一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置及实施工法的制作方法

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置及实施工法。

背景技术：

桥梁结构体外预应力筋和群锚体系斜拉索基本都含有涂装层—镀锌、喷涂环氧等，体外预应力锚下有效预应力、群锚中预应力筋应力的均匀性以及锚固效果(滑脱)在规范中有绝对要求，目前，体外预应力筋和斜拉索安装张拉时多采用限位张拉法，由于限位的局限性，造成在张拉过程中，涂装层被刮落在锚夹具牙槽内，严重影响到锚夹具的锚固效率，张拉时张拉控制力受到结构变形影响或者环境影响，或者临时荷载影响等，所有影响因素都会影响到张拉控制力的精确度；在张拉过程中人工配合采用敲打安装夹片锚固，“敲击”未能量化，造成夹片安装均匀度有限；基本上张拉完成后再采用其他设备进行顶压，工序复杂，而且夹片顶压力未能量化控制；群锚索力调索时，群锚预应力筋间距小，人工操作空间不足，不利于索力调整。

目前工艺的缺点：1、人工打紧可能会损伤夹片，且两半夹片打入锚孔后空间位置不对称；2、预应力筋间距小，操作空间有限；3、人工打紧力不均匀，导致预应力筋应力损失较大，直接影响索力离散性；4、理论计算未能确定施工过程影响因素对预应力筋索力的均匀性，夹片安装力未能定量，夹片顶压未能量化；5、施工自动化不足，施工智能化不足。

技术实现要素：

本发明针对现有体外预应力筋和斜拉索在张拉中存在的人工打紧造成夹片损伤、打紧力不均匀影响索力离散性、夹片安装与顶压不能量化等问题，提供一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置及实施工法。

本发明采取以下技术方案实现上述目的：

一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置，其特征在于，包括张拉端锚夹具(1)、支撑垫座撑杆(3)、支撑垫座面板(4)、顶推限位管(5)、液压顶压器(6)、行程转换支承筒(7)、临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)、千斤顶(11)、液压泵站(12)、计算机系统(13)、固定端锚夹具(15)及群锚体拉索(16)，群锚体拉索(16)连接张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)；支撑垫座撑杆(3)的两端分别与张拉端锚夹具(1)的锚板ⅰ(101)和支撑垫座面板(4)相连；顶推限位管(5)穿过支撑垫座面板(4)与液压顶压器(6)活塞联结，液压顶压器(6)通过行程转换支承筒(7)与穿心式千斤顶(11)联结；行程转换支承筒(7)内安装临时锚夹具ⅰ(8)，千斤顶(11)与液压顶压器(6)非接触的一端安装有临时锚夹具ⅱ(9)；液压泵站(12)分别与千斤顶(11)、液压顶压器(6)及计算机系统(13)相连。其原理是通过在计算机系统(13)中输入群锚体拉索(16)整束控制索力f及其作用下群锚体拉索(16)锚固点相对位移量δl、工况下温度变化δt，计算机系统(13)输出预应力筋(14)第一根张拉控制力为f1、第二根张拉控制力f2、···、第n根张拉控制力fn，n表示预应力筋根数；计算机系统(13)根据预应力筋(14)的张拉控制力发出信号控制液压泵站(12)，液压泵站(12)通过压力控制液压顶压器(6)推送顶推限位管(5)，把夹片推进锚孔，完成张拉和顶压过程。

进一步的，基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置，还包括传感器(2)和临时锚夹具iii(10)，临时锚夹具iii(10)压在传感器(2)上，传感器(2)与计算机系统(13)连接；传感器(2)安装在群锚体拉索(16)上的第一根预应力筋(1601)上，传感器(2)安装位置为张拉端锚夹具(1)的锚板ⅰ(101)端面、固定端锚夹具(15)的锚板ⅱ(1501)端面、张拉端锚夹具(1)与固定端夹具(15)之间的第一根预应力筋(1601)上上任一处。该装置通过传感器(2)采集第一根预应力筋(1601)的结构变形形成的控制索力，反馈到计算机系统(13)，为其他预应力筋提供参考基准。

