一种适用于锚下单根预应力钢筋的终端控制结构
技术领域
本发明属于预应力桥梁施工领域，具体涉及一种适用于锚下单根钢筋预应力检测的终端控制结构。
背景技术
预应力混凝土构件是大、中跨径桥梁所采用的最主要结构型式之一，其中，锚下有效预应力值是影响工程质量的关键参数，与预应力混凝土结构裂缝的形成、开展及挠度的大小、构件的承载力有着密切的因果关系。
在现有研究方法中，采用反拉法是针对锚下有效预应力检测的一种较为先进的方法。反拉方法的根本原理很大程度上是基于拉拔检测的方法，是拉拔检测方法的延伸，即采用锚下预应力检测仪，通过千斤顶向锚下预应力方向相反方向施加拉力，单根单向张拉或整孔单向张拉。反张法具有原理可靠、操作方便的优势，在云南、福建、贵州、四川、浙江等省市的工程中得到了部分应用，但对锚下预应力钢筋进行单根单向张拉的实施过程中，存在如下技术问题：
在检测过程中，由于一些客观原因，预应力钢筋会发生锈蚀、有效截面不够、缠绞、断丝、滑丝等不良现象，导致预应力钢筋与锚具发生不同程度上的连接松动问题，在检测过程中如果在锚具的边界终端上不对这种松动现象做出有效地约束补偿，该现象极容易导致锚具与混凝土构件接触部位产生应力集中，与千斤顶发生相对位移的现象，导致测量结果误差过大，并在混凝土构件的表面产生细微裂纹，这种细微裂纹在自然环境和行车荷载的长期作用下，会发展成为长且宽的不可逆裂缝病害。
而现有技术中，锚具的边界终端上主要通过限位板和支撑架与检测设备(千斤顶)直接连接，限位板的主要技术效果是对张拉中的千斤顶进行位移限定，并不能对发生上述不良现象的预应力钢筋和锚具之间做出有效的约束补偿，且在实际操作中，由于限位板的尺寸设计因素，施工人员并不能对锚具的边界终端与限位板的接触情况直接判断；此外，采用支撑架的目的是在对千斤顶进行位移限定的基础上，使拉拔过程中为千斤顶施加反向力提供力学支撑点，同限位板一样，支撑架对锚具边界终端的约束补偿十分有限，现有技术方案中，支撑架内部与锚具边界终端存在有一定的自由区域，在千斤顶的拉力作用下，为锚具夹片沿预应力钢筋方向的加剧破坏提供了相当大的发展空间，如果锚具夹片发生破坏，则在检测完毕后，预应力钢筋的边界控制终端也基本失效，非常不利于混凝土构件的强度发展，带来工程安全隐患。
因此，针对上述反拉法中单根单向张拉方法的技术缺陷，研发一种锚下单根预应力钢筋的终端控制结构，对发生锈蚀、有效截面不够、缠绞、断丝、滑丝的预应力钢筋的终端强度进行有效控制，从而解决锚下预应力钢筋在张拉过程中发生松动与千斤顶发生相对位移，导致边界控制终端失效的问题有着重要意义。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种适用于锚下单根预应力钢筋的终端控制结构，这种结构能对发生锚具松动的预应力钢筋边界终端实现约束补强，对发生锈蚀、有效截面不够、缠绞、断丝、滑丝的预应力钢筋终端强度的有效控制，从而解决锚下预应力钢筋在张拉过程中发生松动与千斤顶发生相对位移，导致边界控制终端失效的问题，提高单根单向张拉方法中有效预应力值的测量精度。