本发明专利技术公开了一种用于土木工程领域的压电智能锚具装置，包括固定端锚板、锚环、锚杯和锚杯端板，还包括一个压电驱动器，所述锚杯内设有孔道，该压电驱动器安装在孔道内，其后端顶在孔道的底部，其前端顶在锚杯端板的背面，压电驱动器通过导线与驱动电源相连。根据不同的功能要求，调节外加控制电压，使压电驱动器产生驱动力，从而实现对构件主动控制的目的。本发明专利技术的锚具装置具有智能驱动和主动控制预应力筋应力的优越性能。该智能锚具装置的特点是调整预应力筋在使用过程中的应力值，最终实现对结构构件的应力和变形的主动控制。本发明专利技术结构简单合理，可操作性强，且成本较低，实用性能好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木工程领域的一种锚具装置，具体涉及一种压电智能锚具装置，该装置在输入外界电压的情况下可对外做功，实现对预应力筋应力控制的目的。
技术介绍
当前铁路、公路、桥梁等建筑结构正向大跨、连续、轻型方向发展。预应力混凝土结构由于具有较高的经济、技术指标及广泛的适用性，因而在大跨度桥梁、水坝、工业厂房、地下工程、核反应堆壳体及其他特种构筑物中得到了广泛地应用。作为预应力工程中的核心元件——预应力锚具，由于要长期承受荷载，是预应力能否存在的关键，因而对其质量与性能提出了很高的要求。现阶段，普通锚具的技术水平已比较成熟，市场供应情况也较为良好。但是普通锚具只具有被动锚固的能力，目前，在桥梁和大跨度预应力结构中，一旦预应力筋张拉完成以后，通常锚具只能维持预应力筋的预应力值而无法对其进行主动调整。自从90年代以来，在压电智能装置及其构件的研究领域中，国内外已取得了一定的进展，并成功应用于航空航天和机械等工程领域，而结合锚具的试验研究及工程应用还没有。今后在各类对使用性能有较高要求的建筑物中，压电驱动装置及其结构都将发挥其重要的作用。长远来看，压电智能装置不仅适合航天领域的需要，其今后在土木工程领域都将占有重要的地位。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种智能驱动的锚具装置，以实现对预应力筋应力值的主动控制。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种压电智能锚具装置，包括固定端锚板、锚环、锚杯和锚杯端板，还包括一个压电驱动器，所述锚杯内设有孔道，该压电驱动器安装在孔道内，其后端顶在孔道的底部，其前端顶在锚杯端板的背面。其中压电驱动器通过导线与驱动电源相连接。根据不同的功能要求，调节外加控制电压，使压电驱动器产生驱动力，从而实现对构件主动控制的目的。本专利技术的锚具装置具有智能驱动和主动控制预应力筋应力的优越性能。该智能锚具装置的特点是调整预应力筋在使用过程中的应力值，最终实现对结构构件的应力和变形的主动控制。本专利技术结构简单合理，可操作性强，且成本较低，实用性能好。作为对上述技术方案的改进，所述锚杯端板的背面设有螺杆，压电驱动器的前端设有内螺纹与螺杆相连接。压电驱动器通过螺纹固定在锚杯端板上，便于压电驱动器的安装和定位。作为对上述技术方案的另一种改进，所述压电驱动器的外面还设有套筒，套筒固定在锚杯的孔道内。套筒可以起到保护压电驱动器的作用。优选地，所述锚杯端板的背面及外边缘设有凹槽，压电驱动器的导线从该凹槽中引出。利用预制的凹槽将导线从锚杯端板的外边缘引出，可以避免在锚固施工过程中损伤导线。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术压电智能锚具装置的剖视图。图2所示是本专利技术中用到的一种压电驱动器的示意图。图3是压电驱动器与锚杯端板、套筒的连接关系示意图。图4是应用本专利技术的锚具装置的一种系统框图。具体实施例方式如图所示，本专利技术的压电智能锚具装置，包括固定端锚板4、锚环3、锚杯2、锚杯端板9和压电驱动器5，锚杯2内设有孔道10，压电驱动器5安装在孔道10内，压电驱动器5的后端顶在孔道10的底部，压电驱动器5的前端顶在锚杯端板9的背面，压电驱动器5的导线与驱动电源相连接。本实施例中，压电驱动器5的外面还设有一个起保护作用的套筒6，套筒6由螺钉7固定在孔道10内，压电驱动器5的前端通过内螺纹与锚杯端板9背面的螺杆8相连接。锚杯端板9的背面及外边缘设有凹槽，压电驱动器5的导线从该凹槽中引出与驱动电源相连接。