一种预应力低回缩锚具自动张拉锁紧设备及其张拉锁紧方法

技术领域

本发明涉及一种预应力张拉锁紧设备及张拉锁紧方法，尤其涉及一种预应力低回缩锚具自动张拉锁紧设备及其张拉锁紧方法，属于预应力施工技术领域。

背景技术

随着桥梁技术的进步，大跨度混凝土的应用使得桥体跨度越来越大，一方面主要得益于桥梁预应力技术的使用，即通过在混凝土中穿设无粘结预应力钢绞线的低回缩锚固对混凝土施加压力，抵消了混凝土的部分拉伸工作载荷，使混凝土的强度提高了数倍。但是早期修建的预应力混凝土桥梁中已经出现很多梁体开裂、下扰等不良现象，其导致因素之一是预应力损失较大，这对桥梁的安全使用带来了极大地安全隐患。

目前比较先进的桥梁预应力技术中必须要使用到预应力钢绞线和低回缩锚固体系，常用的低回缩锚固体系技术主要有精轧螺纹钢、高强螺纹钢棒、圆形螺母夹片式低回缩锚固等，这些常用的低回缩锚固结构存在结构复杂，预应力损失大，预应力筋容易断裂，易腐蚀，施工困难，施工不标准等问题，严重影响了低回缩锚固结构的使用寿命和使用安全性。

预应力钢绞线是预应力桥梁结构中的关键受力构件，预应力损失会严重影响桥梁的使用安全，因此钢绞线预应力的保持极为重要。免灌浆低回缩锚固体系是主要解决了短束预应力中存在的结构复杂，预应力损失大、预应力筋断裂及易腐蚀、施工困难、施工不标准等问题，但是在采用低回缩锚具进行预应力张拉时，一般采用手动操作张拉设备，由于没有标准的设备工具对低回缩锚具进行精细化操作，张拉应力无法精准把控，也没有数据记录，在张拉施工时预应力钢棒断裂的情况时有发生。另外，在预应力施工采用人工进行操作，预紧力因人而异，应力损失大，离散性也较大，会对预应力梁体结构造成裂纹，安全性也得不到保障。总体来说，很难以满足所设定的技术要求，上述技术问题一直没能得到有效的解决。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有普通张拉设备对张拉应力无法精准把控，张拉施工时预应力钢棒断裂的情况时有发生，所采用的人工张拉操作导致预紧力受人为因素较大，应力损失大，离散性也较大，容易对预应力梁体结构造成裂纹的缺陷和不足，本发明专利提供一种结构合理，能自动张拉和锁紧，并能实时精确测量位移量和拉力数值，避免了张拉施工时预应力钢棒断裂的情况，张拉过程安全高效，并且锚固效率高，预应力损失小的一种预应力低回缩锚具自动张拉锁紧设备。

本发明的第二个目的是针对现有的预应力低回缩锚具张拉锁紧方法操作繁琐，依靠人工手动操作设备进行张拉，应力损失较大，对预应力梁体结构容易造成裂纹的缺陷和不足，提供一种操作简便，能自动张拉和锁紧，应力损失小，张拉过程安全高效的一种采用预应力低回缩锚具自动张拉锁紧设备的张拉锁紧方法。

为实现上述第一个发明目的，本发明的技术解决方案是：一种预应力低回缩锚具自动张拉锁紧设备，包括张拉杆，所述张拉杆的中部外圆周上安装有承压筒，承压筒的上端安装有张拉千斤顶，张拉杆的上部张拉端穿过张拉千斤顶的内腔后通过外螺纹安装有张拉螺母，承压筒的下端同轴固定有垫板支撑件，垫板支撑件的外端设置有与支撑垫板挤压贴合的支撑端面，垫板支撑件为两端开口的筒形结构，垫板支撑件的内部为导向管空腔，导向管空腔内同轴安装有具有伸缩功能的自动锁紧装置，自动锁紧装置的外端设置有由自动锁紧装置驱动的螺母紧固连接端，自动锁紧装置沿轴心线设置为通孔，张拉杆的下端穿过自动锁紧装置的通孔，并且张拉杆的下端设置有锚具连接头。

