专利名称：一种减灾预应力锚具的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种预应力锚具，尤其涉及一种根据材料挤压变形的原理制成的 减灾预应力锚具。
背景技术：
目前的预应力锚具主要分为夹片式锚具类、螺母类、镦头锚类、挤压锚类，这些类 型的预应力锚具均为正向刚性固结。在施加预加应力的方向上为固结，锚具与预应力结构 物、预应力筋之间不会出现相对位移。在反方向上施加应力后夹片式锚具类、螺母类锚具可 以与预应力机构物、预应力筋脱开，退锚；镦头锚类，、挤压锚类在反方向上亦为刚性固结， 无论正向还是反向均不能与结构物、预应力筋脱开，退锚；这种设计在正常情况下是可以满 足施工及使用要求的，但是在地震、滑坡、强阵风等恶劣条件下，瞬时受力过大的预应力筋 由于与预应力锚具处于刚性固结状态，会出现受力过大，超出其最大受力极限而发生破断。 在此预应力钢筋发生破断后，其所受的应力就传递到附近的预应力筋上并导致该预应力筋 破断，从而产生多米诺骨牌式的整个预应力结构体系的实效，造成桥毁、路断、山体滑坡。在 5. 12汶川大地震中几乎所有的预应力结构均出现了这种情况。预应力锚拉结构的失效大多与超载有关。引起超载的因素很多，一般分为两大类 灾变性和不确定性。地质条件复杂、结构工作条件复杂、意外冲击等都属于结构上荷载估 计的不确定性，荷载估计的不确定性会引起结构受力不均，造成局部超载破坏，导致工程失 效，引发工程事故。地震作用引起的结构超载属于灾变性超载，这种超载特点是超载量大， 但作用时间短。5. 12汶川大地震发生之后，公路沿线边坡锚拉结构失效，导致交通中断，阻 断救援途径，造成巨大经济和生命损失。传统方法中防止锚拉结构超载是增加结构安全储 备，这种方法面临的问题是超载量不可能准确确定；结构安全储备是以大量增加工程造 价为代价的。这种情况确定了防超载的程度非常有限，而且代价特别巨大。国家重大科研 计划中一直都把防灾结构研究作为主要对象，不少研究单位也在这方面投入了大量工作， 试图寻求一些有效技术，解决结构超载问题，但收效不大。超载实际上是一个能量储备问 题。近年来，人们在锚具研究上做了大量工作，主要目的是想通过锚具改进来释放超载能 量。研究成果主要是一种弹性锚具；当超载发生时，锚具会产生一定弹性变形，以此释放部 分超载能量。在这方面日本、中国和西欧等国都有不同的成果，在原理上相当于在锚具上设 置弹簧。弹性锚具可以为结构在超载时提供一定变形，但是是以增加锚索上的荷载为代价 的。一方面变形量相当有限，另一方面锚索还是需要足够的安全储备。这表明弹性锚具抗 超载的能力是有限的，不能承受灾变等较大幅度的超载，且工程成本不会有太大改变。现在 最新技术是采用摩擦原理来实现塑性变形，称之为摩擦型锚具，摩擦型锚具依靠夹片与锚 孔的摩擦产生塑性变形，最大的问题是锚孔与夹片之间的接触力难以控制。接触力大了锚 索超载，接触力小了锚索失效。接触力与加工精度、温度变化、表面粗糙度及其改变等因素 有关，是一个十分棘手的问题。因此，该技术尽管已有不少文献报道，但一直未见有效的应 用成果出现
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种减灾预应力锚具，用来解决背景技术中的技术难题。为了达到上述目的采用以下技术方案一种减灾预应力锚具，包括锚固板，锚固板 中间穿有预应力筋，预应力筋和锚固板之间设置有夹片，锚固板外侧周向开设有凹槽，凹槽 内放置与之相配合的刚性金属球，锚固板外侧套设有塑性金属外套。所述锚固板外侧周向开设有至少一圈平行的凹槽，凹槽的横截面为圆弧形，金属 球放置在凹槽内并一端突出凹槽。所述锚固板外侧周向开设有两圈平行的凹槽，凹槽的横截面为圆弧形，金属球放 置在凹槽内并一端突出凹槽。所述塑性金属外套内设置阶梯孔，锚固板设置在直径较大的孔内，塑性金属外套 内的阶梯孔之间为斜坡，较小的孔的直径不小于锚固板的直径。本实用新型利用塑性金属外套塑性变形来控制预应力筋伤的预加应力，使之不会 超出预应力筋的极限拉力，以达到在地震、滑坡、强阵风等恶劣条件下保护预应力结构体系 不失效的目的。这样在预应力结构物受到瞬间的超极限荷载时，锚固板会与塑性金属外套 发生相对位移，从而减小了预应力筋的受力。使结构在地震、滑坡、强阵风等恶劣条件下结 构不失效，桥不毁、路不断、山体不滑坡。