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种适用于锚下单根预应力钢筋的终端控制结构，包括传力垫板、“[”型支撑架以及锥形套筒，其中，所述传力垫板为刚性矩形垫板结构，其两侧通过螺纹紧固件固定于混凝土构件表面，所述传力垫板中间设置有供待检测钢筋通过的传力垫板通孔，并在传力垫板通孔两侧对称设置有扇形盲槽，并在盲槽中固定有扇形盲槽相匹配且独立成型的扇形传力钢板；而所述“[”型支撑架的两个支脚分别通过螺纹连接件固定于两个扇形传力钢板上，并在“[”型支撑架的横梁中间对应传力垫板通孔的延长线上设置有支撑架钢筋穿孔；而所述锥形套筒锥底贴合工作锚具，锥顶顶靠在“[”型支撑架的内侧表面，并在锥形套筒的轴心位置设置有与支撑架钢筋穿孔和传力垫板通孔处于同一直线上的套筒钢筋穿孔。
作为进一步限定，所述传力垫板的长度不小于工作锚具最长边长的1.5倍，而厚度不小于扇形传力钢板厚度的3倍，可以为千斤顶提供足够的底面支撑面积，扩大应力分散的分布范围，在有效避免工作锚具附近发生应力集中现象，还可以实现降低千斤顶与“[”型支撑架之间发生相对滑移的概率。
作为进一步限定，所述锥形套筒的锥底设置有预留凹槽，所述预留凹槽为截面为圆形的盲槽，且预留凹槽的高度与工作锚夹具暴露在工作锚具工作锚夹具表面的高度相同；预留凹槽的内部侧面沿径向刻有环形螺纹，其螺纹内径与并且工作锚夹具的外径相同。
作为进一步限定，所述支撑架钢筋穿孔的内径比待检测钢筋外径大1～2mm，并在支撑架钢筋穿孔中设置有内螺纹；而所述套筒钢筋穿孔的内径比待检测钢筋外径大1～2mm，并在套筒钢筋穿孔中设置有内螺纹；且套筒钢筋穿孔与支撑架钢筋穿孔中的内螺纹在方向和尺寸上均保持一致。
有益效果：本发明的适用于锚下单根预应力钢筋的终端控制结构能对发生锚具松动的预应力钢筋边界终端实现约束补强，对发生锈蚀、有效截面不够、缠绞、断丝、滑丝的预应力钢筋终端强度的有效控制，从而解决锚下预应力钢筋在张拉过程中发生松动与千斤顶发生相对位移，导致边界控制终端失效的问题，提高单根单向张拉方法中有效预应力值的测量精度；
其在整体结构上通过约束传力垫板与混凝土构件的接触面、锥形套筒与工作锚夹具的接触面、“[”型支撑架与传力垫板的接触面这三个接触面，对锚具的终端控制强度进行三重补偿，极大程度上降低了张拉过程中千斤顶的锚固夹具与待检测钢筋发生瞬时相对位移的可能性，因此有效降低了张拉过程中“松动-滑移-松动”的恶性循环现象；同时，终端控制强度的有效补偿，对处于“[”型支撑架与工作锚具之间的待检测钢筋进行了全段的位移约束，当待检测钢筋发生锈蚀、有效截面不够、缠绞、断丝、滑丝等状况时，套筒钢筋穿孔的内径和支撑架钢筋穿孔的内径均大于待检测钢筋直径，能够实现在保证待检测钢筋正常通过的效果上，与套筒钢筋穿孔和支撑架钢筋穿孔的内壁留有一定缝隙，该设计可以防止待检测钢筋受到的摩擦力过大，避免检测过程中因摩擦力影响测试结果的准确性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的传力垫板示意图。
图3是本发明的“[”型支撑架示意图。
图4是本发明的锥形套筒的剖面示意图。
图5是本发明的锥形套筒的结构图俯视图。
其中：1、工作锚具；2、待检测钢筋；3、工作锚夹具；4、传力垫板；5、传力垫板固定螺栓；6、“[”型支撑架固定螺栓；7、“[”型支撑架；8、锥形套筒；9、混凝土构件；10、传力垫板螺栓孔；11、传力垫板通孔；12、扇形传力钢板；13、“[”型支撑架螺栓孔；14、支撑架钢筋穿孔；15、套筒钢筋穿孔；16、预留凹槽。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1～图5的一种适用于锚下单根预应力钢筋的终端控制结构的较佳实施例，在本实施例中，终端控制结构包括传力垫板4、传力垫板固定螺栓5、“[”型支撑架固定螺栓6、“[”型支撑架7、锥形套筒8；所述传力垫板4与“[”型支撑架7通过“[”型支撑架固定螺栓6连接，工作锚夹具3外部与锥形套筒8紧密嵌套，锥形套筒8右侧与“[”型支撑架7紧密接触，锥形套筒8左侧与工作锚具1紧密接触。
