一种锚具装置

1.本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种锚具装置。


背景技术：

2.目前，在各个领域广泛应用的普通锚具形式为夹片式锚具，一般包括锚环和夹片，其中锚环内部制出内锥面，而夹片外部呈圆台型制有与之相适配的外锥面，夹片一般由两个或三个且环抱在一起配合使用，且夹片内侧面上横向设置有横向螺纹，便于咬合内筋，主要利用锥孔的楔紧原理保持内筋的锚固状态。在使用时将钢绞线或预应力筋固定在夹片内，而夹片则直接穿装贴合于锚环内部。
3.对于如形状记忆合金棒、铝合金棒等材料，市面上存在的基本上为表面光圆的棒状材料，光圆棒状材料在使用夹片式锚具在夹紧过程中夹片极易发生错位滑移。对于sma强度大、硬度较高的内筋，夹片式锚具在初步穿装完成后，夹片内侧面的横向螺纹与光滑的内筋表面实际的咬合状态并不稳定；而在后期内筋受力张拉后，夹片在锚环内部被进一步收紧，内筋由于表面光滑，将产生明显的滑移，而在该滑移过程中，夹片收紧与内筋会再次咬合才会保持锚固状态。形状记忆合金棒如果采用挑丝的方式增大摩擦力或使用螺栓锚固，会造成棒材内部材料损伤，严重降低材料的变形性能，断裂应变将由18％降至6％左右；铝合金材料由于硬度低、弹模小，采用套丝方式锚固，会产生螺纹牙齿强度不足等诸多问题。
4.此外，现有预应力加载多采用穿心式千斤顶与普通锚具相结合的方式，此加载方法会造成预应力预留长度过长，预应力施加完成后需切除。对于形状记忆合金材料而言，其价格昂贵，此种方式无疑会引起造价升高，并造成浪费。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种锚具装置，以克服现有技术的不足。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种锚具装置，包括锥形夹片、锚环和外套筒，锥形夹片、锚环和外套筒设有同轴通孔，外套筒通孔为阶梯通孔，锚环为锥形通孔，锚环的一端与外套筒通孔内阶梯端面接触，锥形夹片一端设置于锚环的通孔内，内筋穿设于锥形夹片、锚环和外套筒的通孔内，外套筒的通孔内螺纹连接有压紧螺钉压紧螺钉的端部与锥形夹片的端部接触。
8.进一步的，锚环和外套筒之间设有顶压弹簧，顶压弹簧与锚环之间设有垫片。
9.进一步的，外套筒的管壁设有l形槽孔，锚环上设有环形槽，外套筒与锚环通过插销固定。
10.进一步的，l形槽孔的一侧边沿外套筒轴向设置，另一侧沿圆周设置，在外套筒表面形成l型槽孔结构。
11.进一步的，外套筒的一端转动连接有承压垫环，承压垫环的端部与锚固板接触。
12.进一步的，锥形夹片和锚环接触表面设有固定环。
13.进一步的，承压垫环和锚固板接触表面设有固定环。
14.进一步的，外套筒采用双阶外套筒，压紧螺钉与锥形夹片接触一端为锥形结构。
15.一种锚具装置，包括锥形夹片、锚环、调节螺母和承压垫环，锥形夹片、锚环和承压垫环设有同轴通孔，调节螺母与承压垫环螺纹连接，锚环为锥形通孔，锚环的一端与承压垫环端面接触，锥形夹片一端设置于锚环的通孔内，内筋穿设于锥形夹片、锚环和承压垫环的通孔内。
16.进一步的，调节螺母和锚环接触表面设有固定环。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
18.本发明一种锚具装置，采用锥形夹片、锚环和外套筒形成可自锁加固锚具结构，通过在锥形夹片、锚环和外套筒设置同轴通孔，外套筒通孔为阶梯通孔，锚环为锥形通孔，锚环的一端与外套筒通孔内阶梯端面接触，锥形夹片一端设置于锚环的通孔内，内筋穿设于锥形夹片、锚环和外套筒的通孔内，外套筒的通孔内螺纹连接压紧螺钉，压紧螺钉的端部与锥形夹片的端部接触，利用压紧螺钉与外套筒形成自锁结构，完成预应力施加，通过顶升螺纹长度实现预应力的精准控制。
