[发明专利]高钒圆钢丝束索索夹以及其加工工艺和设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑结构中张拉式索杆梁预应力空间结构中的拉索连接节点。更具体的，涉及一种改善高钒圆钢丝束索受力性能及提高抗滑移摩擦力的索夹以及其加工工艺和设计方法。

背景技术

在大跨度索杆梁预应力空间结构中，索系之间会产生较大的不平衡内力，这些不平衡内力需通过索夹来抵抗，而索夹抗滑能力不足容易产生索夹滑动并刻伤索体外层保护材料，索夹滑移后又将改变索系的位形，从而改变索系之间的受力状态及内力，对结构安全产生不利影响，所以索夹节点的设计是整个预应力结构体系的关键。

高钒索索体材料采用了95%锌-5%铝-混和稀土合金镀层高强度钢丝，经过捻制而成，是一种外层没有保护套的裸索，也是一种新型的预应力拉索材料。近年来，国内首次将大直径高钒圆钢丝束索应用到体育场馆的建设中，但对配套索夹的抗滑移性能缺乏专门研究，应用中存在几个技术难点需要克服。首先，在索夹夹紧索体时，索体外层圆形钢丝与索槽内壁之间的接触为线面接触关系，这对索夹的抗滑移性能极为不利，且在夹紧力作用下，钢丝表面会产生应力集中而压碎钢丝表面防腐镀层；另外，索体外层无保护套，在夹紧力作用下，索体圆形横截面容易产生变形，从而改变索体内各层钢丝受力关系，影响索体受力性能。

在目前较为成熟应用的索夹节点设计构造中，增加索夹抗滑移性能的方法有索槽内置锌板或锌铝合金板、喷砂处理增大接触面摩擦系数和增大索槽与索体接触面积等方法。结合高钒圆钢丝束索索体的特点，应用以上所提方法都会存在着一定缺点，需进行一定的改进。内置锌板的方法使索夹构造上存在两道接触面（锌片与索道、锌片与索体），提高了滑移风险，对于在室外条件下应用，其构造防腐性能也较差；索槽内喷砂无法解决圆形钢丝与索槽线面接触的问题；而增加索体接触面积，需要加长索夹长度，这样预紧所需高强螺栓数量也会增多，影响施工效率加大施工难度，且影响索夹节点的美观。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种高钒圆钢丝束索索夹，以填补国内高钒索索夹节点研究空白，达到改善高钒索索体受力性能、保护钢丝表面防腐镀层和增大索夹与索体之间抗滑移力的效果。同时本发明中还提出了索夹体的加工工艺和其设计方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

高钒圆钢丝束索索夹，包括索夹体、连接耳板、防腐锌层、抗滑金属层和高强螺栓；两个形状对称的索夹体夹紧索体，通过高强螺栓固定连成一体；在索夹体与索体的接触部位填充有抗滑金属层；索夹体表面通过热浸镀锌防腐处理形成一层防腐锌层；在索夹体下部带有可与拉杆或压杆相连接的连接耳板。

所述的索夹体包括弯曲段和平直段，弯曲段上开设有用于安装高钒圆钢丝束索的索槽，索槽圆弧半径大小与索体外径相同。

所述的平直段上开设高强螺栓孔，高强螺栓穿过螺栓孔实现连接。

所述的两个形状对称的索夹体平直段之间设有用于适应索夹在高强螺栓预拉力作用下弯曲变形的间隙。

所述的索夹体和连接耳板焊接固定。

所述的抗滑金属层采用相对索夹体材质软的金属材料。

所述的抗滑金属层厚度为0.5-1.0mm。

高钒圆钢丝束索索夹加工工艺如下：

第一步，索夹体形状通过机加工形成，粗糙度要求应达到Ra12.5；

第二步，在索夹体上采取配钻工艺钻取螺栓孔；

第三步，索夹体下部采用焊接方式将连接耳板连接，形成索夹；

第四步，索夹整体进行热浸镀锌防腐处理，镀锌前金属表面进行喷砂处理，喷砂后表面粗糙度应达到Sa2.5，并符合《涂装前钢材表面锈蚀和除锈等级》规定要求。

所述第四步之后，索夹体与索体的接触部位填充一层抗滑金属层，抗滑金属层的原料采用质地比索夹体材质软的金属。

高钒圆钢丝束索索夹的索夹设计方法：

第一步，首先确定索夹外形尺寸参数，

①索夹宽度l：根据索夹预拉力的要求，确定所配高强螺栓个数，再根据规范构造要求，即可确定索夹宽度l=2h+nm，其中n为高强螺栓个数减1，m为相邻两个螺栓孔的距离，h为两端边上的螺栓孔至索夹左右端边的距离；

②索槽半径r：索槽内径与索体外径取值相同；

③偏心距e：本索夹设计思路为高强螺栓孔心应尽可能靠近索体中心，有限元参数化化对比计算结果及试验验证，确定e取0.8 d_O，d_O为螺栓有效直径；