进一步的，基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置还包括传感器(2)，传感器(2)与计算机系统(13)连接；传感器(2)安装在固定端锚夹具(15)与固定端锚夹具(15)的锚垫板ⅱ(1502)之间或张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)之间的任一处。该装置通过传感器(2)采集已安装的预应力筋的结构变形形成的控制索力，反馈到计算机系统(13)，为其他预应力筋提供参考基准。

进一步的，支撑垫座面板(4)截面为多孔位板构造，孔位与锚夹具(1)孔位排列相同，以便于预应力筋的通过。

进一步的，顶推限位管(5)为圆筒结构，其外径比支撑垫座面板(4)的孔径小，顶推限位管(5)的高度与支撑垫座高度对应，以利于顶推限位管(5)在支撑垫座面板(4)的孔中自由移动。

进一步的，行程转换支承筒(7)为套筒结构，以满足心千斤顶(11)实现缩缸回程。

进一步的，液压顶压器(6)分为前压板(601)、顶压器主体(602)、后压板(603)三部分构造，前压板(601)压在支撑垫座面板(4)上，后压板(6-3)与行程转换支承筒(7)以螺纹形式相连，液压顶压器主体(602)两端分别与前压板(601)和后压板(603)相连，前压板(601)端面构造形状为梅花形，避免与周围预应力筋干涉。

一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置的实施工法，其特征在于，步骤如下：步骤一、预应力筋(14)初始张拉时，在计算机系统(13)中输入群锚体拉索(16)整束控制索力f、整束控制索力f作用下群锚体拉索(16)锚固点相对位移量δl、工况下温度变化量δt，由计算机系统(13)输出待张拉预应力筋(14)第一根张拉控制力f1、第二根张拉控制力f2、···、第n根张拉控制力fn，n表示预应力筋根数；步骤二、预应力筋(14)通过工作夹具锚固在张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)上，千斤顶(11)、行程转换支撑筒(7)、液压顶压器(6)和顶推限位管(5)组合成整体，全部穿入预应力筋(14)，其中顶推限位管(5)同时穿过支撑垫座面板(4)，到达工作夹片前端；步骤三、预应力筋(14)张拉时，预应力筋(14)和夹片同步被拔出，拔出后被顶推限位管(5)限制夹片处在锚孔内，通过临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)的交替锚固实现连续张拉，连续张拉过程中工作夹片处于悬空状态；步骤四、张拉过程中，计算机系统(13)根据预应力筋(14)的张拉控制力发出信号控制液压泵站(12)，液压泵站(12)通过压力控制液压顶压器(6)推送顶推限位管(5)，把夹片推进锚孔，完成一次张拉和顶压；步骤五、完成张拉和顶压后拆除支撑垫座撑杆(3)、支撑垫座面板(4)、顶推限位管(5)、液压顶压器(6)、行程转换支承筒(7)、临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)、千斤顶(11)，移位至下一根待张拉预应力筋，重复步骤二到步骤五。

一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置的实施工法，其特征在于，步骤如下：步骤一、预应力筋(14)初始张拉时，根据控制索力安装传感器(2)；步骤二、预应力筋(14)通过工作夹具锚固在张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)上，千斤顶(11)、行程转换支撑筒(7)、液压顶压器(6)和顶推限位管(5)组合成整体，全部穿入预应力筋(14)，其中顶推限位管(5)同时穿过支撑垫座面板(4)，到达工作夹片前端；步骤三、预应力筋(14)张拉时，预应力筋(14)和夹片同步被拔出，拔出后被顶推限位管(5)限制夹片处在锚孔内，通过临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)的交替锚固实现连续张拉，连续张拉过程中工作夹片处于悬空状态；步骤四、张拉过程中，其他预应力筋的张拉控制索力由传感器(2)采集第一根预应力筋(1601)的结构变形形成的控制索力，反馈到计算机系统(13)，此时计算机系统(13)发出信号控制液压泵站(12)，液压泵站(12)通过压力控制液压顶压器(6)推送顶推限位管(5)，把夹片推进锚孔，完成一次张拉和顶压；步骤五、拆除支撑垫座撑杆(3)、支撑垫座面板(4)、顶推限位管(5)、液压顶压器(6)、行程转换支承筒(7)、临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)、千斤顶(11)，移位至下一根预应力筋，重复步骤二到步骤五。

