CN103628476B - 一种变截面强度预制构件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变截面强度预制构件及其制备方法，预制构件包括原构件、设置在原构件强度加强区外侧的加强体，加强体包括沿原构件周向设置的钢管及沿原构件横截面对称设置的两组加强部件、连接所述两组加强部件的连接筋。本发明采用局部加强，不受端头锚板规格限制，使用灵活，拓宽预应力预制构件在基坑支护中的应用，降低了工程造价。
Description
技术领域
本发明属于土木建筑工程领域，涉及用于基坑支护工程和地下室工程的变截面强度预制构件。
背景技术
目前采用预应力预制构件的基坑支护结构中，常用的构件有：预应力预制管桩、预应力方形桩、预应力预制空心方桩、预应力预制外矩形内椭圆桩。这些桩的共同优点是施加了预应力，构件刚度非常好，支护结构的变形非常小，又因为是预制构件，工厂化生产，效率高，质量可靠。但是由于目前这种构件的预应力纵筋均是通长配筋，等截面强度，而在实际支护工程中，土压力的分布是沿基坑深度变化的，一般规律是沿构件长度上部和下部受力都比较小，在构件中间的局部受力达到最大，如采用内支撑或锚杆时，在支撑点或锚固点处，支护桩的弯矩和剪力都较其他断面大的多，支护桩沿纵向受力非常的不均匀，这样就带来了目前这种通常配筋，等截面强度的不合理性，就是说对于通常配筋的等截面强度构件，只有在构件中间的局部区段强度得到充分利用，而在大部分区段，强度是没有得到充分利用的。这样如按最大受力配筋，则造成浪费，不够经济。
目前在地下室建设工程中，抗拔桩一般采用钻孔灌注桩和抗拔锚杆，立柱桩一般采用钻孔灌注桩，而钻孔灌注桩施工工序多、施工速度慢、造价高；抗拔锚杆的抗拔力小，且在许多土质中不能使用。由于预应力预制桩（管桩及空心方桩）不能够很好的与地下室底板连接，且桩与桩之间的连接达不到抗拔要求，从而在多地被明令禁止使用。
发明内容
技术问题：本发明提供一种可以随着弯矩和剪力的变化而变化的变截面强度预制构件，还提供了上述构件的制备方法。本发明预制构件可以拓宽上述预应力预制构件的应用领域和连接方法，而且还可以降低工程造价。
技术方案：本发明的变截面强度预制构件，包括原构件、设置在原构件强度加强区外侧的加强体。
本发明的一种优选方案中，加强体为沿原构件周向设置的钢管。
本发明的另一种优选方案中，加强体包括沿原构件横截面对称设置的两组加强部件、连接所述两组加强部件的连接筋。
本发明的上述第二种优选方案中，每组加强部件为沿原构件纵向设置的至少一个弧形加强板，两相邻弧形加强板之间由沿原构件周向设置的连接筋连接。
上述优选方案中，弧形加强板为弧形钢板，连接筋为钢筋，弧形钢板与原构件之间用锚筋固定连接，锚筋为铆钉或钢筋。
上述优选方案中，弧形加强板为碳纤维布或玄武岩纤维布制成，连接筋为碳纤维条或玄武岩纤维条。
本发明的第二种优选方案中，每组加强部件为沿原构件纵向设置的至少一个条钢、角钢或加强钢筋，两相邻条钢、角钢或加强钢筋之间由沿原构件周向设置的连接筋连接，连接筋为钢筋或扁钢。
本发明中，原构件为由纵筋、环绕纵筋设置的箍筋和浇注填充的混凝土构成的预应力桩，预应力桩为管桩、空心方桩或外矩形内椭圆形桩。
本发明还提供一种变截面强度预制构件制备方法，包括以下步骤：
1）将纵筋和箍筋按设计排列固定，形成钢筋笼；
2）制作加强体：按设计要求分别加工加强部件和连接筋，并将两者焊接在一起形成加强体；
3）将加强体套在步骤1）形成的钢筋笼外围的强度加强区内，加焊锚筋，并将加强体与钢筋笼固定在一起；
4）将步骤3）形成的组合体放入模具，对模具内进行混凝土的布料，合上模具上盖；
5）对钢筋笼进行预应力张拉和固定，以便固定钢筋笼并形成预应力；
