自锁紧预应力锚固结构及竖向预应力锚固体系及施工方法

摘要

一种自锁紧预应力锚固结构，包括分离结构的预埋件和挤压索体，预埋件包括后保护罩、多瓣式滑块、弹性体、锚垫板、螺旋筋和预埋管；挤压索体包括导向头、锚固套和预应力筋，预应力筋被锚固套锚固，其顶端有导向头；带有该结构的竖向预应力锚固体系包括带有自锁紧预应力锚固结构的下端锚固单元和上端锚固单元，使用状态下，下锚垫板通过螺栓与后保护罩组合成一体，并与螺旋筋、预埋管一起预埋入预制混凝土块中，挤压索体有导向头的一端从预埋管穿入，通过多瓣式滑块后，在弹性体作用下，多瓣式滑块聚拢卡住挤压索体的锚固套，使预应力筋不能往回缩从而构成带滑块式自锁紧预应力锚固结构的下端锚固单元。该自锁紧竖向预应力锚固体系结构简单，施工方便。

说明书

技术领域

本发明涉及一种预应力锚固结构及预应力锚固体系及其施工方法，特别是一种自锁紧预应力锚固结构及带该自锁紧预应力锚固结构的竖向预应力锚固体系及其施工方法。

背景技术

预制节段拼装施工法是近四十年内才发展起来的施工方法。预制节段拼装原理是借助预应力束施加于混凝土节段上的压力，使得节段间接触面紧密贴合，形成整体结构共同承担荷载，其优点有：1）分段预制，施工质量好；2）施工速度快，工期短；3）施工方便，对周围环境影响小。

目前的预制节段拼装施工中所施加的预应力通常是将预应力筋的一端锚固并预埋入混凝土中作为固定端，随着拼接预制混凝土块的增加，预应力筋必须随之用连接器联接加长；或者事先截取足够长的预应力筋随着预制混凝土块的不断增加，用设备牵引预应力筋保证其一端高出混凝土块以确保最后能完成对预应力筋的锚固和张拉。其施工工艺繁琐复杂，且预应力筋外露时间较长，无法更换，极容易导致预应力筋的生锈或损伤，造成预应力的施加质量得不到保证。。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于预制节段拼装施工的自锁紧预应力锚固结构以及以带有该结构的竖向预应力锚固体系及其施工方法，该竖向预应力锚固体系结构简单，受力合理，其制作安装过程施工简便；可极大地减少施工工期；本发明的另一目的是提供该带自锁紧结构的竖向预应力锚固体系的施工方法（即制作安装方法），以保证本发明带自锁紧预应力锚固结构的竖向预应力锚固体系的目的实现。

解决上述问题的技术方案是：一种自锁紧预应力锚固结构，包括分离结构的预埋件和挤压索体，所述预埋件包括后保护罩、多瓣式滑块、弹性体、下锚垫板、螺旋筋和预埋管；所述挤压索体包括导向头、锚固套和预应力筋，预应力筋被锚固套锚固，其顶端有导向头，使用状态下，下锚垫板通过螺栓与后保护罩组合成一体，并与螺旋筋、预埋管一起预埋入预制混凝土块中，挤压索体有导向头的一端从预埋管穿入，通过多瓣式滑块后，在弹性体作用下，多瓣式滑块聚拢卡住挤压索体的锚固套，使预应力筋不能往回缩从而构成滑块式自锁紧预应力锚固结构。

其进一步技术方案是：所述多瓣式滑块是由两瓣或是多瓣滑块组成，合在一起形成一个有中心孔的柱体，该中心孔的上部为锥形孔、下部为直孔；所述锥形孔是横截面为圆形的圆锥形孔或是由具有导向作用的斜面构成的横截面为三角形、四边形或p边形的三棱锥形孔、四棱锥形孔或是p棱锥形孔；所述多瓣滑块组成的柱体的横截面外形是圆形、四边形、六边形或n边形,构成多瓣式滑块的多瓣指的是m瓣，在多瓣式滑块的每块滑瓣上开有放置弹性体的凹槽；上述p 、m、n的取值范围是： p为3-12之间的任意整数；m为2-36之间的任意整数，n为2-36之间的任意整数。

其更进一步的技术方案是：所述的弹性体或是弹簧或弹性体块，在多瓣式滑块的每块滑瓣上开的放置弹性体的凹槽是在每块滑瓣的径向上开的盲孔，在每个盲孔内放置有一个弹簧或弹性体块；