一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置的实施工法，其特征在于，步骤如下：步骤一、预应力筋(14)初始张拉时，根据控制索力安装传感器(2)；步骤二、预应力筋(14)通过工作夹具锚固在张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)上，千斤顶(11)、行程转换支撑筒(7)、液压顶压器(6)和顶推限位管(5)组合成整体，全部穿入预应力筋(14)，其中顶推限位管(5)同时穿过支撑垫座面板(4)，到达工作夹片前端；步骤三、预应力筋(14)张拉时，预应力筋(14)和夹片同步被拔出，拔出后被顶推限位管(5)限制夹片处在锚孔内，通过临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)的交替锚固实现连续张拉，连续张拉过程中工作夹片处于悬空状态；步骤四、张拉过程中，其他预应力筋的张拉控制索力由传感器(2)采集已安装的预应力筋的结构变形形成的控制索力，反馈到计算机系统(13)，此时计算机系统(13)发出信号控制液压泵站(12)，液压泵站(12)通过压力控制液压顶压器(6)推送顶推限位管(5)，把夹片推进锚孔，完成一次张拉和顶压；步骤五、拆除支撑垫座撑杆(3)、支撑垫座面板(4)、顶推限位管(5)、液压顶压器(6)、行程转换支承筒(7)、临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)、千斤顶(11)，移位至下一根预应力筋，重复步骤二到步骤五。

本发明的有益效果是：

1、实现预应力筋张拉及顶压锚固的连续化，极大地提高了工作效率。

2、解决了群锚体系索力调整困难、群锚预应力筋预应力离散性大及夹片锚固应力难于量化控制的难题。

3、顶推限位管可以使两半夹片端面平齐的进入锚孔，锚固以后的端面更加平齐，便于标准化施工。

4、无需反复打压锚固工作夹片，只需在张拉达到目标索力时一次性顶压锚固夹片即可，减少了预应力筋涂装层被刮落在锚夹具牙槽内，可以更好的保证锚夹具的锚固效率。

5、实现对预应力筋张拉有效应力的精准控制，便于精细化施工。

附图说明

图1为本发明所述通过理论计算控制的基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置构造示意图。

图2为本发明通过传感器控制的基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置构造示意图。

图3为本发明通过传感器控制的基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置使用状态下示意图。

图4为本发明所述的基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置中传感器安装于固定端锚夹具端面时的示意图。

图5为本发明所述的基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置中传感器安装于张拉端和固定端锚夹具之间拉索上时的示意图。

图6为本发明所述的基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置中传感器安装于锚夹具与锚垫板之间时装置时的示意图。

图7为本发明所述的基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置中液压顶压器结构图。

图中，1、张拉端锚夹具；101、锚板ⅰ；102、锚垫板ⅰ；2、传感器；3、支撑垫座撑杆；4、支撑垫座面板；5、顶推限位管；6、液压顶压器；7、行程转换支承筒；8、临时锚夹具ⅰ；9、临时锚夹具ⅱ；10、临时锚夹具iii；11、千斤顶；12、液压泵站；13、计算机系统；14、预应力筋；15、固定端锚夹具；1501、锚板ⅱ；1502、锚垫板ⅱ；16、群锚体拉索；1601、第一根预应力筋。

