一种耗能抗震预应力锚索的制作方法

本实用新型涉及锚索结构，特别涉及一种耗能抗震预应力锚索，属于边坡工程抗震领域。

背景技术：

预应力锚索在边滑坡治理工程中得到广泛应用，与抗滑桩、挡土墙等完全刚性支护结构相比，地震作用下预应力锚索可发生一定的弹性位移，因而具有较好的抗震性能。如专利号为201410751411.4的中国实用新型专利中公开的一种消能自适应抗震锚索结构及实施方法。

但是地震发生时滑坡体通常会产生较大的位移，大于预应力锚索能产生的弹性位移极限，导致锚索被拉断或锚头破坏，从而丧失支护功能，发生地震滑坡。

针对上述问题，本实用新型提出一种耗能抗震预应力锚索，通过采用特殊的耗能锚固装置，改进现有预应力锚索的抗震性能，保证边坡在震中和震后的稳定性。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可耗散大量地震能量、避免锚索被拉断破坏的耗能抗震预应力锚索。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种耗能抗震预应力锚索，其包括锚固段、自由段和耗能锚固装置，其关键技术在于：

所述耗能锚固装置包括固定在混凝土锚墩上的锚垫板、固定在所述锚垫板上的锚固套筒、设置在所述锚固套筒内的弹簧、铅芯和锚具，所述弹簧夹设在所述锚具和锚垫板之间，所述铅芯初始外径小于所述弹簧内径，铅芯置于所述弹簧内，所述锚固套筒侧壁上设置有若干通孔；

钢绞线一端固定在锚固段内，另一端依次穿过锚垫板、铅芯和锚具，经张拉千斤顶施加预应力后锚固在锚具上，对钢绞线施加预应力后，锚具下压，铅芯变形后充满锚具、锚垫板和锚固套筒之间的空间，锚索处于正常使用工作状态。

作为本实用新型的进一步改进，所述锚固套筒横截面呈圆环形，锚固套筒内壁设有微小的锥度，锚固套筒内径沿锚具往锚垫板方向减小，以加大锚具向锚垫板方向运动时和锚固套筒之间的摩擦力。

作为本实用新型的进一步改进，所述锚固套筒内壁喷涂有无机摩擦涂层，以加大锚具和锚固套筒之间的摩擦系数。

作为本实用新型的进一步改进，若干所述通孔在所述锚固套筒侧壁上呈梅花型均匀布置。

作为本实用新型的进一步改进，所述弹簧处于压缩状态，其反力等于锚索的设计拉力，所述弹簧超过设定压力阈值后呈塑性变形状态，可维持设定的压力并发生较大的变形。

作为本实用新型的进一步改进，所述锚具上设置有与所述钢绞线等数的孔，所述孔内设置有夹片使所述钢绞线固定在所述锚具上。

作为本实用新型的进一步改进，所述铅芯和锚垫板上均设置有与所述钢绞线等数的孔。

作为本实用新型的进一步改进，所述锚固套筒与所述锚垫板焊接成一体，所述锚固套筒外壁和锚垫板之间环向间隔均匀的焊接设置有加劲肋。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本实用新型公开的耗能抗震预应力锚索在静力工况下，其对边坡的支护作用和普通预应力锚索相同；但是在地震时，耗能抗震预应力锚索可发挥良好的抗震性能，可耗散大量的地震能量，避免锚索被拉断破坏，达到抗震的目的。

具体而言，本实用新型的耗能锚固装置具有双重耗能机制，一是锚具侧面和锚固套筒内壁的摩擦耗能，二是铅芯的挤压耗能。此外，通过挤压高强弹簧，弹簧的弹性变形和/或塑性变形使得锚索自由段的长度变长，从而允许滑坡体发生一定的位移，滑坡体自身可耗散相当大的位移耗能。耗能锚固装置和滑坡体自身耗能有效地耗散了地震输入能量，有效提高被支护边坡的地震稳定性。锚索自由段的长度变长后，可有效避免锚索因为过载或者变形过大发生破坏，从而达到抗震耗能并保护锚索的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型锚固套筒与锚垫板的组合件结构示意图。

图3是本实用新型未施加预应力时的耗能锚固装置的结构示意图。

图4是本实用新型正常使用工作状态的耗能锚固装置的结构示意图。

其中：1耗能锚固装置，11锚固套筒，111通孔，112无机摩擦涂层，12锚垫板，121钢绞线孔，13加劲肋，14锚具，15夹片，16弹簧，17铅芯，18混凝土锚墩，2锚索自由段，21钢绞线，22注浆管，3锚索锚固段，31导向端头。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对实用新型进行清楚、完整的描述，需要理解的是，术语“中心”、“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-4所示的一种耗能抗震预应力锚索，其包括锚固段3、自由段2和耗能锚固装置1，所述锚固段3末端设置有导向端头31，通过注浆管22注浆将钢绞线21锚固在基岩内。

所述耗能锚固装置1包括固定在混凝土锚墩18上的锚垫板12、固定在所述锚垫板12上的锚固套筒11、设置在所述锚固套筒11内的弹簧16、铅芯17和锚具14，所述锚固套筒11与所述锚垫板12焊接成一体，所述锚固套筒11外壁和锚垫板12之间环向间隔均匀的焊接设置有加劲肋13，用于增加锚固套筒11和锚垫板12之间的结构强度。