所述的弹性体或是用弹性材料制作成的环形弹性箍，在多瓣式滑块的每块滑瓣上开的放置弹性体的凹槽是在每块滑瓣沿外缘方向上开的放置环形弹性箍的连续凹槽，各块滑瓣上的连续凹槽的位置以及凹槽尺寸一致。

所述挤压索体的导向头的外形是子弹头形或圆锥形或是横截面为三角形、四边形或p边形的三棱锥体形、四棱锥体形或是与多瓣式滑块5的中心孔的锥形孔相配合的p棱锥体形，P为3-12之间的任意整数。

本发明的又一相关技术方案是：一种竖向预应力锚固体系，包括锚固有预应力筋一端的下端锚固单元和上端锚固单元，所述上端锚固单元包括放置在上锚垫板上用于锚固预应力筋另一端的张拉端锚具，所述的下端锚固单元是本发明上述的自锁紧预应力锚固结构单元，包括分离结构的预埋件和挤压索体，所述预埋件包括后保护罩、多瓣式滑块、弹性体、下锚垫板、螺旋筋和预埋管；所述挤压索体包括导向头、锚固套和预应力筋，预应力筋被锚固套锚固，其顶端有导向头，使用状态下，下锚垫板通过螺栓与后保护罩组合成一体，并与螺旋筋、预埋管一起预埋入预制混凝土块中，挤压索体有导向头的一端从预埋管穿入，通过多瓣式滑块后，在弹性体作用下，多瓣式滑块聚拢卡住挤压索体的锚固套，使预应力筋不能往回缩从而构成带滑块式自锁紧预应力锚固结构的下端锚固单元。

其进一步技术方案是：所述的预埋管道或是预埋管或是由节段桥墩、节段立柱或节段水泥墩预制时预留成型孔道构成；所述预埋管道的横截面为圆形、长方形、六边形或八边形。

与相关技术方案相关的又一技术方案是：一种竖向预应力锚固体系的施工方法，该方法包括以下步骤：

A．预埋件安装：

①首先将预埋件各部件组装，弹性体与多瓣式滑块定位于后保护罩内；通过螺栓将下锚垫板与后保护罩组合成一体，并与螺旋筋、预埋管一起预埋入预制混凝土块中，该混凝土块将作为整个结构的锚固块；下锚垫板留有灌浆口可引出灌浆管以便张拉完成后灌浆密封；

②安装或制作预埋管道：

若所述的预埋管道是预埋管构成，则采用分段焊接、混凝土分层浇筑的施工工艺；随着墩身的不断浇筑增高，预埋管也要随之加焊接长；最后预埋上锚垫板，完成墩身浇筑；

若所述的预埋管道采用由节段桥墩、节段立柱或节段水泥墩预制时预留成型孔道构成，则在预制节段桥墩、节段立柱或节段水泥墩时预留成型孔道即可；

③上锚垫板的预埋，如采用混凝土分层浇筑施工，则上锚垫板接预埋管最上端预埋入混凝土中；如采用节段预制拼装法施工，则上锚垫板可预先埋入一节段混凝土块中，将其作为节段拼装最顶层的混凝土块；

B．竖向预应力系统安装与张拉：

①制作安装挤压索体：在工厂根据实际工程需要将预应力筋下足长度并预制成挤压索体，施工时，将挤压索体有导向头的一端从预制节段拼装混凝土预埋的上锚垫板穿入，通过预埋管道，达到含有预埋件的多瓣式滑块时，挤压索体的导向头与预埋件的多瓣式滑块的锥面接触，在导向头的横向推力的作用下，构成多瓣式滑块的各个滑块向径向方向散开，多瓣式滑块的中心孔扩大，当挤压索体的锚固套顺利通过多瓣式滑块后，由于弹性体的作用,多瓣式滑块聚拢卡住锚固套，使预应力筋不能往回缩从而形成下端锚固单元；

②将预应力筋上端穿入张拉端锚具，并利用张拉设备及夹具进行锚固张拉，张拉完毕后形成上端锚固单元；

③：装上密封罩，即可进行灌浆密封，单根预应力筋布置完成；

单根预应力筋构成的竖向预应力锚固体系亦形成。

本发明之自锁紧预应力锚固结构及竖向预应力锚固体系及施工方法，具有以下有益效果：

1.施工工艺简便，质量易保证：

现有的整体现浇桥墩竖向预应力锚固体系施工方法为：将预应力筋一端以及固定端锚具先固定好埋入承台里，另一端必须通过设备牵引以保证其竖直；随着墩身浇筑的增高，牵引设备也相应移动抬高；其施工繁琐复杂，且预应力筋外露时间较长，无法更换，极容易导致预应力筋的生锈或损伤，造成预应力的施加质量得不到保证；

