高强度预应力锚固螺栓及组合装置.pdf

一种高强度预应力锚固螺栓及组合装置，以高强度锚固螺栓1替代普通地脚螺栓，因而提高固接强度。锚固螺栓1采用“先预拉，后注浆”工艺，因而可保证各构件不变形，不位移，使各构件固结成为一个密不可分的整体，超高建筑物的钢结构与混凝土基础结构固接状态大为改善，从而提高超高建筑物(抗震、抗风)的稳定与安全性，延长使用寿命。

1.  一种用于超高建筑与基础结构机械固结的高强度预应力锚固螺栓及组合装置，由锚(固螺)栓(1)，球面螺母(3)，锥孔垫钣(4)，密封套管(6)，注浆接口(8)，锚固螺母(11)，锁紧螺母(9)，锚固钣(10)，注浆管(12)以及保护罩(2)和缓冲网架(7)等组成，其特征是：
A.设置上下两端有螺纹的锚固螺栓(1)，其下端装有联为一体的缩紧螺母(9)、锚固钣(10)、锚固螺母(11)，其上端装有球面螺母(3)，与它相配的锥孔垫钣(4)；
B.锚固螺栓中段(1a)套装于密封套管(6)和注浆接口(8)中。密封套管(6)与锚固螺栓(1)留有注浆空间(6a)，空间上部与球面螺母(3)上的辐射状槽口(d)相通，其下部顺次与注浆接口(8)内流道、L形注浆管(12)联通；
C.密封套管(6)上下端口、注浆接口(8)各端口均为密封联接；
D.注浆接口(8)周围布置缓冲网架(7)；
E.锚固螺栓(1)上端装有保护架(2)。