采用本实用新型技术方案不需要其他安全储备，节约传统方法中用于安全储备的 锚索材料30%以上；自行进行结构安全保护，不需要人为干预，节省大量工程使用期的监 测、调整、事故防止等费用；在超载发生时，能确保结构不失效，避免工程事故、灾害事故等 情况发生，经济效益和社会效益难以估量；能在全国形成一个研制、设计、制造的产业链，形 成庞大市场，并带动我省相关产品的技术水平上一个台阶，还能解决数千人的就业问题。本实用新型的社会和环境预期效益体现在两个方面一是在复杂条件下结构超载 发生时，结构不被破坏，减少工程事故，确保工程安全；二是在地震发生时，结构不完全失 效，保证结构不伤人，提供交通能力，以便于人道主义救援，极大的减少灾害损失。
图1为本实用新型初始状态的结构示意图；图2为本实用新型变形状态的结构示意图。
具体实施方式
实施例1如图1、2所示，一种减灾预应力锚具，包括锚固板1，锚固板中间穿有预应力筋2， 预应力筋2和锚固板1之间设置有夹片3，锚固板1外侧周向开设有平行的两圈凹槽4，凹 槽4的横截面为圆弧形，凹槽4内放置与之相配合的刚性金属球5，刚性金属球5的一端突 出凹槽4;锚固板1外侧套设有塑性金属外套6，塑性金属外套的长度大于锚固板的长度，塑 性金属外套6内设置阶梯孔，锚固板1设置在直径较大的孔内，塑性金属外套6内的阶梯孔 之间为斜坡，较小的孔的直径不小于锚固板的直径。所述刚性金属球为不可形变的钨蛋或钢珠；所述塑性金属外套为可形变但不可恢复的金属材料制成的外套，例如45#钢。初始状态到变形状态的工作过程如下第一阶段钢绞线受拉力带动与之相接触的夹片共同沿锥形锚孔向锚具底部滑 移。在此过程中，钢绞线上传来拉力的加大，滑移程度也越来越大，夹片在钢绞线咬痕也逐 渐加深，同时夹片与锚环也逐渐变形并彻底要紧钢绞线。第二阶段随着钢绞线受力逐渐加大直至设计荷载，即预应力结构的预加应力加 载完成，该锚具的锚环、夹片、钢绞线之间形成一个受力方向上的固结状态。第三阶段当超过设计荷载的应力出现在钢绞线上是，该应力通过夹片、锚环传递 到放置在锚环凹槽内的刚性刚性金属球上，从而使刚性刚性金属球压迫塑性金属外套的内 壁，使其发生塑性变形，锚环、夹片、钢绞线随着刚性刚性金属球沿着塑性金属外套内壁上 被挤压出来的变形槽向受力方向滑移，从而达到释放超限应力的作用。而当钢绞线上的应 力通过释放后，降低至设计荷载时，刚性刚性金属球上的压迫力也随之减小，以致不能是塑 性金属外套的内壁产生变形，则滑移停止，整个锚固体系恢复至设计状态，并在设计荷载下 继续保持预应力结构体系的稳定工作。实施例2一种减灾预应力锚具，塑性金属外套内侧设置有与锚固板上凹槽相对应的凹槽， 刚性金属球放置在锚固板凹槽和塑性金属外套凹槽之间。其他同实施例1。
权利要求一种减灾预应力锚具，包括锚固板，锚固板中间穿有预应力筋，预应力筋和锚固板之间设置有夹片，其特征是锚固板外侧周向开设有凹槽，凹槽内放置与之相配合的刚性金属球，锚固板外侧套设有塑性金属外套。
2.根据权利要求1所述的减灾预应力锚具，其特征是所述锚固板外侧周向开设有至 少一圈平行的凹槽，凹槽的横截面为圆弧形，金属球放置在凹槽内并一端突出凹槽。
3.根据权利要求1所述的减灾预应力锚具，其特征是所述锚固板外侧周向开设有两 圈平行的凹槽，凹槽的横截面为圆弧形，金属球放置在凹槽内并一端突出凹槽。
4.根据权利要求1或2或3所述的减灾预应力锚具，其特征是所述塑性金属外套内 设置阶梯孔，锚固板设置在直径较大的孔内，塑性金属外套内的阶梯孔之间为斜坡，较小的 孔的直径不小于锚固板的直径。
专利摘要一种减灾预应力锚具，包括锚固板，锚固板中间穿有预应力筋，预应力筋和锚固板之间设置有夹片，锚固板外侧周向开设有凹槽，凹槽内放置与之相配合的刚性金属球，锚固板外侧套设有塑性金属外套。本实用新型的社会和环境预期效益体现在两个方面一是在复杂条件下结构超载发生时，结构不被破坏，减少工程事故，确保工程安全；二是在地震发生时，结构不完全失效，保证结构不伤人，提供交通能力，以便于人道主义救援，极大的减少灾害损失。
文档编号E04C5/12GK201722850SQ20102026762
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者李金岭 申请人:李金岭