锚索束钢绞线间应力和变形协调构件及使用方法

1.本发明涉及岩土锚固技术领域，尤其涉及一种锚索束钢绞线间应力和变形协调构件及使用方法。


背景技术：

2.锚索加固作为常用的支护方式，在隧道与边坡等领域发挥了非常重要的作用。然而，传统锚索存在应力集中的问题，为了克服该问题以提高锚索的极限抗拔力，学者们开发了拉力分散式锚索和压力分散式锚索。
3.应力分散型锚索的数组钢绞线的内锚固段分别设置在岩体不同深度，使得钢绞线与围岩之间的剪切力在不同深度处均匀分配，锚固段注浆体受力较均匀。但长期工作状态下，由于各根钢绞线自由段长度不同，围岩变形会引起各根钢绞线受力不均匀，最短的一根受力较大，易产生破坏。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种应力分散式的锚索束钢绞线间应力和变形协调构件及使用方法，用于调整各根钢绞线的受力状态，使各根钢绞线均匀受力，达到钢绞线间应力和变形协调的效果。
5.本发明解决技术问题所采用的方案是，一种锚索束钢绞线间应力和变形协调构件，包括圆柱形锚环、封闭承压板、内锚环、密封囊；所述圆柱形锚环上设置至少两个平行于其轴向的柱形通道a，柱形通道贯穿圆柱形锚环，相邻的柱形通道a经开设在圆柱形锚环上的横向通道相连通；所述封闭承压板安装在圆柱形锚环底面，封闭承压板上开设有与柱形通道一一对应设置的柱形通道b，柱形通道贯穿封闭承压板；所述密封囊设置在柱形通道a与横向通道内，密封囊内部填充承压流体，密封囊上设置有与柱形通道一一对应设置的穿线孔；所述柱形通道a内于密封囊上端设置有内锚环，密封囊嵌套在圆柱形锚环、封闭承压板和内锚环组成的空间内；处于同一柱形通道处的内锚环的内孔、穿线孔、柱形通道b上下位置对应，共同组成钢绞线预留孔；钢绞线贯穿钢绞线预留孔，内锚环内孔与钢绞线之间安装有夹片。
6.进一步的，所述横向通道开设在圆柱形锚环底面。
7.进一步的，所述封闭承压板外形为圆盘状，圆柱形锚环与封闭承压板焊接,。
8.进一步的，所述密封囊包括外形和数量与柱形通道相对应的环柱状囊体、以及与横向通道相对应的流体通道囊体。
9.一种锚索束钢绞线间应力和变形协调构件的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：在岩体的设计支护位置钻孔，将锚索束的内端锚固在钻孔中；步骤二：将钢绞线穿入协调构件上的钢绞线预留孔，钢绞线的数量与钢绞线预留孔的数量一致；步骤三：与钢绞线配合，将夹片安装到内锚环的内孔和钢绞线之间，将钢绞线穿过千斤顶，对钢绞线施加预应力达到设计要求；步骤四：预应力张拉完成后移除千斤顶，检测各根钢绞线位移协调情况，检测合格截掉多余钢绞线、封锚，完成安装。
10.进一步的，在步骤三中，施加预应力时，锚索内全部钢绞线应同时进行张拉。
11.进一步的，安装完成后，当围岩变形导致锚索其中一根钢绞线受到较大拉力时，会牵动该钢绞线所在柱形通道中的内锚环往靠近封闭承压板方向移动，在力的作用下，内锚环与封闭承压板产生相对位移，其间的承压流体被挤压到相邻的柱形通道，相应的，相邻柱形通道的内锚环会被推往远离封闭承压板方向，相邻柱形通道的钢绞线受到内锚环的推力处于紧绷状态，实现了相邻两个柱形通道内钢绞线的应力和变形协调。
12.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：结构简单，设计合理，内部设置承压流体，通过承压流体在各个柱形通道a间的流动，将锚索所受拉力均匀分配给每一根钢绞线，优化各根钢绞线的受力状态，达到各根钢绞线应力和变形协调的效果。
附图说明
13.下面结合附图对本发明专利进一步说明。
14.图1为本协调构件剖面示图。
15.图2为圆柱形锚环的结构示意图。
16.图3为封闭承压板的结构示意图。
17.图4为密封囊示的结构示意图。
18.图5为本协调构件的结构示意图。
19.图中：1-夹片、2-圆柱形锚环、3-封闭承压板、4-内锚环、5-密封囊、6-承压流体、7-柱形通道a、8-柱形通道b、9-横向通道。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