而本发明带有自锁紧预应力锚固结构的竖向预应力锚固体系，包括锚固有预应力筋一端的下端锚固单元和上端锚固单元Ⅲ，所述的下端锚固单元是自锁紧预应力锚固结构单元，包括分离结构的预埋件Ⅰ和挤压索体Ⅱ，带有本发明自锁紧结构的竖向预应力锚固体系施工时只须将预埋件Ⅰ埋入预定位置即可，待桥墩整体浇筑完毕后再进行带有预应力筋的挤压索体Ⅱ导入及定位，方便进行张拉施工，施工期间预应力筋不用长时间暴露在外，避免了预应力筋的锈蚀及损伤，特别是预埋件Ⅰ中带有由多瓣式滑块5和弹性体7组成的自锁紧结构，在使用时，挤压索体Ⅰ有导向头1的一端从预埋管10穿入，通过多瓣式滑块5后，在弹性体7作用下，多瓣式滑块5聚拢卡住挤压索体Ⅱ的锚固套，使预应力筋3不能往回缩从而构成滑块式自锁紧预应力锚固结构；预应力筋另一端在上端锚固单元Ⅲ锚固，可根据实际工程需要进行锚固张拉，完成预应力的施加；锚固质量可靠，进一步保证了施工质量；并改变了目前整体现浇桥墩运用竖向预应力锚固体系必须面对繁琐的施工工艺的现状。

2、有利于推动桥墩标准化建造的发展：

预制节段拼装桥墩是在工厂预制桥墩节段，在现场拼装成整体，该桥墩施工形式减小了对环境的依赖和影响，且预制构件在工厂控制条件下生产，可以满足各种形状尺寸，并确保尺寸精确、质量优良；

本发明带有自锁紧预应力锚固结构的竖向预应力锚固体系方便采用预制节段拼装桥墩，具有施工简单、有良好的自复位能力和预应力筋受力均匀的优点；且通过合理设计预应力筋含量和张拉控制应力，可保证桥墩在正常使用时接缝不张开，与整体现浇桥墩使用性能基本一致；从而推动我国桥墩标准化建造的发展。

3、运用范围广：本发明带有自锁紧预应力锚固结构的竖向预应力锚固体系不仅仅适用于桥梁桥墩的竖向预应力体系的建立，还可在大型建筑、桥梁、大坝、大型混凝土壳体等需要运用竖向预应力（例如：立柱或水泥墩）的工程上多处布置，从而形成竖向的预应力体系。

下面结合附图和实施例对本发明之自锁紧预应力锚固结构及竖向预应力锚固体系及施工方法的技术特征作进一步说明。

附图说明

图1：本发明自锁紧预应力锚固结构的整体结构示意图；

图2：自锁紧预应力锚固结构的挤压索体结构示意图；

图3：自锁紧预应力锚固结构的预埋件结构示意图；

图4-1～图4-2：构成预埋件的后保护罩结构示意图：

图4-1：图4-2的A向视图，

图4-2：主视剖视图；

图5-1～图5-2：构成预埋件的三瓣式滑块结构示意图之一（弹性体为弹簧或其他弹性体块）；

图5-1：图5-2的B-B剖视图，

图5-2：5-1的俯视图；

图5-3～图5-4：构成预埋件的三瓣式滑块结构示意图之二（配套的弹性体为弹性箍）：

图5-3：图5-4的C-C剖视图，

图5-4：5-3的俯视图；

图6：本发明带滑块式自锁紧结构的竖向预应力锚固体系的整体结构示意图：

图7-1～图7-2：预埋管道结构示意图：

图7-1：图6的D-D剖视图之一（预埋管道为预埋管）， 

图7-2：图6的D-D剖视图之二（预埋管道为预留成型孔道）。

图中：

Ⅰ-预埋件，Ⅱ-挤压索体，Ⅲ-上端锚固单元；

1-导向头，2-锚固套，3-预应力筋，4-后保护罩，5-多瓣式滑块，501-多瓣式滑块的中心孔，502-多瓣式滑块的滑瓣上开的安装弹簧或弹性体的孔，503-多瓣式滑块的滑瓣上开的连续凹槽；6-螺栓，7-弹性体，701-弹簧，702-环形弹性箍， 8-下锚垫板，9-螺旋筋，10-预埋管，11-预制混凝土块，12-上锚垫板，13-张拉端锚板，14-工作夹片，15-密封塞，16-上密封罩，17-灌浆管及灌浆口。