19.进一步的，外套筒的管壁设有l形槽孔，锚环上设有环形槽，外套筒与锚环通过插销固定，采用插销实现锚环的固定，在拆卸时通过拔出插销即可完成拆卸更换，由于插销和锚环的位置固定于外套筒内，故压紧螺钉在旋入的过程中与夹片底部接触并施加压力，使夹片受力收紧，同时锚环外部由顶压弹簧和插销共同施加约束，进而使得内筋能够被夹片有效咬合并锚固。
20.进一步的，外套筒的一端转动连接有承压垫环，承压垫环的端部与锚固板接触，在外套筒旋出的同时，压紧螺钉同时向外侧移动，由于夹片已收紧，所以并不影响锚具的自紧，停止拧动承压垫环，内筋将保持在当前长度，其内部已存在施加的预拉力。此时可在承压垫环与双阶外套筒之间的空隙中置入适当厚度的垫片填充空隙以保持稳定，垫环与外套筒之间的空隙即为内筋的变形长度，操作简单，减小预应力筋施加预应力过程中的材料长度。
21.本发明一种锚具装置，调节螺母将通过承压垫环与锚环顶紧并带动整个锚具向锚固板的外侧移动，在移动过程中，内筋受到锚具的拉力而伸长；停止拧动调节螺母，内筋将保持在当前长度，其内部已存在施加的预拉力，此时可在承压垫环与调节螺母之间的空隙中置入适当厚度的垫片填充空隙以保持稳定，承压垫环与调节螺母之间的空隙即为内筋的变形长度，操作简单。
附图说明
22.图1是本发明实施例1中锚具装置结构示意图。
23.图2是本发明实施例1中外套筒和压紧螺钉结构示意图。
24.图3是本发明实施例1中外套筒侧视图结构示意图。
25.图4是图1中a处放大图。
26.图5是本发明实施例2锚具装置结构示意图。
27.图6是本发明实施例2中承压垫环和调节螺母结构示意图。
28.图7是本发明实施例3锚具装置结构示意图。
29.图8是本发明实施例3中双阶外套筒、压紧螺钉和承压垫环结构示意图。
30.图中，1、内筋，2、固定环，3、锥形夹片，4、锚环，5、垫片，6、顶压弹簧，7、外套筒，8、压紧螺钉，9、承压垫环，10、调节螺母，11、双阶外套筒，12、锚固板，13、插销。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
32.如图1所示，一种锚具装置，包括锥形夹片3、锚环4和外套筒7，锥形夹片3、锚环4和外套筒7设有同轴通孔，外套筒7通孔为阶梯通孔，锚环4为锥形通孔，锚环4的一端与外套筒7通孔内阶梯端面接触，锥形夹片3一端设置于锚环4的通孔内，内筋1穿设于锥形夹片3、锚环4和外套筒7的通孔内，外套筒7的通孔内螺纹连接有压紧螺钉8，压紧螺钉8的端部与锥形夹片3的端部接触，利用压紧螺钉8对锥形夹片3施加预紧力实现夹紧作用。
33.锚环4和外套筒7之间设有顶压弹簧6，顶压弹簧6与锚环4之间设有垫片5；外套筒7的管壁设有l形槽孔，锚环4上设有环形槽，外套筒7与锚环4通过插销13固定。l形槽孔的一侧边沿外套筒7轴向设置，另一侧沿圆周设置，在外套筒7表面形成l型槽孔结构，当插销13插入锚环4的环形槽内，转动插销13至外套筒7沿圆周设置的槽孔内，即可实现锚环4轴向限位，然后利用压紧螺钉8对锥形夹片3施加预紧力实现夹紧作用。
34.外套筒7的一端转动连接有承压垫环9，承压垫环9的端部与锚固板12接触，通过锚环4与锥形夹片3锥形面接触实现锥形夹片3对内筋1的夹紧，然后转动外套筒7与承压垫环9，外套筒7与承压垫环9沿轴向产生相对运动，外套筒7顶压锚环4和锥形夹片3对内筋1施压预紧力的同时进一步实现夹紧。