21.如图1-5所示，一种锚索束钢绞线间应力和变形协调构件，包括圆柱形锚环2、封闭承压板3、内锚环4、密封囊5；所述圆柱形锚环上设置至少两个平行于其轴向的柱形通道a7，柱形通道贯穿圆柱形锚环，相邻的柱形通道a经开设在圆柱形锚环上的横向通道9相连通；所述封闭承压板安装在圆柱形锚环底面，封闭承压板上开设有与柱形通道一一对应设置的柱形通道b8，柱形通道贯穿封闭承压板，安装锚索时，钢绞线穿过柱形通道b，柱形通道b的直径与钢绞线的外径相适应；所述密封囊设置在柱形通道a与横向通道内，密封囊内部填充承压流体6，密封囊
上设置有与柱形通道一一对应设置的穿线孔；所述柱形通道a内于密封囊上端设置有内锚环，内锚环类似单根锚索的锚环，其外径与柱形通道a的直径相适应；密封囊嵌套在圆柱形锚环、封闭承压板和内锚环组成的空间内；处于同一柱形通道处的内锚环的内孔、穿线孔、柱形通道b上下位置对应，共同组成钢绞线预留孔；钢绞线贯穿钢绞线预留孔，内锚环内孔与钢绞线之间安装有夹片1, 安装锚索时，内锚环置于柱形通道a中，钢绞线穿过内锚环的内孔；当钢绞线受到张拉力时，内锚环与夹片共同作用，产生夹持力以固定钢绞线。
22.在本实施例中，所述横向通道开设在圆柱形锚环底面。
23.在本实施例中，所述封闭承压板外形为圆盘状，圆柱形锚环与封闭承压板焊接, 应先将密封囊装入圆柱形锚环，后进行焊接。
24.在本实施例中，所述密封囊包括外形和数量与柱形通道相对应的环柱状囊体、以及与横向通道相对应的流体通道囊体，具有较好的弹性变形性能；环柱状囊体的外径与柱形通道a的内径相匹配，穿线孔的内径与钢绞线的外径相匹配；密封囊用于容纳承压流体，在其受压时防止承压流体渗漏到外界。
25.在本实施例中，所述的圆柱形锚环通过在柱状钢构件上钻孔制成。
26.一种锚索束钢绞线间应力和变形协调构件的使用方法，包括以下步骤：步骤一：在岩体的设计支护位置钻孔，将锚索束的内端锚固在钻孔中；步骤二：将钢绞线穿入协调构件上的钢绞线预留孔，钢绞线的数量与钢绞线预留孔的数量一致；步骤三：与钢绞线配合，将夹片安装到内锚环的内孔和钢绞线之间，将钢绞线穿过千斤顶，对钢绞线施加预应力达到设计要求；步骤四：预应力张拉完成后移除千斤顶，检测各根钢绞线位移协调情况，检测合格截掉多余钢绞线、封锚，完成安装。
27.在步骤三中，施加预应力时，锚索内全部钢绞线应同时进行张拉；现有的应力分散型锚索进行张拉时，不同钢绞线张拉位移相同，导致其受力状态不同，不方便调整锚索预应力，而本协调构件的内部设置承压流体，可保证各根钢绞线处于相同受力状态，更加方便施工。
28.现有的力分散型锚索在长期工作状态下，围岩变形导致各根钢绞线受力不均匀，锚索强度无法被充分利用，易产生破坏。
29.本协调构件的在安装完成后，当围岩变形导致锚索其中一根钢绞线受到较大拉力时，会牵动该钢绞线所在柱形通道中的内锚环往靠近封闭承压板方向移动，在力的作用下，内锚环与封闭承压板产生相对位移，其间的承压流体被挤压到相邻的柱形通道，相应的，相邻柱形通道的内锚环会被推往远离封闭承压板方向，相邻柱形通道的钢绞线受到内锚环的推力处于紧绷状态，实现了相邻两个柱形通道内钢绞线的应力和变形协调。
30.传统锚具无法对钢绞线的应力和变形进行调整，而本协调构件在内部设置承压流体，通过承压流体在各个柱形通道a间的流动，将锚索所受拉力均匀分配给每一根钢绞线，
优化各根钢绞线的受力状态，达到各根钢绞线应力和变形协调的效果。
31.本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
32.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“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专利，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专利的限制。
33.上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。