随着建筑工业化的快速发展,预应力混凝土逐渐成为未来的发展方向,与此同时,其连接方式也成为管桩连接的难点和专利纠纷的热点。为了解决这一问题,国内外的工程师做了大量的探索,设计了多种技术路线。例如,在预制桩的技术中,连接结构主要有含端板的卡接加焊接,无端板的弹簧式或弹卡式连接等。采用无端板的方式,能够降低钢材的使用量,降低成本,但是在连桩时,如果地质较硬或者有硬质的阻碍物,会造成端部破损失效,从而需要拔除桩体,重新打桩;在具有端板的连接方式中,需要采用端板开盲槽或者开侧孔等方式预留连接件的空间,由于端板的厚度较薄,导致设计空间不足。为解决此类问题,我们设计出一种新型混凝土管桩连接器。
我们提供一种基于端板的板式连接结构,在装有卡簧螺母的下端板张拉孔处安装与其适配的插杆,在相邻桩体上装有插杆的上端板张拉孔处形成卡簧螺母的收容腔,与张拉孔连通的穿筋孔b安装有钢棒或钢筋a。在某些实施例中,端板的厚度至少是张拉孔局部的厚度,符合插杆和卡簧螺母的要求即可。在下端板的内侧,即靠近桩体的一侧(远离连接面的一侧)形成有桩内孔腔,用以提供卡簧螺母的安装空间,以及卡簧螺母和插杆的配合空间。在工作时,插杆穿过卡簧螺母并与之配合时,插接头能够有工作空间。上端板的厚度一般不小于插杆连接部的长度。在图2-4所示设计中,上端板和下端板的厚度相同,在其他实施例中,也可以采用不同厚度,只要能够分别满足插杆和卡簧螺母的工作需要即可。
本设计在设计之初的目的即为改变现有的混凝土连接器的连接方式问题,在以往混凝土桩连接器的使用中,本设计改变传统连接器连接方式,采用纯机械连接,同时对现代国内外预应力混凝土连接器进行分析,创新连接器的机械结构,采用板板连接及板套连接的方式进行改进,避免以往弹卡式或弹簧式连接的力学缺陷,极大地提高连接器结构的力学性能。继而对已设计的连接器进行理论计算,以求最大限度实现连接器的力学强度要求,通过有限元分析计算,在板板连接的基础上设计板套连接,以期达到最低的生产使用成本,为成果的实现推广增添经济效益。
创新点
(1)本设计改变传统混凝土管桩的连接方式,采用纯机械连接,同时对现代国内外预应力混凝土连接器进行分析,创新连接器的机械结构,采用板板连接及板套连接的方式进行改进,避免以往弹卡式或弹簧式连接的力学缺陷,极大地提高连接器结构的力学性能。继而对已设计的连接器进行理论计算,以求最大限度实现连接器的力学强度要求,通过有限元分析计算,在板板连接的基础上设计板套连接,以期达到最低的生产使用成本,为成果的实现推广增添经济效益。
(2)本作品通过设计插杆和卡簧螺母与端板的张拉孔相配合,使得插杆和卡簧螺母形成的连接组件能够直接与端板配合,形成桩体的整体连接结构。通过端板与端板连接的方式,将现有两种技术(即弹卡式和弹簧式)路线的设计优点结合起来,克服了没有端板造成的问题,也无需对端板进行破坏。避免了不同技术路线的缺陷,桩体生产施工时,无需焊接,降低污染与人工成本,提高接桩工作的生产效率和桩体的力学性能。
(3)采用卡簧螺母、锥形插杆,套筒为主要结构实现混凝土桩的连接。卡簧螺母材质为65Mn弹簧钢调质,弹性模量取1.95×105MPa,泊松比取0.25,抗拉强度取1665MPa,屈服强度取785 MPa。锥形插杆材质为40Cr调质,弹性模量取2.05×105MPa,泊松比取0.28,抗拉强度取980MPa,屈服强度取785MPa。
(4)从机械结构方面讲,锥头插杆和卡簧螺母有限元分析结果表明,该连接器结构的抗拉强度,可以满足图集中的竖向抗拉承载力设计值。