专利名称：体外预应力体系及其施工方法
技术领域：
本发明涉及一种预应力体系，特别是一种体外预应力体系及其施工方法。
背景技术：
体外预应力体系包括两端由锚头和锚固部份组成的锚固节段I、若干个自由节段II、若干个转向节段III，其主要部份有1、体外预应力钢索及其防护系统，2、体外预应力的转向装置，3、体外预应力钢索的锚固系统；4、体外预应力减振器；现有体系的体外预应力钢索及其防护系统主要有以下两种第一种采用光面钢绞线、PE套管灌水泥浆的形式，水泥浆在动载作用下容易开裂，防腐效果不好；第二种采用无粘结筋、PE套管内灌水泥浆的形式，该体系先灌水泥浆后张拉，这样无粘结筋容易重叠，受力不均匀，且无法单根换索；这两种形式均需要灌浆，周期较长，成本较高；其次，现有体外索预应力体系中的转向器仅由一个转向管构成，钢绞线穿过转向器时，钢绞线与钢绞线容易重叠在一起，会造成钢绞线打绞，并造成每根钢绞线受力不均匀，给施工质量带来隐患；当索体产生振动时，钢绞线与转向器、钢绞线与钢绞线之间产生摩擦，影响索体的使用寿命，且此种转向器不能实现单根换索；第三，所述的锚固节段一般由锚头和锚固区两部份组成，锚头部分预应力筋穿过锚板由夹片锚固，在锚固区通过与灌浆材料产生的握裹力而形成双重锚固；当预应力索锈蚀或其防护层被破坏需要更换索时，需要破坏锚固体系中预应力索两端锚固区的混凝土，更换锚垫板、甚至螺旋筋，因此其换索的工作量大、难度高、工作周期长，第四，在自由节段，一是防护外套是整条、不能打开，不便于进行索力的检测及防腐状态的检查，二是采用整体减振器减振，在安装减振器前，先要安装索体收缩紧固装置，施工较为复杂，由于索体间不能完全收紧，索与索之间仍然存在着间隙，减振的效果不明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有体外预应力体系中存在的1、体外预应力钢索及其防护系统均需要灌浆、自重大，不易单根张拉、单根换索，施工周期较长；2、钢绞线与转向器、钢绞线与钢绞线之间产生摩擦，影响索体的使用寿命及不能实现单根张拉、单根换索；3、当预应力索锈蚀或其防护层被破坏需要更换索时，需要破坏锚固体系中预应力索两端锚固区的混凝土，更换锚垫板、甚至螺旋筋，其换索的工作量大、难度高；4、防护外套是整条、不能打开，不便于进行索力的检测及防腐状态的检查，整体减振器减振效果不明显等方面的问题。
其解决问题的技术方案是1、选用带导向管的转向器，该转向器的转向管内有2～120根相互平行的导向管，各根导向管之间通过3～7块连接板连成一体以此保证钢绞线与钢绞线位置的平行，每根钢绞线受力均匀，减小钢绞线与转向器之间的微动磨损，并可以进行单根换索；2、在传统的锚垫板中增加一个可换式护管及密封垫环，可换式护管伸出锚垫板外；3、自由节段的防护外套采用分段式，使用大、小不同的管道，小管可伸入大管内、大管道与小管道之间用螺栓连接，自由节段的索体与防护外套之间不用灌浆，并将减振器改为单根压紧减振形式。
其具体结构是一种体外预应力体系，包括两端由锚头和锚固部份组成的锚固节段I、2～60个自由节段II、1～60个转向节段III，其特征在于所述的转向器节段的转向器由带导向管的转向管构成，2～120根相互平行的导向管位于转向管内，各根导向管之间通过连接板连成一体，所述的导向管是有一定刚性和柔韧度的导向管，所述的位于转向管中部的连接板的圆周上有3个调节螺栓，两端的连接板中套接有与导向管数量相同的导向管误差补偿器，该导向管误差补偿器为圆管形，位于转向管管口一端为喇叭形，与连接板相连的一端的内部开有一台阶，各根导向管卡在台阶上。
作为本发明的一种变换，所述具有一定刚性和柔韧度的导向管是采用聚乙烯或高密度聚乙烯或高密度聚苯乙烯或聚氯乙烯或聚四氟乙烯或PVC之类塑料材料或工程橡胶材料，中间夹层采用波纹管或金属网管或柔韧金属薄层构成的三层或两层复合导向管。
