一种用于基坑钢支撑结构的装配式预应力施加装置
技术领域
本发明涉及建筑工程基坑施工
技术领域
，尤其是一种用于基坑钢支撑结构的装配式预应力施加装置。背景技术
对于开挖范围广、深度大、地质条件复杂的基坑工程，所需的支撑体系庞大，工程造价高。此外，基坑开挖过程中坑底土体处于卸荷回弹状态，坑底土体内应力进行重分布，基坑周围土体应力和变形也会不断发生变化，传统的钢支撑结构系统难以满足基坑开挖过程中的变形要求，且存在预应力损失，由此产生了可维持预应力的装配式预应力钢支撑结构的强烈需求。然而现有技术中预应力施加结构存在多方面不足，如设备复杂、制造费用高昂、安装过程繁琐、结构可靠性差、维护保养困难等问题。一些预应力施加结构在施工前预加载后无法在基坑发生大变形时及时调整预应力，或者需液压油缸持续工作维持预应力等，设备与维持费用高，不适合大量使用。
因此，进一步设计一种结构可靠、构件简单、加载方便、经济安全、便于安装和维护的可用于基坑钢支撑结构施加预应力的装置，实现对深大基坑和复杂地质条件中开挖基坑围护结构变形的有效调控是非常必要的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种用于基坑钢支撑的装配式预应力施加结构装置，是一种采用机械结构，结构可靠且加载简单的装配式基坑钢支撑施加预应力结构，能够灵活提供预应力，控制基坑变形，不仅安装维护简单，提高施工效率，而且可重复使用，可结合轴力监测协同使用，能进一步降低使用成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于基坑钢支撑结构的装配式预应力施加装置，其特征在于：所述装配式预应力施加装置包括主连接主体、副连接主体、滑动齿板啮合锁止组件和千斤顶，可以对外部连接结构如钢支撑施加预应力，优化对围护结构的支撑作用。
所述的装置固定于外部钢支撑结构的支撑节点安装位置处，并采用高强度螺栓与外部连接件连接固定，包括主连接主体和副连接主体，在所述的副连接主体与主连接主体间还设有千斤顶，所述的千斤顶为加载装置，可选用液压千斤顶或其他加载装置，通过所述的千斤顶分别抵紧副连接主体与主连接主体来施加预应力，所述的主连接主体上设有中滑齿板，所述的副连接主体上设有端滑齿板，两齿板通过相互啮合来实现主连接主体和副连接主体间在施加预应力后相对位置的锁止工作。
所述的主连接主体上设有用于固定中滑齿板的若干止位圆柱和止位隔板。所述的止位圆柱采用高强度钢圆柱焊接于主连接主体上，所述的中滑齿板上设有与止位圆柱数量相匹配的第二腰型孔，所述第二腰型孔的长度与中滑齿板上滑齿的高度相同，并对应套装于所述的止位圆柱上，限制主连接主体上的中滑齿板横向滑动。所述的止位隔板为分列于所述中滑齿板两侧的两块隔板，隔板为实心钢体，具有足够厚度，焊接于主连接主体上，隔板可将中滑齿板限定于主连接主体的相应位置处，并用于传递与施加预应力方向一致的轴向荷载，且满足轴向荷载传递时不被破坏。
所述的副连接主体在中滑齿板的对应位置处设有端滑齿板，所述的端滑齿板带有回位螺柱，所述的回位螺柱为带螺纹的高强度实心钢圆柱，穿过副连接主体上设置的第一腰型孔后用回位螺帽锁定，在所述第一腰型孔旁侧设有螺栓孔，止位螺栓旋入螺栓孔抵紧端滑齿板使端滑齿板与中滑齿板相互啮合实现主连接主体和副连接主体间相对位置的锁止工作。当端滑齿板与中滑齿板完全分离时，止位圆柱刚好与中滑齿板腰型孔的近齿面一侧接触，当端滑齿板与中滑齿板啮合时，止位圆柱刚好与中滑齿板上的腰型孔另一侧接触。
所述主连接主体和副连接主体安装后的中轴线与钢支撑结构相邻两支撑节点连线方向在同一直线上，并对称布置有一对结构相同的端滑齿板与中滑齿板组成的相互啮合锁止的结构，两中滑齿板间设有若干不锈钢弹簧组成的弹簧组件，实现加载过程中滑齿板与端滑齿板的相互啮合，可提供回弹力使得中滑齿板横向往复活动。所述的止位螺栓在所述回位螺柱两侧也对称设置有一对，在副连接主体上第一腰型孔两侧对应设置有两个螺栓孔。
