一种预应力筋连接及张拉装置和方法与流程

本发明涉及预应力筋处理装置，特别涉及一种用于桥梁等结构中预应力筋由于锈蚀等原因发生局部断裂后的连接和预应力张拉的预应力筋连接及张拉装置和方法。

背景技术：

预应力混凝土桥梁或结构，由于不良施工质量下的孔道压浆不密实、局部位置雨水聚积和车辆船只撞击下混凝土保护层的剥落等原因，不利环境作用下极易发生预应力筋的局部锈蚀。加之，预应力筋的材料特性，以及其高应力作用下存在的应力腐蚀、氢脆等腐蚀形式，预应力筋一旦锈蚀极易发生局部断裂。对该类结构进行维修加固设计时，不能像普通钢筋混凝土结构一样完全忽略断裂筋的作用而重新配置预应力筋进行代替。这是因为断口以外该力筋尚能提供预压应力，加之新配预应力筋的作用，可能会导致这些区域混凝土预压应力过大而被压溃。因此，将断筋重新连接并施加预应力是一种有效的维修加固方式。

目前多采用的搭接式连接装置存在一些缺点：首先，难以保证预应力筋的对中连接；其次，预应力筋在连接装置处存在强制性弯曲，增大了其局部区域的工作应力；再次，搭接式连接装置必须借助液压千斤顶进行预应力张拉，需要较大的工作空间，不易操作，而且危险性较高；此外，还存在与短筋张拉类似的锚具压缩预应力损失，其张拉应力难以准确的控制。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明专利的技术方案是，一种预应力筋连接及张拉装置，包括互相连接的连接装置和张拉装置；

所述的连接装置包括大小两个套筒，所述的大套筒内壁设有内螺纹；所述的小套筒外壁一端设有外螺纹，另一端沿轴线方向设有卡槽，小套筒设有外螺纹的一端旋入至大套筒内，另一端伸出至大套筒外；预应力筋的断筋两端分别穿入至两个套筒相对的两端并固定在内；

所述的张拉装置包括基座、伞齿轮与棘轮组合、棘轮帽、四向棘爪、加力杆、螺帽、扇形伞齿轮、传动棘轮和双向棘爪；所述的基座为半环柱体，基座内径与大套筒外径相同并固定于大套筒上，基座上设有柱状的基座转杆，基座转杆末端设有螺纹以匹配螺帽；所述的伞齿轮与棘轮组合通过中央设有的通孔套装在基座转杆上，棘轮设置于伞齿轮上端；所述的棘轮帽中央开孔，套装于伞齿轮与棘轮组合上方并接触棘轮，棘轮帽通过螺帽固定；所述的加力杆叉入棘轮帽侧边留孔中用于扳转棘轮帽；所述的四向棘爪通过弹簧安装在棘轮帽侧壁孔洞中，并通过加力杆来回摇动以调控伞齿轮与棘轮组合随棘轮帽的转动；所述的扇形伞齿轮与大小套筒共圆心，两侧分别设外凸的导向肋和圆柱滚子组件，安装在基座的凹肋中并沿凹肋转动，且与伞齿轮啮合；所述的传动棘轮为套于小套筒上的短环柱体，内环面设有用于卡住小套筒上卡槽的凸肋，外环面设棘口；所述的双向棘爪通过弹簧安装在扇形伞齿轮侧壁孔洞中，爪头顶向传动棘轮棘口。

所述的一种预应力筋连接及张拉装置，所述的大套筒外筒壁上开有至少两个用于固定基座的固定槽，固定槽的侧壁上设有螺纹，基座在与固定槽相匹配的位置上设有固定螺孔，并通过固定螺栓固定在大套筒外筒壁上。

所述的一种预应力筋连接及张拉装置，所述的基座的下端开口宽度小于大套筒外径且大于小套筒外径。

所述的一种预应力筋连接及张拉装置，四向棘爪底端为具有四个受力面的正方柱，且其中一个面为坡面，其他三个面均用于带动棘轮转动。

所述的一种预应力筋连接及张拉装置，扇形伞齿轮的扇形角为40-60度，扇形外边缘设有4-6片齿与伞齿轮齿合，扇形面的圆柱滚子组件设有3-5个圆柱滚子，圆柱滚子通过铜条固定。