具体实施方式

下面结合附图1-7对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置，包括张拉端锚夹具(1)、支撑垫座撑杆(3)、支撑垫座面板(4)、顶推限位管(5)、液压顶压器(6)、行程转换支承筒(7)、临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)、千斤顶(11)、液压泵站(12)、计算机系统(13)、固定端锚夹具(15)及群锚体拉索(16)，群锚体拉索(16)连接张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)；支撑垫座撑杆(3)的两端分别与张拉端锚夹具(1)的锚板ⅰ(101)和支撑垫座面板(4)相连；顶推限位管(5)穿过支撑垫座面板(4)与液压顶压器(6)活塞联结，液压顶压器(6)通过行程转换支承筒(7)与穿心式千斤顶(11)联结；行程转换支承筒(7)内安装临时锚夹具ⅰ(8)，千斤顶(11)与液压顶压器(6)非接触的一端安装有临时锚夹具ⅱ(9)；液压泵站(12)分别与千斤顶(11)、液压顶压器(6)及计算机系统(13)相连。该装置施工方法的步骤如下：步骤一、预应力筋(14)初始张拉时，在计算机系统(13)中输入群锚体拉索(16)整束控制索力f、整束控制索力f作用下群锚体拉索(16)锚固点相对位移量δl、工况下温度变化量δt，由计算机系统(13)输出待张拉预应力筋(14)第一根张拉控制力f1、第二根张拉控制力f2、···、第n根张拉控制力fn，n表示预应力筋根数；步骤二、预应力筋(14)通过工作夹具锚固在张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)上，千斤顶(11)、行程转换支撑筒(7)、液压顶压器(6)和顶推限位管(5)组合成整体，全部穿入预应力筋(14)，其中顶推限位管(5)同时穿过支撑垫座面板(4)，到达工作夹片前端；步骤三、预应力筋(14)张拉时，预应力筋(14)和夹片同步被拔出，拔出后被顶推限位管(5)限制夹片处在锚孔内，通过临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)的交替锚固实现连续张拉，连续张拉过程中工作夹片处于悬空状态；步骤四、张拉过程中，计算机系统(13)根据预应力筋(14)的张拉控制力发出信号控制液压泵站(12)，液压泵站(12)通过压力控制液压顶压器(6)推送顶推限位管(5)，把夹片推进锚孔，完成一次张拉和顶压；步骤五、完成张拉和顶压后拆除支撑垫座撑杆(3)、支撑垫座面板(4)、顶推限位管(5)、液压顶压器(6)、行程转换支承筒(7)、临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)、千斤顶(11)，移位至下一根待张拉预应力筋，重复步骤二到步骤五。

如图2-5所示，一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置，包括张拉端锚夹具(1)、传感器(2)、支撑垫座撑杆(3)、支撑垫座面板(4)、顶推限位管(5)、液压顶压器(6)、行程转换支承筒(7)、临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)、临时锚夹具iii(10)、千斤顶(11)、液压泵站(12)、计算机系统(13)、固定端锚夹具(15)及群锚体拉索(16)，群锚体拉索(16)连接张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)；支撑垫座撑杆(3)的两端分别与张拉端锚夹具(1)的锚板ⅰ(101)和支撑垫座面板(4)相连；顶推限位管(5)穿过支撑垫座面板(4)与液压顶压器(6)活塞联结，液压顶压器(6)通过行程转换支承筒(7)与穿心式千斤顶(11)联结；行程转换支承筒(7)内安装临时锚夹具ⅰ(8)，千斤顶(11)与液压顶压器(6)非接触的一端安装有临时锚夹具ⅱ(9)；液压泵站(12)分别与千斤顶(11)、液压顶压器(6)及计算机系统(13)相连；临时锚夹具iii(10)压在传感器(2)上，传感器(2)与计算机系统(13)连接；传感器(2)安装在群锚体拉索(16)上的第一根预应力筋(1601)上，传感器(2)安装位置为张拉端锚夹具(1)的锚板ⅰ(101)端面、固定端锚夹具(15)的锚板ⅱ(1501)端面、张拉端锚夹具(1)与固定端锚夹具(15)之间第一根预应力筋(1601)上任一处。采用该装置施工的步骤如下：步骤一、预应力筋(14)初始张拉时，根据控制索力安装传感器(2)；步骤二、预应力筋(14)通过工作夹具锚固在张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)上，千斤顶(11)、行程转换支撑筒(7)、液压顶压器(6)和顶推限位管(5)组合成整体，全部穿入预应力筋(14)，其中顶推限位管(5)同时穿过支撑垫座面板(4)，到达工作夹片前端；步骤三、预应力筋(14)张拉时，预应力筋(14)和夹片同步被拔出，拔出后被顶推限位管(5)限制夹片处在锚孔内，通过临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)的交替锚固实现连续张拉，连续张拉过程中工作夹片处于悬空状态；步骤四、张拉过程中，其他预应力筋的张拉控制索力由传感器(2)采集第一根预应力筋(1601)的结构变形形成的控制索力，反馈到计算机系统(13)，此时计算机系统(13)发出信号控制液压泵站(12)，液压泵站(12)通过压力控制液压顶压器(6)推送顶推限位管(5)，把夹片推进锚孔，完成一次张拉和顶压；步骤五、拆除支撑垫座撑杆(3)、支撑垫座面板(4)、顶推限位管(5)、液压顶压器(6)、行程转换支承筒(7)、临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)、千斤顶(11)，移位至下一根预应力筋，重复步骤二到步骤五。