本实施例中，智能锚具是在各类普通预应力锚具的基础上进行改进，其组成材料均可在市场中购得，包括驱动电源(型号HPV-1C0300A0300)，压电叠合式驱动器(型号PST150/20/18 VS25)和目前常用的各类预应力锚具。本实施例中，驱动电源输入电压可对驱动器的输出位移和出力进行控制，控制方式手动调节、模拟输入、计算机SPP并口(可级联控制)。峰值电流300mA；输出电压通道1路(也可多通道)。每路输出电压范围0V～+300V。电压稳定性1‰/8hours。输出电压分辨率30PPm。电压测量分辨率1％。静态电压纹波30PPm(2μF负载)。正弦波频率响应2KHZ(负载＝2μF、Vpp＝10V)。级联控制数量≤255台。模拟输入范围0V～+10V。本实施例中的压电陶瓷驱动器由压电陶瓷片叠合而成，外部由不锈钢封装，形状为圆柱形，示意图见图2。陶瓷电容量11μF，承受电压变化范围-30V～+150V。主体为直径25mm的圆筒，高度36mm；端头为对外输出的接触面，高度为4mm左右，端头外圈直径10mm，内圈直径6mm，内螺纹深度为3mm。下面将对本专利技术的压电智能锚具装置的使用方法进行说明。准备过程将预应力筋1穿过锚杯2的蜂窝眼后，用牵引装置将预应力筋1的端头锁紧，随后将预应力筋1的端部直接锚固在左侧的锚杯端板9上。安装过程将锚杯端板9中间的螺杆8旋入压电驱动器5前端的螺纹孔内，固定之后，再通过后端的螺钉7将套筒与锚杯2连接，消除间隙并紧固。压电驱动器5的导线经过锚杯端板9上的预制凹槽引出与驱动电源相连。张拉及应力调整过程待千斤顶外伸拉杆旋入锚杯2之后即可进行预应力筋的张拉，张拉完成之后，进入智能化应力控制阶段。首先，电源通电，对压电驱动器5施加电压，使压电驱动器5对外做功；驱动器既可以对外输出力，也可以对外推动位移，实现对预应力筋1的应力调整。当驱动器带动预应力筋1伸长到设定值时，将锚环3沿锚杯2外的螺纹旋紧顶在构件表面，于是锚环3通过支撑垫板将预应力传到混凝土构件上。补张过程电源对压电驱动器5施加电压，使压电驱动器5对外做功，压电驱动器5对外输出力，实现对预应力筋1的补张。通过对预应力筋1的应变和伸长值的双控制，当智能锚具补张预应力筋1的应力值达到设定值求之后，即可将控制预应力施加到构件上。其工作原理为本专利技术通过改变电压大小可对处于使用阶段的预应力筋进行应力调整和控制。控制电源对智能锚具的压电驱动器5输入电压，在外加电场的作用下，驱动器对外做功，驱动锚杯端板9向外延伸，达到拉伸预应力筋的目的。通过调整外加电压的大小，可主动控制预应力筋的应力值和伸长值。权利要求1.一种压电智能锚具装置，包括固定端锚板(4)、锚环(3)、锚杯(2)和锚杯端板(9)，其特征在于还包括一个压电驱动器(5)，所述锚杯内设有孔道(10)，该压电驱动器(5)安装在孔道(10)内，其后端顶在孔道(10)的底部，其前端顶在锚杯端板(9)的背面。2.根据权利要求1所述的压电智能锚具装置，其特征在于所述压电驱动器(5)包括导线和驱动电源，压电驱动器(5)通过导线与驱动电源相连接。3.根据权利要求1所述的压电智能锚具装置，其特征在于所述锚杯端板(9)的背面设有螺杆(8)，压电驱动器(5)的前端设有内螺纹与螺杆(8)相连接。4.根据权利要求1所述的压电智能锚具装置，其特征在于所述压电驱动器(5)的外面还设有套筒(6)，套筒(6)固定在锚杯的孔道(10)内。5.根据权利要求1所述的压电智能锚具装置，其特征在于所述锚杯端板(9)的背面及外边缘设有凹槽，压电驱动器(5)的导线从该凹槽中引出。全文摘要本专利技术公开了一种用于土木工程领域的压电智能锚具装置，包括固定端锚板、锚环、锚杯和锚杯端板，还包括一个压电驱动器，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电智能锚具装置，包括固定端锚板（４）、锚环（３）、锚杯（２）和锚杯端板（９），其特征在于：还包括一个压电驱动器（５），所述锚杯内设有孔道（１０），该压电驱动器（５）安装在孔道（１０）内，其后端顶在孔道（１０）的底部，其前端顶在锚杯端板（９）的背面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，薛伟辰，杨枫，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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