所述的一种预应力筋连接及张拉装置，传动棘轮为两个相同的半圆环组装而成，半圆环两端设置分别设置一个梯形凸头和一个形状相匹配的的梯形凹口，两个半圆环的梯形凸头和凹口互相匹配组成环形的传动棘轮。

所述的一种预应力筋连接及张拉装置，所述的大小套筒分别在用于穿入断筋的端部内设有用于固定断筋的挤压锚。

一种预应力筋连接及张拉方法，包括以下步骤：

步骤1，安装连接装置：将结构的断筋两端分别插入大小套筒相对两端并固定，安装挤压锚后通过螺纹将两套筒进行初步连接；

步骤2，安装张拉装置，首先将基座开口环柱体置于小套筒上，对准并推向大套筒，拧紧螺柱固定；然后将由两个相同的半圆环组成的传动棘轮套在近小套筒端的预应力筋上进行组装，传动棘轮内环面的条凸肋卡于小套筒对应的卡槽，然后将传动棘轮推向大套筒，置于扇形伞齿轮下，外环面的棘口与双向棘爪连接；

步骤3，张拉预应力：将加力杆叉入棘轮帽侧边留孔中，通过反复摇动加力杆使小套筒发生相对于大套筒的旋转，并通过调整四向棘爪和双向棘爪的坡面朝向，来旋近或旋远大小套筒之间的距离达到张拉和调整预应力的效果；

步骤4，拆除张拉装置：张拉到控制应力以后，对张拉装置进行拆除，首先将传动棘轮沿小套筒推出至预应力筋上，然后再拆成两个半圆环移走；接下来拧松基座上的螺柱，将张拉装置推向小套筒上移走。

本发明专利的技术效果在于，能够实现断裂预应力筋的对中连接，钢绞线上不会产生强制变形引起附件应力；无需借助液压千斤顶，用手来回转动张拉装置的加力杆即可对连接后的断筋进行预应力张拉，操作方便安全，便于施工使用；张拉装置简单轻盈，只需要较小的工作空间，并且在张拉完成后能够完全拆除，重复使用，经济环保；预应力张拉过程中，挤压锚和连接装置完全受力，不存在采用液压千斤顶张拉后移除千斤顶引起的锚具变形预应力损失，因此预应力张拉精度高；此外，该装置还能对张拉后的断筋进行放张，可以反复、精确的调整预应力筋的张拉应力。

下面结合附图对本发明专利作进一步说明。

附图说明

图1为本发明专利中连接装置的整体外观示意图；

图2为本发明专利中连接装置的剖面图；

图3为本发明专利中连接和张拉装置的整体外观示意图；

图4为本发明专利中连接和张拉装置的剖面图；

图5为发明专利中张拉装置的分解图；

图6为发明专利中四向棘爪详图。

其中1为大套筒、2为小套筒、3为钢绞线、4为挤压锚、5为基座、6为伞齿轮与棘轮组合、7为棘轮帽、8为螺帽、9为四向棘爪、10为扇形伞齿轮、11为双向棘爪、12为加力杆、13为传动棘轮、14为基座转杆、15为螺柱、16为圆柱滚子组件、17为导向肋。

具体实施方式

本发明包括断裂预应力筋连接和预应力张拉装置，下面分别进行说明。

参见图1、图2，本发明的断裂预应力筋连接装置包括大套筒1和小套筒2。两个套筒的侧壁中央开孔，断裂预应力筋3两端分别穿过，并通过挤压锚4各与套筒连接；大套筒1内壁和小套筒2外壁均设置螺纹，两者间以此进行连接；此后通过预应力张拉装置拧紧大套筒1和小套筒2间的距离以达到张拉预应力的效果。

参见图3、图4，本发明的张拉装置由基座5、伞齿轮与棘轮组合6、棘轮帽7、螺帽8、四向棘爪9、扇形伞齿轮10、双向棘爪11、加力杆12和传动棘轮13组成，该张拉装置为可拆卸式，在张拉预应力后能够完全拆除。基座5为半环柱体，环柱内径与连接装置的大套筒外径相同，可套在大套同上，并通过其侧边预留的螺孔用螺柱固定；伞齿轮与棘轮组合6中央开孔，安装在基座转杆上，上端棘轮连接棘轮帽7，并通过螺帽8固定；通过棘轮帽7的传动和四向棘爪9的调节，在加力杆12的往返转动作用下可以使伞齿轮与棘轮组合6发生单向或者往返转动；扇形伞齿轮10与大小套筒1和2共圆心，通过其前端的导向凸肋和后端的凸出圆柱滚子组件安装与基座5的凹肋中，扇形伞齿轮10与伞齿轮与棘轮组合6齿合而发生单向或者往返转动；传动棘轮13为短环柱体，套于小套筒2上，内环面设2-4条凸肋卡于小套筒2对应的卡槽内，传动棘轮13外环面设棘口，扇形伞齿轮10通过双向棘爪11带动传动棘轮13以及小套筒2的共同转动，进而达到拧近大套筒1和小套筒2间距离的目的，预应力张拉完成后可拧松基座5上的小螺丝，对张拉装置进行整体拆除。