作为本发明的又一特征，所述的锚固节段是采用衬套式夹片锚的锚固体系，该体系在普通锚垫板内加了一层保护套管，在保护套管与索体之间灌浆。
作为本发明的又一特征，所述体外索的自由节段的防护外套采用大、小不同的管道，小管可伸入大管内、大管道与小管道之间用螺栓连接，自由节段的索体与防护外套之间不用灌浆，索体之间的减振器为单根压紧式减振器。
该减振器由两块半圆形外护套，4～20块减振垫片、护套耳、连接螺栓构成，所述位于中间的减振垫片之两边各开有圆弧形的凹槽，相邻两块垫片的圆弧形的凹槽对接成圆形，紧挨外护套的减振垫片一边开有圆弧形的凹槽、另一边为与圆形外护套相配合的圆弧形，两块半圆形外护套对接，通过螺栓和螺帽连成一体，所述的减振垫片可以用橡胶制成，也可以用其他具有一定弹性的塑料或纤维材料制成。
上述体外预应力体系的施工方法，其特征在于它包括以下主要步骤A安装转向器(1)组装导向管及中间连接板，将导向管穿过中间连接板，再在导向管两端安装误差补偿器，待全部导向管均穿过中间连接板后，调节中间连接板上的三个调节螺栓，整体放入转向管中，(2)安装端部连接板；B节段预制(1)分别将锚垫板套上螺旋筋及预埋管预埋在锚固节段，将转向器的转向管预埋在转向器节段，(2)养护各节段；C灌浆在转向管内部、导向管之间的空间灌注水泥浆；D安装锚头(1)防护外套放入体外索自由节段，(2)穿索及预紧将钢绞线一端从自由节段从上往下依次穿过防护外套、转向器、防护外套、转向器、防护外套、内衬套、锚板、保护罩，再将钢绞线另一端穿过内衬套、锚板，放入夹片进行锚固并预紧，在穿索过程中，穿好一根就预紧一根；E单根张拉采用千斤顶对组成索的各根钢绞线实施单根张拉；F灌浆及防腐(1)在锚固端的内衬套内灌注水泥砂浆或环氧砂浆；(2)锚固端锚头的防腐切除多余的钢绞线，盖好保护罩，并在保护罩内灌注油脂或水泥砂浆，也可以灌注环氧砂浆；G按要求安装减振器；H将防护外套安装就位，用螺栓连接。
本发明之体外预应力体系及其施工方法具有以下优点一、在锚固节段(1)无需凿开结构件就可直接更换索体及其相关的易损件，对结构件几乎无破坏，且换索简便，工作量较传统形式的小，工作周期短，减小工程成本；
(2)锚垫板与可换式护管间的间隙小，当夹片锚固失效时，可换式护管与固结成一体的圆锥状浆体材料沿轴向发生微小位移与锚垫板内腔接触后产生一楔紧效应将荷载转移至结构上，同时可换式护管对浆体材料的反作用力增大了浆体材料对索体的握裹力、保持了其双重锚固的作用，因而极大的增加了索的锚固性能及整体结构的稳定性，整索的工况性能更加稳定。
二转向节段本发明选用带导向管的转向器，该转向器的转向管内有2～120根相互平行的导向管，钢绞线从导向管中穿过，除具有能保证钢绞线与钢绞线位置的平行，保证每根钢绞线受力均匀；最大程度减小了钢绞线、转向器的之间的磨损，提高了体外索及整个结构的使用寿命；可以进行单根换索外，还具有以下优点1、选用具有一定刚性和柔韧度的导向管，既可以增加导向管的承受压力的能力，保证钢绞线不被挤压损坏，又方便安装；2、可以在水平及垂直两个方向任意改变形状以适应不同方向、不同弯曲半径的转向管的需要；3、采用可调节位置的连接板可以在不改变转向管弧形的情况下，通过调整连接板的螺栓来调节连接板与转向管的相对位置达到改变导向管的弯曲半径的目的，以弥补转向管制作上的缺陷，从而起到微调钢绞线弧度的作用，以适应现场施工的需要；4、在导向管的管口增加一个导向管误差补偿器一方面增加导向管的刚度，另一方面方便钢绞线的走向，保证钢绞线不产生应力集中现象。
三、自由节段所述体外索的自由节段的防护外套采用大、小不同的管道，大管道与小管道之间用螺栓连接，方便拆卸，自由节段的索体与防护外套之间不用灌浆，小管道可导入大管道中，可随时检测自由节段的索体的索力及防腐状态等情况，大、小套管起保护无粘结筋不受外界破坏的作用；将整体减振器改为单根压紧减振形式，减振效果更好且施工方便。