进一步的，所述自动锁紧装置包括轴承压筒、空心轴、导向管、扭力套筒、轴承支座、推力轴承、蜗杆以及蜗轮，轴承压筒同轴安装在承压筒的下端，轴承压筒的内部安装有空心轴，轴承压筒上同轴固定设置有蜗轮，蜗轮的外侧通过轴承支座和推力轴承安装有蜗杆，蜗杆与蜗轮相配合，导向管空腔内固定设置有导向管，导向管内同轴安装有扭力套筒，扭力套筒经活动连接件与蜗轮相连接，扭力套筒的底端设置有与锁紧螺母相对应的螺母连接孔。

进一步的，所述活动连接件包括圆柱弹簧、滑槽以及导向滑块，导向管的外壁上沿轴向开设有一道或多道滑槽，滑槽内活动安装有导向滑块，导向滑块固定在扭力套筒的外壁上，导向管的内部贴近导向管的内壁上安装有圆柱弹簧，圆柱弹簧挤压设置在导向管内腔与扭力套筒的上端之间。

进一步的，所述轴承支座的外围设置有防护罩，防护罩固定在承压筒或垫板支撑件的外表面上，蜗杆通过推力轴承安装在轴承支座上，蜗杆的外端设置有驱动装置连接端，驱动装置连接端与旋转驱动装置相连接，轴承支座的外端安装有轴承压盖。

进一步的，所述张拉千斤顶的外端设置有能进行往复运动的活塞，活塞位于张拉螺母与张拉千斤顶的外端之间。

进一步的，所述张拉千斤顶的外壳体通过固定螺钉安装在承压筒上，张拉千斤顶上安装有位移传感器。

进一步的，所述张拉千斤顶和/或自动锁紧装置上安装有测力传感器。

进一步的，所述空心轴的外圆周上安装有轴承，空心轴的内孔中穿入设置有张拉杆。

进一步的，所述承压筒或张拉千斤顶的外壁上固定设置有手把。

为实现上述第二个发明目的，本发明的技术解决方案是：一种采用预应力低回缩锚具自动张拉锁紧设备的张拉锁紧方法，其特征在于包括以下步骤：

a、首先支撑垫板在混凝土梁体内预埋好，同时将锚具安装在支撑垫板的中心孔内并进行固定，在锚具外端的螺纹连接头上初步安装锁紧螺母；

b、随后通过手把手持自动张拉锁紧设备并对准锚具，垫板支撑件的下端顶在支撑垫板的外表面上，将自动张拉锁紧设备上张拉杆下端的锚具连接头与锚具相连接，同时将扭力套筒底端的螺母连接孔与锁紧螺母进行对接到位；

c、接着将驱动装置的转动连接端与张拉杆的上端相连接，操作张拉杆驱动装置带动张拉杆进行转动，使得张拉杆下端的锚具连接头旋入锚具外端的螺纹连接头；

d、在张拉杆的上部安装张拉螺母并调整到合适位置，使得活塞外端顶在张拉螺母的内侧端面上；

e、然后再启动张拉千斤顶，让活塞向外伸出并挤压锁紧螺母进而实现对张拉杆的张拉，对锚具的张拉数据进行监测和记录，张拉达到预定拉力后保压一定时间；

f、在张拉保压过程中保证应力不变的同时启动自动锁紧装置，通过扭力套筒带动锁紧螺母在锚具上的螺纹端转动，实现对支撑垫板的旋紧，进而保证锚具回缩量小，完成张拉锁紧操作。