其中四向棘爪的作用是控制扇形伞齿轮10随伞齿轮与棘轮组合6转动，当四向棘爪的坡面朝向扇形伞齿轮10的齿轮时，可以实现伞齿轮与棘轮组合6顺时转动，带动扇形伞齿轮10顺时转动，伞齿轮与棘轮组合6逆时转动，扇形伞齿轮10不转动；而将四向棘爪调节180度以后的作用相反，即伞齿轮与棘轮组合6顺时转动，扇形伞齿轮10不转动，伞齿轮与棘轮组合6逆时转动，带动扇形伞齿轮10逆时转动；而四向棘爪的坡面朝向其他两个方向时的作用则是伞齿轮与棘轮组合6顺时转动，带动扇形伞齿轮10顺时转动，伞齿轮与棘轮组合6逆时转动，扇形伞齿轮10也逆时针转动。

双向棘爪的作用是控制传动棘轮13随扇形伞齿轮10的转动，当双向棘爪方向一定时，扇形伞齿轮10逆时针转动时，会带动传动棘轮13逆时针运动，但是当扇形伞齿轮10顺时针转动时，传动棘轮13会静止不转动；当双向棘爪调转180度以后，扇形伞齿轮10逆时针转动时，传动棘轮13会静止不转动，当扇形伞齿轮10顺时针转动时，传动棘轮13才会跟着扇形伞齿轮10转动。

通过调整四向棘爪和双向棘爪坡面朝向的方向来满足实际使用时的需要，同时使在加力杆反复摇动作用下带动伞齿轮与棘轮组合和扇形伞齿轮发生往返转动，且传动棘轮和小套筒发生单向转动。

工作过程是：

第一步，预处理。敲除桥梁等结构断筋位置处混凝土，露出断裂预应力筋两端，并对锈蚀端头进行处理。

第二步，安装连接装置。断筋两端分别插入大小套筒1和2侧壁开孔中，安装挤压锚后通过螺纹将两套筒进行初步连接对于断口间距太长时，可借助一根辅助预应力筋安装两个连接装置。

第三步，安装张拉装置。首先将基座5开口环柱体置于小套筒2上，对准并推向大套筒3，拧紧螺柱固定；然后将由两个相同的半圆环组成的传动棘轮13套在近小套筒2端的预应力筋上进行组装，其内环面的2-4条凸肋卡于小套筒2对应的卡槽，并将其推向大套筒1，置于扇形伞齿轮10下，其外环面的棘口与双向棘爪11连接。

第四步，张拉前的调整。由于在实际使用时，加力杆安装时可能会受到现场混凝土等其他物体的阻碍，需要调整加力杆安装位置以便于安装，故可以通过对四向棘爪9和双向棘爪11的调节使的加力杆12和扇形伞齿轮10均处于有利于加载的位置，也就是便于加力杆安装的的位置。随后，再次调节四向棘爪9和双向棘爪11的坡面朝向位置，使在加力杆12反复摇动作用下带动伞齿轮与棘轮组合6和扇形伞齿轮10发生往返转动，且传动棘轮13和小套筒2发生单向转动。

第五步，张拉预应力。通过反复摇动加力杆12使小套筒2发生相对于大套筒1的旋转，旋近或旋远大小套筒1和2间的距离达到张拉和调整预应力的效果。

第六步，拆除张拉装置。张拉到控制应力以后，对张拉装置进行拆除，首先间传动棘轮13沿小套筒2推出，在预应力筋上拆成两个半圆环移走；然后拧松基座5上的螺柱，将张拉装置推向小套筒2上移走。

第七步，填补混凝土。对混凝土敲除部位安装模板，进行混凝土填补浇筑、拆摸和养护等。