2.  按权利要求1所述的锚固螺栓及组合装置，其特征是：密封套管(6)采用金属波纹管、内嵌螺旋钢丝骨架的PVC软管或塑料管。

3.  按权利要求1所述的锚固螺栓及组合装置，其特征是：缓冲网架(7)采用钢制螺旋弹簧式、塑料骨架网笼式或金属栅格式。

4.  按权利要求1所述的锚固螺栓及组合装置，其特征是：保护罩(2)内螺纹与锚固螺栓(1)相配，底口有“O”形密封圈(e)。

高强度预应力锚固螺栓及组合装置
本发明涉及大型建筑物与混凝土基础的联接，尤其是超高建筑物的钢结构与混凝土基础的机械固接。
“安全第一”是任何建筑物的首要要求。因此，“百年大计，质量第一”已是尽人皆知。由于建筑物的整体质量十分巨大，因而承重的基础结构工程特别重要，一旦完工，即永久不变，坚不可摧。
此外，超高建筑物丛立云间，迎风面积相当大。强风、冲击波、涡流、气旋等引起的建筑物摇晃、振摆，也是重要的安全因素之一。再者，地震、地下爆破及其他因素引起的振动，对高层建筑物的结构安全更需优先考虑，重点防范。
综上所述，各种安全、稳定因素，对超高建筑物提出一个共同要求：如何将建筑物与基础结构联成一体，而且要牢不可破，永久有效，以确保建筑物的整体稳定性、可靠性，力求万无一失，一劳永逸。
通常的工程实践中，多用“地脚螺栓”简单固接，即将多个钢制地脚螺栓与基础结构中的钢筋加固件机械固接，四周直接浇注混凝土，试图构成钢铁-混凝土整体基础结构。以此法固接建筑物，简单方便，易于施工，成本也低，因而应用广泛，行之有效。但是，认真思考并经实践证明，此种固接方法并不可靠，颇多隐患，在特别重要的超高建筑物中，尤其令人担心。主要表现在于：
1.普通地脚螺栓性能不佳，抗拉强度有限，在重载之下会产生塑性变形，伸长量几毫米甚至十几毫米。理论计算和实际测试表明，用强度不高的地脚螺栓，或用普通浇注混凝土的方法，无法将大型、超高建筑物与基础结构牢固和稳定地联接在一起，因而给工程安全带来隐患。事实上，二战中许多高层建筑物的毁损，并非完全由于轰炸的直接命中，偏离炸弹产生的冲击波，其破坏力更为巨大。
2.由于地脚螺栓预先没有施加设计要求的预应力，地震、风载荷将对超高建筑物产生力学影响，其结果是地脚螺栓产生塑性变形，或者是地脚螺栓、钢筋与混凝土之间将产生相对位移，造成各构件彼此分离，很多情况是两者兼而有之。这种位移、分离虽然微小，难以察觉，但在工程设计中是不允许的，因为位移、分离将破坏基础结构的整体性，从而构成安全隐患。
3.地脚螺栓简单埋入混凝土中，容易引起螺栓锈蚀，这种锈蚀不但降低了螺栓的强度，甚至造成螺栓直接断裂，而且还会使螺栓的体积膨胀，从而造成混凝土基础产生裂缝。这种工程隐患大量存在。
针对上述现象，本发明提出一种高强度预应力锚固螺栓及组合装置，以求改善大型、超高建筑物与基础结构的固接条件与状态，提高固接强度，使其在重载、意外受力的条件下，仍能保证建筑物的整体稳定和安全。
本发明是这样实现的：
A.设置上下两端有螺纹的锚固螺栓(1)，其下端装有联为一体的缩紧螺母(9)、锚固钣(10)、锚固螺母(11)，其上端装有球面螺母(3)，与它相配的锥孔垫钣(4)；
B.锚固螺栓中段(1a)套装于密封套管(6)和注浆接口(8)中。密封套管(6)与锚固螺栓(1)留有注浆空间(6a)，空间上部与球面螺母(3)上的辐射状槽口(d)相通，其下部顺次与注浆接口(8)内流道、L形注浆管(12)联通；
C.密封套管(6)上下端口、注浆接口(8)各端口均为密封联接；
D.注浆接口(8)周围布置缓冲网架(7)；
E.锚固螺栓(1)上端装有保护架(2)。
积极效果：
1.选用高强度锚固螺栓(以下简称“锚栓”)替代普通地脚螺栓，充分保证其机械性能，使其在设计载荷值以下不产生塑性变形(伸长)。
2.为顺利实施“先预拉，后注浆”的工艺，锚栓中段需置于密封套管之中，保证在浇注基础混凝土时，使锚栓不与混凝土接触。
3.混凝土基础保养期结束后安装钢结构件时，先按设计负载对锚栓施加轴向预拉力(锚栓产生设计允许的伸长量)，然后，由L形注浆管(12)向锚栓与密封套管之间灌注膨胀浆，使其与基础混凝土结成一块整体。只要被固定的结构件的受力不大于设计值，锚栓、膨胀浆和混凝土基础三者间就不会产生相对位移，从而保证整个结构的稳定和安全。
采取上述技术措施后，建筑物与锚栓的固接强度大大提高，由于地脚螺栓原因而引起的多种弊病得以消除。这对投资相当巨大的工程具有重要意义。“百年大计，质量第一”的宗旨获得技术上的又一保证。
以下结合附图对本发明作进一步说明。
附图为高强度预应力锚固螺栓及组合装置的结构示意图。
)及其它机械性能指标达到设计要求。
锚栓(1)初装时，下端埋入混凝土基础中。混凝土干涸后，用涨拉器对锚栓(1)施加轴向拉力。当预拉力达到设计预定值后(这时锚栓产生设计允许的伸长量)，拧紧上端球面螺母(3)，保持(锁定)各构件相对位置不变。只要锚栓(1)在使用中承受的拉力不超过预拉力，它就不会再次变形伸长，从而消除了锚栓(1)与基础结构之间的相对位移，使锚栓(1)与基础结构结成为一个完整的整体(无缝隙)。这一点对保证整个建筑物的稳定与安全具有重要意义。
锚栓(1)下端与锁紧螺母(9)、锚固钣(10)、锚固螺母(11)串联为一体并锁紧，预埋于基础结构深处。锚栓(1)上端与球面螺母(3)、锥孔垫钣(4)串联为一体，紧压在建筑物结构件(5)上。球面和锥孔的配合可调节偏心载荷。球面螺母(3)的球面上开有辐射状槽口(d)，用以在灌注膨胀浆时排气、溢流，观察灌注程度。锚栓(1)中段穿套于密封套管(6)及灌浆接口(8)的上口(a)和下口(b)之中，并留有注浆空间(6a)。
密封套管(6)为空心直柱体，上下端口平整。其材质和结构形式有多种，如金属波纹管、内嵌螺旋钢丝骨架的PVC软管或塑料管(均可市场采购)。为保证锚栓(1)与基础混凝土彻底分离，密封套管(6)上端与锥孔垫板(4)下插口密封接触。而且密封套管(6)的上端必须充分高出混凝土基础平面(安装结构件时再截至需要长度)，并加以密封保护，防止浇注混凝土时有异物掉入密封套管(6)内。密封套管(6)的下端插入灌浆接口(8)的上口(a)并密封。
注浆接口(8)的上下口(a)、(b)直通，旁支口(c)向下倾斜与L形注浆管(12)联通并密封。注浆接口(8)的下口(b)(锥面)，与锁紧螺母(9)的锥口密封接触，保证水、气不漏。
由此构成一个密封套管(6)内的密封空间(6a)，与管外的基础混凝土互不接触。为了确保密封，提高联结质量，由注浆管(12)注入特制膨胀浆，自下而上充满密封套管(6)内的所有空间，直至排除密封套管(6)内的所有残气，膨胀浆从球面螺母(3)的辐射状槽口(d)中溢出为止。
为了防止外来冲击，保证注浆接口(8)的(a)、(b)、(c)口密封效果，可在注浆接口(8)的周围布置刚性缓冲网架(7)，其材质与结构形式有多种，如钢制螺旋弹簧式、塑料骨架网笼式、金属栅格式等，均有市售。
为了保护锚栓(1)的上端不受外力冲击和雨水浸蚀，并提高美观度，在锚栓(1)的上端加装封闭式六角头保护罩(2)，其内螺纹与锚栓(1)相配，底口有“0”型密封圈(e)作平面密封，防止渗水入内。