本发明的有益效果是：

1．本发明采用的是张拉和锁紧一体式结构，利用张拉千斤顶带动张拉杆进行张拉，同时采用了自动锁紧装置对张拉后的锚具进行有效锁紧，张拉和锁紧有效衔接，同步进行。

2．本发明采用了自动锁紧装置，自动锁紧装置通过扭力套筒带动锁紧螺母进行自动锁紧，并且具有伸缩功能，能够在导向机构的作用下进行一定范围的弹性调节，适应性好。

3．本发明能够对张拉力进行自动分级控制，达到每级预设张拉力数值后能够自动按设定时间进行保压，同时在张拉过程中能精确测量位移量和拉力数值，并实时上传到系统中进行分析和保存。

4．本发明结构合理，避免了张拉施工时预应力钢棒断裂的情况，张拉过程安全高效，并且锚固效率高，预应力损失小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的剖视图。

图3是本发明自动锁紧装置的结构示意图。

图4是本发明张拉杆的结构示意图。

图中：张拉杆1，张拉螺母2，锚具连接头3，锁紧螺母4，承压筒5，垫板支撑件6，张拉千斤顶7，活塞8，轴承压筒9，空心轴10，导向管空腔11，导向管12，圆柱弹簧13，扭力套筒14，滑槽15，导向滑块16，固定螺钉17，轴承18，防护罩19，轴承支座20，推力轴承21，涡轮驱动电机22，蜗杆23，蜗轮24，驱动装置连接端25，位移传感器26，测力传感器27，手把28，锚具29，支撑垫板30，混凝土梁体31，张拉杆驱动装置32。

实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1至图4，本发明的一种预应力低回缩锚具自动张拉锁紧设备，包括张拉杆1，其特征在于：所述张拉杆1的中部外圆周上安装有承压筒5，承压筒5的上端安装有张拉千斤顶7，张拉杆1的上部张拉端穿过张拉千斤顶7的内腔后通过外螺纹安装有张拉螺母2，承压筒5的下端同轴固定有垫板支撑件6，垫板支撑件6的外端设置有与支撑垫板30挤压贴合的支撑端面，垫板支撑件6为两端开口的筒形结构，垫板支撑件6的内部为导向管空腔11，导向管空腔11内同轴安装有具有伸缩功能的自动锁紧装置，自动锁紧装置的外端设置有由自动锁紧装置驱动的螺母紧固连接端，自动锁紧装置沿轴心线设置为通孔，张拉杆1的下端穿过自动锁紧装置的通孔，并且张拉杆1的下端设置有锚具连接头3。

所述自动锁紧装置包括轴承压筒9、空心轴10、导向管12、扭力套筒14、轴承支座20、推力轴承21、蜗杆23以及蜗轮24，轴承压筒9同轴安装在承压筒5的下端，轴承压筒9的内部安装有空心轴10，轴承压筒9上同轴固定设置有蜗轮24，蜗轮24的外侧通过轴承支座20和推力轴承21安装有蜗杆23，蜗杆23与蜗轮24相配合，导向管空腔11内固定设置有导向管12，导向管12内同轴安装有扭力套筒13，扭力套筒13经活动连接件与蜗轮24相连接，扭力套筒13的底端设置有与锁紧螺母4相对应的螺母连接孔。

所述活动连接件包括圆柱弹簧13、滑槽15以及导向滑块16，导向管12的外壁上沿轴向开设有一道或多道滑槽15，滑槽15内活动安装有导向滑块16，导向滑块16固定在扭力套筒13的外壁上，导向管12的内部贴近导向管12的内壁上安装有圆柱弹簧13，圆柱弹簧13挤压设置在导向管12内腔与扭力套筒13的上端之间。

所述轴承支座20的外围设置有防护罩19，防护罩19固定在承压筒5或垫板支撑件6的外表面上，蜗杆23通过推力轴承21安装在轴承支座20上，蜗杆23的外端设置有驱动装置连接端25，驱动装置连接端25与旋转驱动装置相连接，轴承支座20的外端安装有轴承压盖22。

