一种固定端头、预紧力施加方法及环片模型技术

本发明专利技术涉及一种用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头、预紧力施加方法及环片模型，所述固定端头包括螺母(101)、螺杆(102)和框架(103)，所述框架(103)两端各设有一开孔，其中一开孔用于穿过所述螺杆(102)，另一开孔用于穿过所述纵向钢丝，所述螺杆(102)设置于框架(103)内，所述螺母(101)设置于框架(103)外，并固定所述螺杆(102)，所述螺杆(102)一端部设有用于穿过纵向钢丝的通孔。与现有技术相比，本发明专利技术结构简单，制作方法简易，便于批量制作，适合各种需要提供钢丝预紧力地场合，预紧力施加准确直观，操作方便，可随时对预紧力进行调整，不需要额外测量仪器。

【技术实现步骤摘要】
一种固定端头、预紧力施加方法及环片模型
本专利技术属于土木工程领域，尤其是涉及一种用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头、预紧力施加方法及环片模型。
技术介绍
在工程和科研领域，经常需要对钢丝在各种装置上进行固定并准确地施加一定的预紧力。一种可以操作方便并准确地对纵向钢丝施加预紧力的固定端头装置就显得尤为重要，同时还要造价低廉，制作简便，满足大批量需求，同时要尽可能适合多种应用场景。在进行盾构隧道模型实验的背景下，通过纵向钢丝模拟原纵向螺栓的连接效果，力图还原盾构隧道结构的主要特征。为了研究盾构隧道纵向螺栓预紧力对其地震作用下环缝张开量的影响，在隧道模型实验中需设置多组纵向钢丝的纵向预紧力调整工况，因此需要一种对钢丝固定并施加预紧力的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头、预紧力施加方法及环片模型。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头，包括螺母、螺杆和框架，所述框架两端各设有一开孔，其中一开孔用于穿过所述螺杆，另一开孔用于穿过所述纵向钢丝，所述螺杆设置于框架内，所述螺母设置于框架外，并固定所述螺杆，所述螺杆一端部设有用于穿过纵向钢丝的通孔。进一步地，所述框架为方形框架。进一步地，所述框架为铝制框架。进一步地，所述螺母上设置有环状把手。进一步地，所述螺母内嵌设有尼龙圈。进一步地，所述螺杆的外侧壁上喷涂有耐磨涂层。本专利技术还提供一种基于所述的固定端头的纵向钢丝预紧力施加方法，包括以下步骤：螺杆穿过框架的一端开孔，与开孔另一侧的螺母连接；纵向钢丝穿过框架的另一端开孔，并与所述螺杆的通孔固定连接；按设定预紧力调整螺母旋转圈数。进一步地，所述螺母旋转圈数与设定预紧力的关系式如下：ε＝σ·EsΔl＝l·ε其中，F为设定预紧力，A为钢丝截面积，σ为所需预紧力下钢丝应力，Es为钢丝弹性模量，ε为钢丝应变，L为钢丝长度，Δl为钢丝所需伸长量，P为螺距，n为螺母旋拧圈数。本专利技术还提供一种盾构隧道环片模型，包括环片模型本体和设置于环片模型本体内的纵向钢丝，所述纵向钢丝上连接有所述的固定端头。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)本专利技术固定端头可以方便地实现纵向钢丝预应力的施加，能不需要额外的测量工具就方便、精确、直观地对钢丝施加预紧力，且制作简便，成本低，能够大批量制作，并且应用场合广泛，可以应用在各种需要提供钢丝预紧力的场合。2)本专利技术固定端头结构简单，受力清晰，加工制作方便。3)本专利技术的各部件可由市场成品构成，造价低，便于批量制作，满足大量重复性试验的需求。4)本专利技术可以通过螺母旋转圈数来实现不同预紧力的需求，简单方便。5)本专利技术装置不仅适用于隧道模型试验，还可广泛应用于各种需要准确提供钢丝预紧力的场合，比如对混凝土结构中预应力筋施加预应力，以及各种实验与教学等场合中。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为图1所示设计实例的固定端头铝制框架正视图(单位：mm)；图3为图1所示设计实例的固定端头铝制框架侧视图(单位：mm)；图4为图1所示设计实例的固定端头铝制框架顶视图；图5为本专利技术螺母的结构示意图；图6为本专利技术螺杆的结构示意图；图7为本专利技术带有固定端头的盾构隧道环片模型示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1-图4所示，本专利技术提供一种用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头，包括螺母101、螺杆102和框架103，框架103两端各设有一开孔，其中一开孔用于穿过螺杆102，另一开孔用于穿过纵向钢丝，螺杆102设置于框架103内，螺母101设置于框架103外，并固定螺杆102，螺杆102一端部设有用于穿过纵向钢丝的通孔，如图6所示。