所述副连接主体为钢框结构，设有限定主连接主体位移的活动孔位，主连接主体穿入所述活动空位后与副连接主体形成沿施加预应力方向进行相对位移活动的一体式装置，所述的副连接主体在安装主连接主体的区域另一端留有千斤顶的安装区域，通过所述的千斤顶一端抵紧副连接主体连接面板的内侧壁，另一端抵紧主连接主体的端部中心位置设置的加载支座处来施加预应力，在千斤顶旁侧设有连接副连接主体与主连接主体的位移计，所述的位移计需具有足够行程。基坑支护过程中，预应力加载可同步配合基坑钢支撑结构的位移和轴力监测灵活加载，在加载完成后，千斤顶可以取出。
所述副连接主体的框架底部设有底板，所述的底板采用实心钢板，通过焊接或螺栓连接固定于副连接主体上，端滑齿板厚度与中滑齿板厚度相同时，端滑齿板下方需设置与底板接触的支撑板，以保证端滑齿板的平稳工作。副连接主体的表面在安装主连接主体的区域设有可拆卸盖板，通过固定螺栓将可拆卸盖板固定于副连接主体的框架上，在安装千斤顶的区域配置有带转轴的盖板。主连接主体上的中滑齿板的厚度小于或等于其与主连接主体的接触面到可拆卸盖板间的距离，以保证中滑齿板的活动空间。
所述主连接主体与副连接主体两端外侧面为连接面，其上分别设有若干用于连接外部结构的连接螺栓孔。所述装置采用实心钢制的主连接主体、副连接主体、中滑齿板和端滑齿板，与外部接触的各表面均设有防腐涂层或采用其他防腐措施，装置中各滑动接触面光滑，并涂有润滑油。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：可适用于大变形基坑的钢支撑围护结构，安装位置灵活，可根据实际工况布置在所需支撑节点位置，在钢支撑结构节点位置或支座位置处安装后，可加强施工过程中抵抗基坑变形的能力，同时该装置采用机械式结构，刚度较高，可结合基坑变形和钢支撑轴力监测灵活施加预应力，能有效控制基坑变形，提高基坑支护结构的安全稳定性，有效控制周围土体变形，减少开挖对邻近建（构）筑物等的环境变形影响。本发明构件形式简单，具备足够刚度和强度，且预应力加载实时可控，安装、拆卸和维护、检修都很方便，还可循环利用，具有良好的使用和推广价值。
附图说明
图1为本发明预应力施加装置的剖视结构示意图。
图2为本发明中主连接主体的俯视结构示意图。
图3为本发明中主连接主体的侧视示意图。
图4为本发明中副连接主体的剖视结构示意图。
图5为本发明中副连接主体的侧视示意图。
图6为本发明中副连接主体的俯视示意图。
图7为本发明中的中滑齿板结构示意图。
图8为本发明中的端滑齿板结构示意图。
图中：10、主连接主体； 11、第一连接螺栓孔； 12、止位圆柱； 13、止位隔板； 14、加载支座； 20、副连接主体； 21、螺栓孔； 22、第一腰型孔； 23、底板； 24、第二连接螺栓孔； 25、顶板； 26、转轴； 27、盖板； 28、固定螺栓； 29、可拆卸盖板； 30、中滑齿板； 31、第二腰型孔； 40、端滑齿板； 41、回位螺帽； 42、回位螺柱； 50、弹簧组件； 60、止位螺栓；70、位移计； 80、千斤顶。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实现方式。提供以下具体实施例的目的是便于对本方案技术内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。
本发明是一种用于基坑钢支撑的装配式预应力施加结构装置，通过齿板锁止，可灵活安装在钢支撑结构节点，通过调节支撑预应力大小来有效控制基坑变形。
根据附图1~附图8，本发明装置包括主连接主体10和副连接主体20，所述的主连接主体10上设有中滑齿板30，所述的副连接主体20上设有端滑齿板40，两齿板通过相互啮合配合来实现主连接主体10和副连接主体20间相对位置的锁止工作。