四
图1本发明之体外预应力体系结构示意图；图2图1的局部放大图；图3本发明体外预应力体系之转向器结构示意图；图4图3的A向视图；图5图3的B-B视图；图63层导向管结构示意图(剖视图)；图72层导向管结构示意图(剖视图)；
图8本发明体外预应力体系实施例二之活动衬套式夹片锚结构示意图；图9本发明体外预应力体系之单根压紧式减振器结构示意图；图10图9的C向视图；图11本发明体外预应力体系施工流程图。
五
具体实施例方式实施例一一种体外预应力体系，包括位于两端的两个锚固节段I、两个转向节段III以及位于锚固节段I和转向节段之间的三节自由节段II(参见图1、图2)；所述的锚固节段I由锚头和锚固区两部份组成，锚头部份包括索体、密封罩1、锚板3、夹片2，锚固区包括螺旋筋4、锚垫板5、内衬套6、预埋管7、灌浆材料14、密封板12；所述的自由节段II是由外套有防护外套8的索体11组成，所述索体11选用以高强钢绞线为原料进行强化防腐处理的环氧全喷涂无粘结筋作为预应力钢筋，所述防护外套8可以是PE护套、也可以是钢管、PVC管，所述体外预应力体系的自由节段的防护外套8采用大、小不同的管道，小管可伸入大管内、大管道与小管道之间用螺栓连接，自由节段的索体与防护外套之间不用灌浆，在自由节段II之索体的的适当位置安装有减振器9；所述的转向节段III的转向器10是由带导向管的转向管构成，7根相互平行的导向管21位于转向管22内，各根导向管之间通过3块连接板23连成一体，所述的导向管是具有一定刚性和柔韧度的导向管，所述的位于转向管中部的连接板231的圆周上有3个调节螺栓2311，两端的连接板232中套接有与导向管数量相同的导向管误差补偿器25，该导向管误差补偿器25为圆管形，位于转向管管口一端为喇叭形，与连接板相连的一端的内部开有一台阶，各根导向管卡在台阶上，导向管21与转向管22之间的空隙灌有水泥浆、环氧树脂或其他一些填充料24，并保证充满、密实(参见图3、图4、图5)。
作为本发明实施例一的一种变换，所述具有一定刚性和柔韧度的导向管是采用聚乙烯或高密度聚乙烯或高密度聚苯乙烯或聚氯乙烯或聚四氟乙烯或PVC之类塑料材料或工程橡胶材料，中间夹层采用波纹管或金属网管或柔韧金属薄层构成的三层或两层复合管，导向管的数量可以有2～120根，连接板的数量可以为3～7块(参见图6、图7)。图1中，13为构件。
作为本发明实施例一的一种变换，也可以不用上述结构的转向器。
实施例二一种体外预应力体系，其基本结构同实施例一，所不同之处在于所述的锚固节段I为活动衬套式夹片锚，其锚头部份还有一个密封垫环27，锚垫板5内有一可换式护管28，该可换式护管28大端伸出锚垫板5，所述密封垫环27套在可换式护管28的大端上、与可换式护管28呈过渡配合，可换式护管28能沿轴向移动，密封垫环27通过螺钉固定在锚垫板5的端面，密封板12安装在可换式护管28的小端(参见图8)，所述的可换式护管28是由钢板、铝板之类金属材料或聚四氟乙烯或聚乙烯或高密度聚乙烯之类塑料材料制成。
实施例三一种体外预应力体系，其基本结构同实施例一或实施例二，所不同之处在于在自由节段II之索体的的适当位置安装的减振器9是单根压紧式减振器(参见图9、图10)；该减振器由两块半圆形外护套291、292，6块减振垫片301、302、……306、护套耳31、连接螺栓33构成，所述位于中间的减振垫片302、303、304、305之两边各开有圆弧形的凹槽，相邻两块垫片的圆弧形的凹槽对接成圆形，紧挨外护套的减振垫片301、306一边开有圆弧形的凹槽、另一边为与圆形外护套相配合的圆弧形，两块半圆形外护套291、292对接，通过螺栓33和螺帽32连成一体，所述的减振垫片可以用橡胶制成，也可以用其他具有一定弹性的塑料或纤维材料制成。