所述张拉千斤顶7的外端设置有能进行往复运动的活塞8，活塞8位于张拉螺母2与张拉千斤顶7的外端之间。

所述张拉千斤顶7的外壳体通过固定螺钉17安装在承压筒5上，张拉千斤顶7上安装有位移传感器26。

所述张拉千斤顶7和/或自动锁紧装置上安装有测力传感器27。

所述空心轴10的外圆周上安装有轴承18，空心轴10的内孔中穿入设置有张拉杆1。

所述承压筒5或张拉千斤顶7的外壁上固定设置有手把28。

一种采用预应力低回缩锚具自动张拉锁紧设备的张拉锁紧方法，其特征在于包括以下步骤：

a、首先支撑垫板30在混凝土梁体31内预埋好，同时将锚具29安装在支撑垫板30的中心孔内并进行固定，在锚具29外端的螺纹连接头上初步安装锁紧螺母4；

b、随后通过手把28手持自动张拉锁紧设备并对准锚具29，垫板支撑件6的下端顶在支撑垫板30的外表面上，将自动张拉锁紧设备上张拉杆1下端的锚具连接头3与锚具29相连接，同时将扭力套筒13底端的螺母连接孔与锁紧螺母4进行对接到位；

c、接着将驱动装置的转动连接端与张拉杆1的上端相连接，操作张拉杆驱动装置32带动张拉杆1进行转动，使得张拉杆1下端的锚具连接头3旋入锚具29外端的螺纹连接头；

d、在张拉杆1的上部安装张拉螺母2并调整到合适位置，使得活塞8外端顶在张拉螺母2的内侧端面上；

e、然后再启动张拉千斤顶7，让活塞8向外伸出并挤压锁紧螺母4进而实现对张拉杆1的张拉，对锚具29的张拉数据进行监测和记录，张拉达到预定拉力后保压一定时间；

f、在张拉保压过程中保证应力不变的同时启动自动锁紧装置，通过扭力套筒13带动锁紧螺母4在锚具29上的螺纹端转动，实现对支撑垫板30的旋紧，进而保证锚具回缩量小，完成张拉锁紧操作。

参见说明书附图，本发明与传统预应力张拉装置不同，采用的是张拉和锁紧一体式结构，针对低回缩锚固体系在对锚具进行张拉的同时能够实现自动锁紧，张拉过程安全高效，并且锚固效率高，预应力损失小。在进行张拉前，支撑垫板30预埋设置在梁体混凝土31上，支撑垫板30上开设的安装孔内安装有锚具29，锚具29固定在支撑垫板30上，锚具29的外端开设有外螺纹，螺纹端便于安装锁紧螺母4对锚具张拉后进行锁紧。

本发明自动张拉锁紧设备的轴心贯穿设置有张拉杆1，张拉杆1的下端为锚具连接头3，用于与锚具29外侧的螺纹端相连接，同时张拉杆1能够作为张拉的重要传力部件。张拉杆1的中部外圆周上安装有承压筒5，承压筒5的上端安装有张拉千斤顶7，张拉千斤顶7的外壳体通过固定螺钉17安装在承压筒5上，张拉杆1的上部张拉端穿过张拉千斤顶7的内腔，并且张拉杆1的上端设置有安装张拉螺母2的外螺纹。张拉千斤顶7采用液压驱动，张拉千斤顶7的外端设置有能进行往复运动的活塞8，活塞8能够在液压缸的作用下进行往复运动，活塞8位于张拉螺母2与张拉千斤顶7的外端之间，活塞8通过挤压张拉螺母2来实现张拉动作。

承压筒5的下端同轴固定有垫板支撑件6，垫板支撑件6通过法兰盘或耳板与承压筒5进行连接固定，垫板支撑件6为两端开口的筒形结构。垫板支撑件6的内部为导向管空腔11，导向管空腔11内同轴安装有具有伸缩功能的自动锁紧装置，自动锁紧装置与锁紧螺母4对接后能够提供预定的扭力进行自动旋紧，实现对支撑垫板30的锁紧。自动锁紧装置可以采用多种结构形式，例如：自动锁紧装置包括轴承压筒9、空心轴10、导向管12、扭力套筒14、轴承支座20、推力轴承21、蜗杆23以及蜗轮24，轴承压筒9同轴安装在承压筒5的下端，轴承压筒9的内部安装有空心轴10，轴承压筒9上同轴固定设置有蜗轮24，蜗轮24的外侧通过轴承支座20和推力轴承21安装有蜗杆23，蜗杆23与蜗轮24相配合，导向管空腔11内固定设置有导向管12，导向管12内同轴安装有扭力套筒13，扭力套筒13经活动连接件与蜗轮24相连接，扭力套筒13的底端设置有与锁紧螺母4相对应的螺母连接孔。