35.锥形夹片3和锚环4接触表面设有固定环2。外套筒7采用双阶外套筒。压紧螺钉8与锥形夹片3接触一端为锥形结构。
36.为使本发明要解决的技术问题和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
37.(1)元件尺寸设计
38.详见图1～8，实施例1～3钢材统一选用65mn钢(材料性能应满足gb/t1222
‑
2007)。所夹持内筋1直径设为d，则压紧螺钉8的圆形通孔直径为d+10.0mm；垫片5厚度为4.0mm，圆形通孔直径为d+8.0mm，垫片外径为d+40.0mm。
39.实施例1中：顶压弹簧6的刚度k＝100.0n/mm，则弹簧内力大小f
s
＝k
·
δl，δl即为弹簧在出力方向的压缩量；外套筒7通孔内径为d+10.0mm，壁厚5.0mm，外壁根据gb/t 6170标准制成六角截面；外套筒7两侧对称开有l型槽孔，可以插入插销13；插销13可穿过外套筒上的l形预留孔，进而可插入锚环4外壁预制环形槽，如图3、4所示；插销为长条形板，长宽高分别为e、(b
‑
2)mm和(c
‑
2)mm，图中各个细部尺寸为：a＝35mm，b＝5.0mm，c＝15.0mm，d＝40.0mm，e＝42.0mm，f＝7.0mm。
40.实施例2中：承压垫环9通孔内径为d+10.0mm，底部为标准六角截面，螺纹处内壁厚5.0mm；调节螺母则根据正规六角螺母标准相应生产。
41.实施例3中，双阶外套筒11的通孔内径为d+20.0mm，壁厚5.0mm，外壁根据gb/t 6170标准制成六角截面。
42.除此之外，套筒内壁与压紧螺钉外壁、承压垫环与调节螺母之间均选用螺距1.5mm的细牙普通螺纹，螺纹长度均为40.0mm。螺纹连接处的螺纹副抗挤压、抗剪切强度及螺纹自
锁性能则满足以下关系：
[0043][0044][0045][0046]
式中，f
u
为轴向力；σ
t
为材料许用挤压应力；τ
t
为材料需用剪切应力；d
s
为压紧螺钉或承压垫环的外螺纹中经；d1为压紧螺钉或承压垫环的外螺纹小径，d为外套筒内螺纹大径；h为螺纹工作高度，p为螺距，使用普通螺纹，则b为螺纹牙底宽度，使用普通螺纹，则b＝0.75p，其中p为螺距；z为结合圈数；ψ为螺旋升角，即在中经圆柱面上螺旋线的切线与垂直于螺旋线轴线的平面的夹角；ψ
v
为当量摩擦角；α为牙型角，即螺纹轴向平面内螺纹牙型两侧边的夹角，使用普通螺纹，α＝60
°
；s为导程，n为螺纹螺旋线书目，p为螺距，则s＝np；d2为压紧螺钉或承压垫环的外螺纹中经；β为牙型斜角，即螺纹牙型的侧边与螺纹轴线的垂直平面的夹角，使用普通螺纹，则β＝α/2；f为螺旋副的滑动摩擦系数；f
v
为螺旋副的当量摩擦系数。
[0047]
由于压紧螺钉和承压垫环中均制有通孔，并非实心螺杆，则根据实际情况有
[0048][0049]
式中，f
u
为轴向力；d1为压紧螺钉或承压垫环螺纹小径；h为原始三角形高度，对于普通螺纹有p为螺距；a0为通孔中空面积；σ0为材料许用拉应力，σ0＝σ
s
/s，σ
s
为屈服应力，其中s为安全系数，一般取3～5。
[0050]
实施例1：
[0051]