如图6所示，一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置，包括张拉端锚夹具(1)、传感器(2)、支撑垫座撑杆(3)、支撑垫座面板(4)、顶推限位管(5)、液压顶压器(6)、行程转换支承筒(7)、临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)、千斤顶(11)、液压泵站(12)、计算机系统(13)、固定端锚夹具(15)及群锚体拉索(16)，群锚体拉索(16)连接张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)；支撑垫座撑杆(3)的两端分别与张拉端锚夹具(1)的锚板ⅰ(101)和支撑垫座面板(4)相连；顶推限位管(5)穿过支撑垫座面板(4)与液压顶压器(6)活塞联结，液压顶压器(6)通过行程转换支承筒(7)与穿心式千斤顶(11)联结；行程转换支承筒(7)内安装临时锚夹具ⅰ(8)，千斤顶(11)与液压顶压器(6)非接触的一端安装有临时锚夹具ⅱ(9)；液压泵站(12)分别与千斤顶(11)、液压顶压器(6)及计算机系统(13)相连；传感器(2)与计算机系统(13)连接；传感器(2)安装在张拉端锚夹具(1)与张拉端锚夹具(1)的锚垫板ⅰ(102)之间。采用该装置施工的步骤如下：步骤一、预应力筋(14)初始张拉时，根据控制索力安装传感器(2)；步骤二、预应力筋(14)通过工作夹具锚固在张拉端锚夹具(1)和固定端锚夹具(15)上，千斤顶(11)、行程转换支撑筒(7)、液压顶压器(6)和顶推限位管(5)组合成整体，全部穿入预应力筋(14)，其中顶推限位管(5)同时穿过支撑垫座面板(4)，到达工作夹片前端；步骤三、预应力筋(14)张拉时，预应力筋(14)和夹片同步被拔出，拔出后被顶推限位管(5)限制夹片处在锚孔内，通过临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)的交替锚固实现连续张拉，连续张拉过程中工作夹片处于悬空状态；步骤四、张拉过程中，其他预应力筋的张拉控制索力由传感器(2)采集已安装的预应力筋的结构变形形成的控制索力，反馈到计算机系统(13)，此时计算机系统(13)发出信号控制液压泵站(12)，液压泵站(12)通过压力控制液压顶压器(6)推送顶推限位管(5)，把夹片推进锚孔，完成一次张拉和顶压；步骤五、拆除支撑垫座撑杆(3)、支撑垫座面板(4)、顶推限位管(5)、液压顶压器(6)、行程转换支承筒(7)、临时锚夹具ⅰ(8)、临时锚夹具ⅱ(9)、千斤顶(11)，移位至下一根预应力筋，重复步骤二到步骤五。

如图7所示，一种基于群锚系统单根张拉和调索的施工装置，其液压顶压器(6)分为前压板(601)、顶压器主体(602)、后压板(603)三部分构造，前压板(601)压在支撑垫座面板(4)上，后压板(603)与行程转换支承筒(7)以螺纹形式相连，顶压器主体(602)两端分别与前压板(601)和后压板(603)相连，前压板(601)端面构造形状为梅花形。