所述弹簧16采用高强压缩弹簧，所述弹簧16夹设在所述锚具14和锚垫板12之间，弹簧16的两端分别与锚垫板12及锚具14连接，所述弹簧16的刚度根据锚索工作拉力确定。

如图3和4所示，所述铅芯17外径小于所述弹簧16内径，铅芯17置于所述弹簧16内，所述套筒11侧壁上设置有若干通孔111，若干所述通孔111在所述锚固套筒11侧壁上呈梅花型均匀布置；多条钢绞线21一端固定在锚固段3内，另一端依次穿过锚垫板12、铅芯17和锚具14，经张拉千斤顶施加预应力后锚固在锚具14上，对钢绞线21施加预应力，锚具14下压，铅芯17变形后充满锚具14、锚垫板12和锚固套筒11之间的空间，铅芯17被挤入所述通孔111，弹簧16处于压缩状态，且被变形后的铅芯17包裹，锚索处于正常使用工作状态。锚索处于工作状态时，弹簧16承受的压力等于锚索的设计拉力。地震发生时，锚索拉力增大，弹簧16超过设定的压力阈值后呈塑性变形状态，可维持设定的压力并发生较大的变形；如果弹簧16始终处于弹性状态，弹簧16的压缩量和压力成正比，锚具相对锚固套筒发生的位移较小，其耗能效果较差，而产生较大位移时锚索拉力过大，锚索容易发生断裂破坏；而本实用新型中，当弹簧16超过一定的压力阈值后就产生塑性变形，在维持该压力的同时使锚具相对锚固套筒发生较大的位移，进而使耗能锚固装置1产生较大的耗能；与此同时，锚索自由段的长度变长，从而允许滑坡体发生一定的位移并耗能，可有效避免锚索因为过载或者变形过大发生破坏，从而达到抗震耗能并保护锚索的目的。

所述锚具14上设置有与所述钢绞线21等数的孔，所述孔内设置有夹片15使所述钢绞线21固定在所述锚具14上。所述锚垫板12上均设置有与所述钢绞线21等数的钢绞线孔121，所述铅芯17上也设置有与所述钢绞线21等数的孔，用于使钢绞线21穿过。

如图2和3所示，所述锚固套筒11横截面呈圆环形，锚固套筒11内壁设有微小的锥度，锚固套筒11内径沿锚具14往锚垫板12方向减小，以加大锚具14向锚垫板12方向运动时和锚固套筒11之间的摩擦力。所述锚固套筒11内壁喷涂有高摩擦系数的无机摩擦涂层112，以加大锚具14和锚固套筒11之间的摩擦系数。通过在所述锚固套筒11内壁设有微小的锥度和无机摩擦涂层112，大大增加了锚具14与所述锚固套筒11内壁的摩擦力，从而增加了地震时锚索能耗散的能量。

本实用新型所述的耗能锚固装置1具有双重耗能机制，即铅芯17挤压耗能，以及锚具14和锚固套筒11间的摩擦耗能。地震发生时，滑坡体下滑进而挤压锚垫板12，弹簧16收缩，铅芯17被挤出锚固套筒11筒壁上的通孔111，产生挤压耗能；同时锚具14侧面和锚固套筒11内壁发生摩擦耗能，可有效耗散地震能量。通过挤压高强弹簧16，锚索的自由段2的长度变长，允许滑坡体发生一定的位移并产生位移耗能，同时可有效避免锚索被拉断，从而达到抗震耗能并保护锚索的目的。

本实用新型所述锚固段3和自由段2具有和普通预应力锚索相同的构造，钢绞线21一端与导向端头31固定连接，施工时，先在滑坡体上钻锚索孔，然后将导向端头31和钢绞线21装入锚索孔，通过注浆管22注浆将锚固段3嵌固在基岩内。然后再完成混凝土锚墩18的施工，然后再安装耗能锚固装置1。

如图3所示为安装耗能锚固装置1的初始状态，在混凝土锚墩18上依次安装锚固套筒11和锚垫板12的组合体、弹簧16、铅芯17、锚具14。钢绞线21依次穿过锚垫板12的开孔121、以及铅芯17、锚具14上的孔，并通过夹片15将钢绞线21固定在锚具14上。此时铅芯17外径小于高强压缩弹簧16内径。在锚具14上安装张拉千斤顶，对锚索施加预应力，如图4所示，锚具14下压，铅芯17变形后充满锚具14、锚垫板12和锚固套筒11之间的空间。高强压缩弹簧16处于弹性状态，其承受的压力等于锚索设计拉力。预应力施加完成后，锚索处于正常使用工作状态（静力工况）。

地震发生时，潜在滑坡体下滑，带动锚垫板12和锚固套筒11外移，锚具14和锚垫板12、锚固套筒11发生相对运动，在此过程中，锚具14侧面和锚固套筒11内壁产生摩擦耗能，铅芯17锚具14受挤压，部分铅芯被挤出锚固套筒筒壁上的通孔111，产生挤压耗能。同时，高强压缩弹簧16被压缩，锚索自由段的长度变长，当锚索拉力超过设定的压力阈值后，高强压缩弹簧16呈塑性变形状态，锚索自由段长度进一步变长，在允许的位移范围内使锚索不致超载破坏，同时允许滑坡体发生相应的位移，耗能锚固装置的摩擦耗能和挤压耗能，以及潜在滑坡体的位移耗能，有效地耗散了地震输入能量，从而达到抗震耗能并保护锚索的目的，提高了边坡的地震稳定性，保证了震后锚索的正常支护作用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。