在某些实施例中，框架103为方形框架，方便螺母、螺杆的安装。在某些实施例中，框架103为铝制框架。在某些实施例中，如图5所示，螺母101上设置有环状把手，方便进行螺母的旋紧。在某些实施例中，螺母101内嵌设有尼龙圈，一方面提高了螺母的锁紧性能，另一方面尼龙圈还具有优良的抗冲击性和耐振性。在某些实施例中，螺杆102的外侧壁上喷涂有耐磨涂层，可以起到保护作用。基于上述固定端头的纵向钢丝预紧力施加方法，包括以下步骤：(1)螺杆102穿过框架103的一端开孔，与开孔另一侧的螺母101连接；(2)纵向钢丝穿过框架103的另一端开孔，并与螺杆102的通孔固定连接；(3)按设定预紧力调整螺母旋转圈数。根据钢丝截面积与弹性模量计算得到预计施加应力所需要的张拉变形量，并进一步通过螺距可以计算出所需旋拧螺母的圈数，对钢丝实现精确施加预紧力。施加预紧力的计算，根据钢丝弹性模量和截面积，计算出施加相应预紧力所需的钢丝伸长量，并进一步通过螺杆螺距计算出所需旋拧螺母的圈数，实现对钢丝精确施加预紧应力。螺母旋转圈数与设定预紧力的关系式如下：ε＝σ·EsΔl＝l·ε其中，F为设定预紧力，A为钢丝截面积，σ为所需预紧力下钢丝应力，Es为钢丝弹性模量，ε为钢丝应变，L为钢丝长度，Δl为钢丝所需伸长量，P为螺距，n为螺母旋拧圈数。纵向钢丝固定端头铝制框架横向截面积远大于钢丝截面积，由于铝制框架纵向压缩变形带来的预紧力损失可以忽略不计。如图7所示，本专利技术还提供一种盾构隧道环片模型，包括环片模型本体300和设置于环片模型本体300内的纵向钢丝200，所述纵向钢丝上连接有所述的固定端头100。实施例利用车床加工制作如附图所示铝制框架，并在两端开直径7mm圆孔。制作直径7mm螺杆和螺母，螺纹螺距P＝1.0mm。将钢丝穿过固定铝制框架一侧开孔后，固定于螺杆下方圆环处。将螺杆穿过开孔，在另一侧与螺母轻微旋拧至纵向刚好钢丝拉直，固定端头另一侧紧贴于盾构隧道环片表面。钢丝采用高强度碳素钢丝，长度L＝5m，直径d＝0.7mm，弹性模量Es＝150GPa，对应截面积为A＝π·(0.7/2)2＝0.385mm2，预紧力35N，施加预紧力的钢丝应变为σ＝F/A＝90.9MPa，应变ε＝σ/Es＝6.06×10-4，则钢丝所需伸长量为Δl＝ε·L＝3.0mm，螺母旋转圈数n＝Δl/P＝3。将螺母准确旋紧三圈，则达到对钢丝精确施加预紧力的要求。以上详细描述了本专利技术的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本专利技术的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本
中技术人员依本专利技术的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头，其特征在于，包括螺母(101)、螺杆(102)和框架(103)，所述框架(103)两端各设有一开孔，其中一开孔用于穿过所述螺杆(102)，另一开孔用于穿过所述纵向钢丝，所述螺杆(102)设置于框架(103)内，所述螺母(101)设置于框架(103)外，并固定所述螺杆(102)，所述螺杆(102)一端部设有用于穿过纵向钢丝的通孔。

【技术特征摘要】
1.一种用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头，其特征在于，包括螺母(101)、螺杆(102)和框架(103)，所述框架(103)两端各设有一开孔，其中一开孔用于穿过所述螺杆(102)，另一开孔用于穿过所述纵向钢丝，所述螺杆(102)设置于框架(103)内，所述螺母(101)设置于框架(103)外，并固定所述螺杆(102)，所述螺杆(102)一端部设有用于穿过纵向钢丝的通孔。2.根据权利要求1所述的用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头，其特征在于，所述框架(103)为方形框架。3.根据权利要求1所述的用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头，其特征在于，所述框架(103)为铝制框架。4.根据权利要求1所述的用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头，其特征在于，所述螺母(101)上设置有环状把手。5.根据权利要求1所述的用于纵向钢丝施加预紧力的固定端头，其特征在于，所述螺母(101)内嵌设有尼龙圈。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹海涛，王远鹏，马祥中，段科萍，张敬华，
申请(专利权)人：同济大学，溧阳市城市防洪管理处，
类型：发明
国别省市：上海,31