作为本发明实施例的一种变换，所述的减振垫片的数量根据所保护索体的索的数量多少而定，一般有4～20块。
作为本发明实施例的一种变换，上述各实施例中，自由节段II的数量可以为2～60个、转向节段III的数量可以有1～60个。
实施例四上述体外预应力体系的施工方法，它包括以下主要步骤A安装转向器10(1)组装导向管22及中间连接板23，将导向管22穿过中间连接板231，再在导向管两端安装误差补偿器25，待全部导向管均穿过中间连接板后，调节中间连接板上的三个调节螺栓2311，整体放入转向管中，(2)安装端部连接板232，B节段预制(1)分别将锚垫板5套上螺旋筋4及预埋管7预埋在锚固节段，将转向器10的转向管22预埋在转向节段，
(2)养护各节段；C灌浆在转向管22内部、导向管21之间的空间灌注水泥砂浆24；D安装锚头(1)防护外套8放入体外索自由节段，(2)穿索及预紧将钢绞线一端从自由节段从上往下依次穿过防护外套8、转向器10、防护外套8、转向器10、防护外套9、内衬套6或可换式护管，28、锚板3，再将钢绞线另一端穿过内衬套6或可换式护管28、锚板3，放入夹片2进行锚固并预紧，在穿索过程中，穿好一根就预紧一根；E单根张拉采用千斤顶对组成索的各根钢绞线实施单根张拉；F灌浆及防腐(1)在锚固端的内衬套6或可换式护管28内灌注水泥砂浆或环氧砂浆14；(2)锚固端的锚头的防腐，切除多余的钢绞线，盖好保护罩1，并在保护罩1内灌注油脂或水泥砂浆，也可以灌注环氧砂浆；G按要求安装减振器9；H将防护外套8安装就位，用螺栓连接。
权利要求
1.一种体外预应力体系，包括由锚头和锚固部份组成的锚固节段I、自由节段II、转向节段III，所述的自由节段II是由外套有防护外套(8)的索体(11)组成，在自由节段II之索体的的适当位置安装有减振器(9)，其特征在于所述体外预应力体系的自由节段的防护外套采用大、小不同的管道，小管可伸入大管内、大管道与小管道之间用螺栓连接，自由节段的索体与防护外套之间不用灌浆。
2.如权利要求1所述的所述的体外预应力体系，其特征在于所述的转向节段III的转向器(10)是由导向管(21)、转向管(22)、连接板(23)构成，2～120根相互平行的导向管(21)位于转向管(22)内，各根导向管(21)之间通过连接板(23)连成一体。
3.如权利要求2所述的所述的体外预应力体系，其特征在于所述转向器(10)的导向管(21)是有一定刚性和柔韧度的导向管(21)，所述的位于转向管(21)中部的连接板(231)的圆周上有3个调节螺栓，两端的连接板(232)中套接有与导向管数量相同的导向管误差补偿器(25)，该导向管误差补偿器为圆管形，位于转向管管口一端为喇叭形，与连接板相连的一端的内部开有一台阶，各根导向管卡在台阶上，所述具有一定刚性和柔韧度的导向管(21)是采用聚乙烯或高密度聚乙烯或高密度聚苯乙烯或聚氯乙烯或聚四氟乙烯或PVC之类塑料材料或工程橡胶材料，中间夹层采用波纹管或金属网管或柔韧金属薄层构成的三层或两层复合导向管。
4.如权利要求1或2或3所述的所述的体外预应力体系，其特征在于所述体外预应力体系的锚固节段I是采用衬套式夹片锚的锚固体系，它有一个密封垫环(27)，锚垫板(5)内有一可换式护管(28)，该可换式护管(28)大端伸出锚垫板(5)，所述密封垫环套在可换式护管(28)的大端上、与可换式护管(28)呈过渡配合，可换式护管(28)能沿轴向移动，密封垫环(27)通过螺钉固定在锚垫板(5)的端面，密封板(12)安装在可换式护管(28)的小端，所述的可换式护管(28)是由钢板、铝板之类金属材料或聚四氟乙烯或聚乙烯或高密度聚乙烯之类塑料材料制成。