参照图1和图2，所述的传力垫板4为刚性矩形垫板上，垫板长度不小于工作锚具1最长边长的1.5倍，垫板厚度应不小于扇形传力钢板12厚度的3倍，其目的是在检测过程中，千斤顶作用于“[”型支撑架7的拉力能够通过传力垫板4均匀分布在混凝土构件9的表层，避免在工作锚具1附近发生应力集中现象，发展为裂缝；在传力垫板4内部设置有传力垫板螺栓孔10、传力垫板通孔11，传力垫板4内部设置有扇形传力钢板12，扇形传力钢板12通过传力垫板固定螺栓5固定；并且，在检测中，传力垫板4与混凝土构件9紧密接触。
参照图1和图3，“[”型支撑架7内部设置有“[”型支撑架螺栓孔和支撑架钢筋穿孔14，“[”型支撑架螺栓孔内部刻有螺纹，螺纹尺寸与“[”型支撑架固定螺栓6的螺纹相匹配；支撑架钢筋穿孔14的内部带有螺纹，支撑架钢筋穿孔14的内径大于待检测钢筋2的1-2mm。
参照图1和图4，锥形套筒8内部设置有套筒钢筋穿孔15和预留凹槽16，所述的预留凹槽16的上下底面为圆形，高度与工作锚夹具3暴露在工作锚具1工作锚夹具3的距离相同，预留凹槽16的内部侧面沿径向刻有环形螺纹，其螺纹内径与并且工作锚夹具3的外径相同，确保在检测中，所述的工作锚夹具3能够紧密套嵌在预留凹槽16内；套筒钢筋穿孔15的内部带有螺纹，套筒钢筋穿孔15的内径大于待检测钢筋2的1-2mm，套筒钢筋穿孔15的内部螺纹与支撑架钢筋穿孔14的内部螺纹，在方向和尺寸上均保持一致。
本发明适用于采用反向张拉法检测预应力混凝土结构有效预应力的方法中，实施时包括以下步骤：
步骤S1：在对锚下预应力钢筋进行单根单向张拉中，对发现的产生锈蚀、有效截面不够、缠绞、断丝、滑丝等不良现象的待检测钢筋2进行标记。
步骤S2：安装锥形套筒8。参照图1和图4，从待检测钢筋2的自由端，使待检测钢筋2穿入套筒钢筋穿孔15中，将锥形套筒8沿着待检测钢筋2缓缓旋转拧入，使工作锚夹具3套嵌在锥形套筒8的预留凹槽16内。
步骤S3：初步放置传力垫板4。将传力垫板4通过传力垫板通孔11沿待检测钢筋2的自由端穿入，并将其搭置在工作锚具1上，为了避免传力垫板4因倾斜、滑倒妨碍后续操作，该步骤中传力垫板4可不必与混凝土构件9紧密接触。
步骤S4：初步安装“[”型支撑架7。首先从待检测钢筋2的自由端，将待检测钢筋2穿入支撑架钢筋穿孔14，将“[”型支撑架7沿着待检测钢筋2缓缓旋转拧入，使锥形套筒8上的套筒钢筋穿孔15与“[”型支撑架7上的支撑架钢筋穿孔14保持中心对正，缓慢推入；此时，传力垫板4由于受到“[”型支撑架7的推力在竖直方向上基本与混凝土构件9的外侧边缘平行，采用肉眼估测判断当传力垫板4与混凝土构件9间的缝隙缩小至1-2mm时，完成“[”型支撑架7的初步安装。
步骤S5：固定“[”型支撑架7和传力垫板4。参照图1，将传力垫板4沿待检测钢筋2进行轴向转动，使传力垫板螺栓孔10与“[”型支撑架螺栓孔13对准，缓慢拧入“[”型支撑架固定螺栓6，拧入过程中，当锥形套筒8与工作锚夹具3的接触面完全、紧密的接触，且套筒钢筋穿孔15与支撑架钢筋穿孔14保持中心对正后，才能完全拧紧“[”型支撑架固定螺栓6，当不满足上述要求时，需要对锥形套筒8、工作锚夹具3、“[”型支撑架7的位置进行实时调整。
