绞线12卡在一起。所述挤压钢套筒41内部有刻痕牙纹，被液压挤压机挤压变形时，牙纹嵌入所述第二钢绞线12，与所述第二钢绞线12咬合镶嵌在一起，由于所述挤压钢套筒41外径大于所述第二前板221上的所述第二钢绞线12的预留孔径，因此当所述第二钢绞线12受到外部的荷载d张拉时，所述第二前板221阻止所述第二钢绞线12向外移动，从而实现所述第二钢绞线12通过所述挤压钢套筒41固定连接所述第二前板221和第二后板222的目的。
综上所述，本技术方案主要实现的技术效果是：当锁定后的锚索进一步变形时，所述锚索01内不同长度的第一钢绞线11和第二钢绞线12在拉力同时达到极限值的时候同时断开，充分发挥各根钢绞线的作用，节省成本。
根据上述技术方案，当锁定后的所述锚索01再次受力变形，依据胡克定律可得，
所述第一钢绞线11的长度比所述第二钢绞线12的长度短，因此所述第一钢绞线11产生的拉力增加比所述第二钢绞线12要快。所述夹片部件311受所述第一钢绞线11的拉力将要向所述凹槽2111的底部方向移动，使得所述抗剪键312受所述凹槽2111的开口端面抵触阻挡达到极限抗剪力而剪断，所述夹片部件311继续向所述凹槽2111的底部移动一定距离，所述第一钢绞线11回缩拉力荷载d降低，当持续增加拉力使所述第一钢绞线11和所述第二钢绞线12继续受力变形，所述第一钢绞线11和所述第二钢绞线12最终同时断开。
具体地说，所述夹片部件311往所述凹槽2111所移动的位移，根据所述第一钢绞线11和第二钢绞线12的变形差的测量长度、材料极限值及锁定值确定。所以，所述夹片部件311移动的位移与所述第一钢绞线11和第二钢绞线12受力时的变形差的所测量长度相等。结合胡克定律公式原理进一步分析，设定所述第一钢绞线11的拉力为f1，所述第二钢绞线12的拉力为f2，k为轴向刚度系数，所述第一钢绞线11的长度为l1，所述第二钢绞线12的长度为l2，所述第一钢绞线11在荷载d下的伸长变形为△l1，所述第二钢绞线12在荷载d下的伸长变形为△l2。可知的是所述第一钢绞线11的长度比所述第二钢绞线12的长度要短，即l1＜l2；所以锁定后的锚索01发生再次伸长变形时，所述第一钢绞线11产生的拉力要大于所述第二钢绞线12产生的拉力，即f1＞f2；长度较短的第一钢绞线11的拉力f1增加较快，首先达到了极限承载力，而长度较长的第二钢绞线12的拉力f2增加较慢，最后才达到极限承载力。为了保证两个张拉单元的钢绞线在相同的伸长变形下同时达到极限承载力，所以通过设置所述补偿装置31对不同长度的第一钢绞线11和第二钢绞线12之间的伸长变形进行补偿。
如下是所述第一钢绞线和第二钢绞线的伸长变形分析：
1)所述锚索01按照分张拉单元锁定后的不同张拉单元的钢绞线拉力相等，如果锚索01锁定值为f，则锁定后每根钢绞线受到的拉力均为
2)当锁定后的所述锚索01因为外界因素发生进一步变形，则所述第一钢绞线11和第二钢绞线12开始同步伸长变形，所述第一张拉单元a的所述第一钢绞线11长度相比所述第二张拉单元b的第二钢绞线12要短。因此，因再次伸长变形所述第一钢绞线11产生的拉力增加更快，当所述第一钢绞线11产生的拉力增加到某一值
所述第一钢绞线11受力所述夹片部件311滑动之后的伸长变形为
3)然后所述第一钢绞线11和第二钢绞线12的拉力随着伸长变形的增加而继续增加，同样，所述第一钢绞线11的拉力因为长度较短所以增加得更快，当所述第一钢绞线11的拉力由所述夹片部件312滑动后的
(4)所述抗剪键采用铸铁制作，因此，属于脆性材料一旦所述第一钢绞线11拉力达到
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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