本装置可改善夹片滑移的缺陷。参见图1～4，本装置主要由外套筒7，顶压弹簧6，垫片5，压紧螺钉8和插销13，在完成对夹片式锚具的初步穿装后，通过本装置能够实现锚具夹片对内筋的有效收紧。在使用时，首先将外套筒穿装于内筋，与锚固板12贴紧。将夹片式锚具穿装于外套筒内；外套筒7内固定有顶压弹簧6及垫片5，中部预留圆孔，可以连同锚具一起穿装于内筋中；将插销13平穿过外套筒7外壁的l型槽孔7.1位置，进而插入锚环4中预留的环形槽，通过插销可带动锚环在7.1孔中移动；将插销水平置入l型槽孔的7.2中，顶压弹簧6被压紧，此时插销和锚环的位置均被固定；锚环固定后可将锥形夹片置入，同时压紧螺钉8可经外套筒内壁螺纹旋入。初始状态，顶压弹簧一端与外套筒内部固定，另一端通过垫片顶紧锚环；锥形夹片底部与压紧螺钉接触并顶紧，插销则固定锚环在内筋长度方向的位置，如图1所示。在使用本装置时，外套筒外壁可使用六角扳手予以固定，同时使用六角扳手拧紧压紧螺钉底部使其旋入。由于插销和锚环的位置固定于外套筒内，故压紧螺钉在旋入的过程中与夹片底部接触并施加压力，使夹片受力收紧，同时锚环外部由顶压弹簧和插
销共同施加约束，进而使得内筋能够被夹片有效咬合并锚固。收紧完成后将插销拔出即可。
[0052]
实施例2：
[0053]
本装置可用于对夹片式锚具锚固的内筋手动施加预拉力。参见图5，本装置包括垫片5，调节螺母10和承压垫环9。在完成对夹片式锚具的初步穿装后，通过本装置能够实现对内筋施加预拉力。承压垫环9端部制有螺纹，可与调节螺母内壁的螺纹连接。初始状态，承压垫环9位于锚固板12上；调节轮螺母10通过垫片5与锚环4顶紧，如图5所示。在使用本装置时，首先承压垫环底部可使用六角扳手予以固定，然后使用六角扳手拧动调节螺母使其旋出；调节螺母将通过承压垫环与锚环顶紧并带动整个锚具向锚固板的外侧移动，在移动过程中，内筋受到锚具的拉力而伸长；停止拧动调节螺母，内筋将保持在当前长度，其内部已存在施加的预拉力。此时可在承压垫环与调节螺母之间的空隙中置入适当厚度的垫片填充空隙以保持稳定，承压垫环与调节螺母之间的空隙即为内筋的变形长度，操作简单。
[0054]
实施例3：
[0055]
本装置既可以实现例1中的自紧功能，也可以实现例2中施加预拉力功能。参见图7、图8，包括垫片5，双阶外套筒11，承压垫环9和压紧螺钉8。在完成对夹片式锚具的初步穿装后，通过本装置既能够实现锚具的自紧，又可以对内筋施加预拉力，双阶外套筒11两端内径不同，两端内壁均制有螺纹；一端可与承压垫环9连接，另一端与压紧螺钉8连接。在使用时，先穿装承压垫环及双阶外套筒，且承压垫环与锚固板12之间置有垫片，再穿装夹片式锚具，最后将压紧螺钉装入外套筒；初始状态，整个装置与锚固板12贴合，夹片式锚具一端通过垫片与双阶外套筒内壁顶紧，另一端与压紧螺钉接触，如图7所示，在使用本装置时，首先实现锚具的自紧功能。双阶外套筒外壁可使用六角扳手予以固定，同时使用六角扳手拧紧压紧螺钉底部使其旋入，与实施例1原理相同，锚具可将内筋有效收紧。然后在此基础上可实现施加预拉力功能。本装置在施加预应力时与实施例2不同。双阶外套筒外部使用六角扳手予以固定，然后使用六角扳手拧动承压垫环，使双阶外套筒相对旋出，与实施例2原理相似。需要注意的是，在外套筒旋出的同时，压紧螺钉同时向外侧移动，由于夹片已收紧，所以并不影响锚具的自紧。停止拧动承压垫环，内筋将保持在当前长度，其内部已存在施加的预拉力。此时可在承压垫环与双阶外套筒之间的空隙中置入适当厚度的垫片填充空隙以保持稳定，垫环与外套筒之间的空隙即为内筋的变形长度，操作简单。
[0056]
本发明原理简单，内部元件较少且操作便捷，能够有效改善普通夹片式锚具的既有缺陷，并完成预应力施加工作。实施例1可实现精准定位锚固，根据不同材料需要还可根据内部弹簧压缩量改变楔形夹片的挤压力，解决普通夹具在锚紧过程中产生滑移的问题，缩减乃至消除锚具与本体构件之间的缝隙。实施例2是实现在原有普通锚具的基础上，完成预应力施加，通过顶升螺纹长度实现预应力的精准控制。实施例3为自施加预应力自锁锚具，完整结合实施例1和实施例2的所有优点，减小预应力筋施加预应力过程中的材料长度。