步骤S6：按照规范要求中反向张拉法中的操作步骤，固定好检测使用的千斤顶后，对传力垫板4与混凝土构件9的接触面，锥形套筒8与工作锚夹具3的接触面，“[”型支撑架7与传力垫板4的接触面，三个接触面进行检查，确保紧密接触后即可开始试验。
本发明通过在工作锚夹具3外侧设置锥形套筒8，利用锥形套筒8在空间上补充了工作锚夹具3和“[”型支撑架7之间的自由区域，当所述的终端控制结构安装完成后，在千斤顶拉力作用下，沿待检测钢筋2自由端方向封堵了工作锚夹具3发生加剧破坏的发展空间；通过预留凹槽16，工作锚夹具3可以紧密套嵌在锥形套筒8内，锥形套筒8与工作锚夹具3的接触面紧密贴合，限定了发生松动的工作锚具1和3工作锚夹的横向位移。
本发明在混凝土构件9外侧，通过使用“[”型支撑架固定螺栓6将传力垫板4和“[”型支撑架7固定成为框架结构，并在传力垫板4内设置扇形传力钢板12，能使千斤顶的大部分反向压力按照“[”型支撑架7、扇形传力钢板12、传力垫板4的顺序传递，并在扇形传力钢板12处发生明显的应力分散和衰减现象，因此使传递到混凝土构件9的表层应力分布更加均匀，有效避免了工作锚具1附近发生应力集中现象。
本发明通过在传力垫板4内部设置有传力垫板螺栓孔10，并安装有传力垫板固定螺栓5，一方面是增加传力垫板4的整体结构稳定性，另一方面，当千斤顶的反向压力传递至扇形传力钢板12时，传力垫板固定螺栓5可以有助于将扇形传力钢板12上的应力在传力垫板4内部靠近“[”型支撑架7的一侧分散，即能够使扇形传力钢板12的应力沿着相反的两个方向传递，通过结构设计达到力在传递过程中的应力分散和衰减的目的。
本发明提供的传力垫板4的尺寸设计，长度不小于工作锚具1最长边长的1.5倍，垫板厚度应不小于扇形传力钢板12厚度的3倍，目的是保证传力垫板4在检测过程中，可以为千斤顶提供足够的底面支撑面积，扩大应力分散的分布范围，在有效避免工作锚具1附近发生应力集中现象的技术效果上，还可以实现降低千斤顶与“[”型支撑架之间发生相对滑移的概率。
本发明通过在传力垫板4内部设置有传力垫板通孔11，能够实现给予待检测钢筋2更大的有效接触面积，限制待检测钢筋2在张拉时发生的相对位移，减小测量误差。
本发明在整体结构上，通过约束：传力垫板4与混凝土构件9的接触面，锥形套筒8与工作锚夹具3的接触面，“[”型支撑架7与传力垫板4的接触面，这三个接触面，对锚具的终端控制强度进行三重补偿，极大程度上降低了张拉过程中千斤顶的锚固夹具与待检测钢筋2发生瞬时相对位移的可能性，因此有效降低了张拉过程中“松动-滑移-松动”的恶性循环现象；同时，终端控制强度的有效补偿，对处于“[”型支撑架与工作锚具1之间的待检测钢筋2进行了全段的位移约束，当待检测钢筋2发生锈蚀、有效截面不够、缠绞、断丝、滑丝等状况时，套筒钢筋穿孔15的内径和支撑架钢筋穿孔14的内径均大于待检测钢筋2直径的1-2mm，能够实现在保证待检测钢筋2正常通过的效果上，与套筒钢筋穿孔15和支撑架钢筋穿孔14的内壁留有一定缝隙，该设计可以防止待检测钢筋2受到的摩擦力过大，避免检测过程中因摩擦力影响测试结果的准确性
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。