5.如权利要求1或2或3所述的所述的体外预应力体系，其特征在于在自由节段II之索体的的适当位置安装的减振器(12)是单根压紧式减振器，该减振器由两块半圆形外护套(291)、(292)，4～20块减振垫片(301)、(302)、……、(3020)、护套耳(31)、连接螺栓(33)构成，所述位于中间的减振垫片(302)、(303)、(304)、……、(3010)之两边各开有圆弧形的凹槽，相邻两块垫片的圆弧形的凹槽对接成圆形，紧挨外护套的减振垫片(301)、(3020)一边开有圆弧形的凹槽、另一边为与圆形外护套相配合的圆弧形，两块半圆形外护套(291)、(292)对接，通过螺栓(33)和螺帽(32)连成一体，所述的减振垫片可以用橡胶制成，也可以用其他具有一定弹性的塑料或纤维材料制成。
6.如权利要求4所述的所述的体外预应力体系，其特征在于在自由节段II之索体的的适当位置安装的减振器(12)是单根压紧式减振器，该减振器由两块半圆形外护套(291)、(292)，4～20块减振垫片(301)、(302)、……、(3020)、护套耳(31)、连接螺栓(33)构成，所述位于中间的减振垫片(302)、(303)、(304)、……、(3019)之两边各开有圆弧形的凹槽，相邻两块垫片的圆弧形的凹槽对接成圆形，紧挨外护套的减振垫片(301)、(3020)一边开有圆弧形的凹槽、另一边为与圆形外护套相配合的圆弧形，两块半圆形外护套(291)、(292)对接，通过螺栓(33)和螺帽(32)连成一体，所述的减振垫片可以用橡胶制成，也可以用其他具有一定弹性的塑料或纤维材料制成。
7.上述体外预应力体系的施工方法，其特征在于它包括以下主要步骤A安装转向器(1)组装导向管及中间连接板，将导向管穿过中间连接板，再在导向管两端安装误差补偿器，待全部导向管均穿过中间连接板后，调节中间连接板上的三个调节螺栓，整体放入转向管中，(2)安装端部连接板；B节段预制(1)分别将锚垫板套上螺旋筋及预埋管预埋在锚固节段，将转向器的转向管预埋在转向器节段，(2)养护各节段；C灌浆在转向管内部、导向管之间的空间灌注水泥浆；D安装锚头(1)防护外套放入体外索自由节段，(2)穿索及预紧将钢绞线一端从自由节段从上往下依次穿过防护外套、转向器、防护外套、转向器、防护外套、内衬套、锚板、保护罩，再将钢绞线另一端穿过内衬套、锚板，放入夹片进行锚固并预紧，在穿索过程中，穿好一根就预紧一根；E单根张拉采用千斤顶对组成索的各根钢绞线实施单根张拉；F灌浆及防腐(1)在锚固端的内衬套内灌注水泥砂浆或环氧砂浆；(2)锚固端锚头的防腐切除多余的钢绞线，盖好保护罩，并在保护罩内灌注油脂或水泥砂浆，也可以灌注环氧砂浆；G按要求安装减振器；H将防护外套安装就位，用螺栓连接。
全文摘要
一种体外预应力体系，包括由锚头和锚固部份组成的锚固节段I、自由节段II、转向节段III，所述的转向节段的转向器是由带导向管的转向管构成，2～120根相互平行的导向管位于转向管内，各根导向管之间通过连接板连成一体，所述的导向管是有一定刚性和柔韧度的导向管；所述的锚固节段是采用锚固节段I是采用活动衬套式夹片锚之锚固体系，所述的自由节段由外套有防护外套的索体组成，在索体的适当部位安有单根压紧式减振器，上述体外预应力体系的施工方法，包括节段预制、安装转向器、安装锚头、单根张拉、灌浆及防腐、安装减振器、PE套管等步骤，该体系具有可单根张拉、单根换索，钢绞线受力均匀，使用寿命长等优点，且其施工方法简便、工作周期短，工程造价低。
文档编号F16G11/00GK1469058SQ02140479
公开日2004年1月21日 申请日期2002年7月16日 优先权日2002年7月16日
发明者徐栋, 谢正元, 强壮, 徐 栋 申请人:同济大学, 柳州市建筑机械总厂