具体实施方式

实施例一：

一种自锁紧预应力锚固结构，如图1所示，该自锁紧预应力锚固结构包括分离结构的Ⅰ和挤压索体，所述预埋件Ⅰ包括后保护罩4、多瓣式滑块5、螺栓6、弹性体7、下锚垫板8、螺旋筋9和预埋管10；所述挤压索体Ⅱ包括导向头1、锚固套2和预应力筋3，预应力筋3被锚固套2锚固，其顶端有导向头1，使用状态下，下锚垫板8通过螺栓与后保护罩4组合成一体，并与螺旋筋9、预埋管10一起预埋入预制混凝土块11中，挤压索体Ⅰ有导向头1的一端从预埋管10穿入，通过多瓣式滑块5后，在弹性体7作用下，多瓣式滑块5聚拢卡住挤压索体Ⅱ的锚固套2，使预应力筋3不能往回缩从而构成滑块式自锁紧预应力锚固结构。

所述后保护罩4是上部带有内台阶的筒体，其上部与下锚垫板8接合，其作用是为挤压索体的锚头包含：导向头1、锚固套2以及作为自锁紧机构的多瓣式滑块5和弹性体7提供一个密闭的空间，本实施例中，所述后保护罩4是带有圆盘的圆筒体（参见图4-1～图4-2）；作为本发明实施例的一种变换，所述后保护罩4的形状还可以是任意的形状，只要其上部能与下锚垫板8接合即可, 后保护罩4一般采用塑料或金属薄板制作。

所述多瓣式滑块5是由完全相同的多瓣滑块组成，合在一起形成一个有中心孔501的柱体，该中心孔501的上部为锥形孔、下部为直孔；本实施例中，所述锥形孔是横截面为圆形的圆锥形孔（参见图5-1～图5-4）；作为本发明实施例的一种变换，所述锥形孔也可以是具有导向作用的斜面构成的横截面为三角形、四边形或p边形的三棱锥形孔、四棱锥形孔或是p棱锥形孔；其作用在于导向头1与其接触时，能使带锚固套2的预应力筋3顺利通过，上述p的取值范围是：p为3-12之间的任意整数。

本实施例中，所述多瓣式滑块5是由三瓣滑块组成，作为本发明实施例的一种变换，所述构成多瓣式滑块5的滑块瓣数还可以增减，由2瓣、4瓣、5瓣或由m瓣组成，m的取值范围是：m为2-36之间的任意整数；

本实施例中，所述多瓣滑块组成的柱体的横截面外形是圆形；作为本发明实施例的一种变换，所述多瓣滑块组成的柱体的横截面外形还可以是四边形、六边形或n边形, n的取值范围是： n为2-36之间的任意整数。

所述挤压索体Ⅰ的导向头1的外形是子弹头形或圆锥形，亦可以是横截面为三角形、四边形或p边形的三棱锥体形、四棱锥体形或是与多瓣式滑块5的中心孔的锥形孔相配合的p棱锥体形，P为3-12之间的任意整数。 

本实施例中，所述弹性体7是弹簧701（参见图1），作为本发明实施例的一种变换，所述的弹性体也可以是其他的具有弹性能够使多瓣式滑块5伸缩（即张开或聚拢）的弹性体块，在多瓣式滑块的每块滑瓣的径向上开有放置弹簧的或弹性体块的盲孔502，在每个盲孔502内放置有一个弹簧或弹性体块。

作为本发明实施例的又一变换，所述能够使多瓣式滑块5伸缩（即张开或聚拢）的弹性体还可以是用弹性材料制作成的环形弹性箍702（参见图5-3～图5-4），在多瓣式滑块的每块滑瓣沿外缘方向上开有放置环形弹性箍702的连续凹槽503，各块滑瓣上的连续凹槽503的位置以及凹槽尺寸一致。