所述的主连接主体10上设有用于固定中滑齿板30的若干止位圆柱12和止位隔板13，所述的中滑齿板30上设有与止位圆柱12数量相匹配的第二腰型孔31，并对应套装于所述的止位圆柱12上，所述的止位隔板13为分列于所述中滑齿板30两侧的两块隔板，将中滑齿板30限定于主连接主体10的相应位置处。
所述的副连接主体20在中滑齿板30的对应位置处设有端滑齿板40，所述的端滑齿板40带有回位螺柱42，回位螺柱42穿过副连接主体20上设置的第一腰型孔22后用回位螺帽41锁定，为便于拆装，所述第一腰型孔22为光滑通孔，其孔径大于回位螺柱42的杆径，且小于回位螺帽41的外径，在所述第一腰型孔22旁侧设有螺栓孔21，止位螺栓60旋入螺栓孔21抵紧端滑齿板40可使端滑齿板40与中滑齿板30相互啮合锁止。
为保证平稳施加预应力，所述主连接主体10和副连接主体20安装后的中轴线与钢支撑结构相邻两支撑节点连线方向在同一直线上，且两侧对称布置有一对结构相同的端滑齿板40与中滑齿板30相互啮合锁止的结构，两啮合锁止的结构之间在中滑齿板30处设有若干不锈钢弹簧组成的弹簧组件50。所述的止位螺栓60在所述回位螺柱42两侧对称设置有一对，在副连接主体20上第一腰型孔22两侧对应设置有两螺栓孔21。
为方便装置的拆装和移动，所述副连接主体20为钢框式结构，设有限定主连接主体10位移的活动孔位，主连接主体10穿入所述活动空位后与副连接主体20形成可以沿施加预应力方向进行相对位移活动的一体式装置。所述的副连接主体20在安装主连接主体10的区域另一端留有千斤顶80的安装区域，通过所述的千斤顶80一端抵紧副连接主体20的内侧壁，另一端抵紧主连接主体10的端部中心位置设置的加载支座14处来施加预应力。在千斤顶80旁侧设有连接副连接主体20与主连接主体10的位移计70。
所述副连接主体20的框架底部设有底板23，表面安装主连接主体10的区域设有可拆卸盖板29，通过固定螺栓28将可拆卸盖板29固定于副连接主体20的框架上，在安装千斤顶8的区域设有配置有带转轴26的盖板27，方便打开盖板27拆装千斤顶80。为方便盖板27的打开使用，在盖板27外表面设置有把手。
所述主连接主体10与副连接主体20外侧连接外部结构面上分别设有若干第一连接螺栓孔11和第二连接螺栓孔24。
在施工过程中，本装置初始状态时，回位螺帽41拧紧，止位螺栓60旋松，啮合锁止结构的端滑齿板40和中滑齿板30处于分离状态。先采用螺栓通过主连接主体10的第一连接螺栓孔11和副连接主体20的第二连接螺栓孔24将本装置与基坑围护结构支撑节点处需要安装的部位进行连接固定。然后打开盖板27，将千斤顶80安装和位移计70到位。通过千斤顶80施加预应力，控制合理的加载速率，可通过位移计70控制到达预计行程或结合钢支撑的轴力监测结果，停止加载，再将两回位螺帽41松弛到顶端，同时将止位螺栓60拧紧，使端滑齿板40和中滑齿板30处于啮合状态，主连接主体10与副连接主体20相对位置锁止。最后将千斤顶80进行逐步卸载，减压卸载完毕后可将千斤顶80取出，关闭盖板27，本处支撑节点预应力施加工作完成，接着继续对围护结构上其他需施加预应力的节点进行相同步骤操作。
基坑支护完成，需拆除本装置时，可先打开盖板27，安装千斤顶80，通过千斤顶80施加合理应力，可通过位移70控制，顶住主连接主体10，然后将止位螺栓60拧松，再拧紧回位螺帽41，直至端滑齿板40和中滑齿板30分离。接着将千斤顶80缓慢卸载后取出，关闭盖板27。最后拆除主连接主体10上的第一连接螺栓孔11和副连接主体20上的第二连接螺栓孔24处的螺栓，本装置拆除工作完成。
需要进一步说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”、“设置”、“设有”、“安装”等术语应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