另外，本发明所采用的自动锁紧装置还具有伸缩功能，以适应张拉杆1与锚具29之间不同的旋紧连接深度，具体是采用了活动连接件，活动连接件用于连接扭力套筒13与蜗轮24。活动连接件包括圆柱弹簧13、滑槽15以及导向滑块16，导向管12的外壁上沿轴向开设有一道或多道滑槽15，滑槽15内活动安装有导向滑块16，导向滑块16能够在滑槽15内沿着轴向进行上下滑动，导向滑块16固定在扭力套筒13的外壁上，导向管12的内部贴近导向管12的内壁上安装有圆柱弹簧13，圆柱弹簧13挤压设置在导向管12内腔与扭力套筒13的上端之间。扭力套筒13的底端与锁紧螺母4对接到位的过程中，扭力套筒13能够在圆柱弹簧13以及导向机构的作用下进行一定范围的弹性调节，这样就能够很好的适应张拉后的高度位置变化。

轴承支座20的外围设置有防护罩19，防护罩19用于将轴承支座20、推力轴承21以及蜗杆23都置于防护罩壳体中，起到防尘、防水等保护作用。防护罩19固定在承压筒5或垫板支撑件6的外表面上，蜗杆23通过推力轴承21安装在轴承支座20上，蜗杆23的外端设置有驱动装置连接端25，驱动装置连接端25与涡轮驱动电机22相连接，涡轮驱动电机22可以采用伺服电机。

本发明在张拉千斤顶7上安装有位移传感器26，通过位移传感器26对张拉的位移量进行精确测量，并将测量数据发送至数据采集器，在张拉过程中由监测系统自动校验伸长值。同时还在张拉千斤顶7与活塞8之间安装有测力传感器27，用于检测张拉过程的拉力或挤压力，还可以在自动锁紧装置上安装测力传感器27，用于检测锁紧过程的扭矩大小。

本发明张拉锁紧方法的步骤如下：首先预留或预埋安装锚箱，并安装一个或多个转向器29，再向转向器29内分段穿入中间首先支撑垫板30在混凝土梁体31内预埋好，同时将锚具29安装在支撑垫板30的中心孔内并进行固定，在锚具29外端的螺纹连接头上初步安装锁紧螺母4。随后通过手把28手持自动张拉锁紧设备并对准锚具29，垫板支撑件6的下端顶在支撑垫板30的外表面上，将自动张拉锁紧设备上张拉杆1下端的锚具连接头3与锚具29相连接，同时将扭力套筒13底端的螺母连接孔与锁紧螺母4进行对接到位。接着将驱动装置的转动连接端与张拉杆1的上端相连接，操作张拉杆驱动装置32带动张拉杆1进行转动，使得张拉杆1下端的锚具连接头3旋入锚具29外端的螺纹连接头。在张拉杆1的上部安装张拉螺母2并调整到合适位置，使得活塞8外端顶在张拉螺母2的内侧端面上。

然后再启动张拉千斤顶7，让活塞8向外伸出并挤压锁紧螺母4进而实现对张拉杆1的张拉，对锚具29的张拉数据进行监测和记录，张拉达到预定拉力后保压一定时间。在张拉保压过程中保证应力不变的同时启动自动锁紧装置，通过扭力套筒13带动锁紧螺母4在锚具29上的螺纹端转动，实现对支撑垫板30的旋紧，进而保证锚具回缩量小，完成张拉锁紧操作。

以上内容是结合具体实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认为本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，所做出的简单修改和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。