实施例二：

一种带有自锁紧预应力锚固结构的竖向预应力锚固体系，包括锚固有预应力筋一端的下端锚固单元和上端锚固单元Ⅲ，所述上端锚固单元Ⅲ包括放置在上锚垫板12上用于锚固预应力筋另一端的张拉端锚板13和工作夹片14，所述的下端锚固单元是本发明实施例一所述的自锁紧预应力锚固结构单元，包括分离结构的预埋件Ⅰ和挤压索体Ⅱ，所述预埋件Ⅰ包括后保护罩4、多瓣式滑块5、螺栓6、弹性体7、下锚垫板8、螺旋筋9和预埋管10；所述挤压索体Ⅱ包括导向头1、锚固套2和预应力筋3，预应力筋3被锚固套2锚固，其顶端有导向头1，使用状态下，下锚垫板8通过螺栓与后保护罩4组合成一体，并与螺旋筋9、预埋管10一起预埋入预制混凝土块11中，挤压索体Ⅱ有导向头1的一端从预埋管10穿入，通过多瓣式滑块5后，在弹性体7作用下，多瓣式滑块5聚拢卡住挤压索体Ⅱ的锚固套2，使预应力筋3不能往回缩从而构成带滑块式自锁紧预应力锚固结构的下端锚固单元（参见图6）；

所述的预埋管道10或是预埋管101或是由节段桥墩、节段立柱或节段水泥墩预制时预留成型孔道102构成；所述预埋管道的横截面为圆形、长方形、六边形或八边形（参见图7-1～图7-2）。

作为本发明实施例的一种变换，所述上端锚固单元Ⅲ还可以是采用其他锚固方式锚固预应力筋的另一端，例如：上端预应力筋亦可采用套上锚固套后，进行挤压锚固，然后外车螺纹形成张拉锚固端，配合螺母进行张拉锚固。

实施例三：

一种实施例二所述带有自锁紧预应力锚固结构的竖向预应力锚固体系的施工方法，包括以下步骤：

A．预埋件Ⅰ安装：

①首先将预埋件Ⅰ各部件组装，弹性体7与多瓣式滑块5定位于后保护罩4内；通过螺栓6将下锚垫板8与后保护罩4组合成一体，并与螺旋筋9、预埋管10一起预埋入预制混凝土块11中，该混凝土块将作为整个结构的锚固块；下锚垫板8留有灌浆口17可引出灌浆管以便张拉完成后灌浆密封； 

②安装或制作预埋管道：

若所述的预埋管道是预埋管101构成，则采用分段焊接、混凝土分层浇筑的施工工艺；随着墩身的不断浇筑增高，预埋管101也要随之加焊接长；最后预埋上锚垫板，完成墩身浇筑；

若所述的预埋管道采用由节段桥墩、节段立柱或节段水泥墩预制时预留成型孔道102构成，则在预制节段桥墩、节段立柱或节段水泥墩时预留成型孔道102即可；

③上锚垫板的预埋，如采用混凝土分层浇筑施工，则上锚垫板12接预埋管最上端预埋入混凝土中；如采用节段预制拼装法施工，则上锚垫板12可预先埋入一节段混凝土块中，将其作为节段拼装最顶层的混凝土块；

B．竖向预应力系统安装与张拉：

①制作安装挤压索体Ⅱ：在工厂根据实际工程需要将预应力筋3下足长度并预制成挤压索体Ⅱ，施工时，将挤压索体Ⅱ有导向头1的一端从预制节段拼装混凝土预埋的上锚垫板穿入，通过预埋管道，达到含有预埋件Ⅰ的多瓣式滑块5时，挤压索体Ⅱ的导向头1与预埋件Ⅰ的多瓣式滑块5的锥面接触，在导向头1的横向推力的作用下，构成多瓣式滑块5的各个滑块向径向方向散开，多瓣式滑块5的中心孔扩大，当挤压索体Ⅱ的锚固套2顺利通过多瓣式滑块5后，由于弹性体7的作用使得多瓣式滑块5聚拢卡住锚固套2，使预应力筋3不能往回缩从而形成下端锚固单元；

②将预应力筋上端穿入张拉端锚板13并用工作夹片14夹持；桥墩混凝土强度满足要求后即可进行张拉，张拉完毕后形成上端锚固单元Ⅲ；

③：装上密封罩16，即可进行灌浆，灌浆后用密封塞密封，单根预应力筋布置完成；

单根预应力筋构成的竖向预应力锚固体系亦形成。

作为本发明实施例的一种变换，若所述上端锚固单元Ⅲ采用其他锚固方式锚固预应力筋的另一端，则本实施例第②步骤则作相应改变，例如：上端预应力筋亦可采用套上锚固套后，进行挤压锚固，然后外车螺纹形成张拉锚固端，配合螺母进行锚固张拉，张拉完毕后形成上端锚固单元Ⅲ。