6）进行离心法生产以及养护，从而形成变截面强度预制构件。
本发明的另一种变截面强度预制构件制备方法，包括以下步骤：
1）制作原构件：将纵筋和箍筋按设计排列固定，形成钢筋笼，放入模具，对模具内进行混凝土的布料，养护后形成原构件；
2）用结构胶，将两组加强部件分别沿纵向粘贴在原构件上的强度加强区外侧；
3）用结构胶，将连接筋沿原构件环向粘贴在强度加强区外侧，从而将两组加强部件连接为一体。
有益效果：与传统的支护构件相比，本发明有以下优点：
1）灵活性大，使用范围扩大：传统的预制预应力支护构件的截面强度沿着整个构件长度是一样的，由于受到端头板锚板的限制，其规格、品种往往不是很多，在设计选型中带来很多困难，本发明采用局部加强，缺多少，补多少，不受端头锚板规格限制，非常灵活，使得使用范围大大扩大。
2)节约造价，降低投资：由于支护构件的受力是变化的，最大处与较小处相差数倍，在设计时往往按照最大的内力配筋，这就使得支护设计偏于保守且不合理，因此，采用本发明后，可以节约造价。
3)增加了使用功能：本发明构件可以用作抗拔桩、立柱桩、以及支护桩，本发明的加强体不仅可以在局部加强构件的截面强度，而且还可以解决构件与构件之间的连接问题、可以很好的解决本发明构件与地下室底板、与地下室楼板、地下室顶板等构件之间的连接问题，因此本发明构件扩大了预制桩的应用领域，同时当采用本发明中的弧形加强板和钢管作为加强体时，由于其可以与地下室结构外围的梁板配筋进行焊接连接，从而可使支护构件兼做地下结构外围的抗拔桩和工程桩，省去了地下室外围的抗拔桩及工程桩，进一步降低工程造价。
附图说明
图1为需要对原构件截面强度进行增强的区间的示意图。
图2为采用圆弧形钢板对环形构件截面强度进行增强的截面示意图。
图3为采用条钢对环形构件截面强度进行增强的截面示意图。
图4为采用钢筋对环形构件截面强度进行增强的截面示意图。
图5为采用钢筋对环形构件截面强度进行增强的截面示意图。
图6为采用碳纤维对环形构件截面强度进行增强的截面示意图。
图7为采用钢构对空心方桩截面强度进行增强的截面示意图。
图中有：原构件1、加强体2、纵筋11，箍筋12，混凝土13，强度加强区14，加强部件21，连接筋22，锚筋23，结构胶24。
具体实施方式
本发明的变截面强度预制构件包括原构件1、由于原构件1是等截面强度，故对于受力较大的区段进行加强，称为强度加强区14，强度加强区的确定方法是：首先求出各种受力状态下的弯矩剪力包络图，并画出所选定的原构件所能承受的内力图，对于包络图大出内力图的区域加上加强体需要锚固的长度即为强度加强区的范围。在该强度加强区14范围内增设加强体2，该加强体2包括沿原构件1横截面对称设置的两组加强部件21，连接两组加强部件21的连接筋22，以及焊接在加强部件21内侧的锚筋23。
上述每组加强部件21为沿原构件1纵向设置的至少一个弧形加强板，两相邻弧形加强板之间由沿原构件1周向设置的连接筋22连接，连接筋22可以采用两圆形钢筋分别焊接在弧形加强板上（弧形加强板用钢板），也可以采用一个环形或椭圆形钢筋焊接在弧形加强板上。锚筋23是为了进一步加强弧形加强板与混凝土的连接，可采用U形钢筋或铆钉与弧形加强板焊接。
当原构件已经制作完成时，加强部件21为碳纤维布或玄武岩纤维布制成的弧形加强板，连接筋22为碳纤维条或玄武岩纤维条。采用结构胶将加强部件21和连接筋22黏贴在原构件1上。
上述每组加强部件21除前述采用弧形钢板外，还可以采用沿纵向设置的至少一个条钢、角钢或加强钢筋，两相邻条钢、角钢或加强钢筋之间由沿原构件1周向设置的连接钢筋22焊接连接。
原构件1为纵筋11、环绕纵筋11设置的箍筋12和浇注填充的混凝土13构成的预应力桩，预应力桩的形状，目前常用的有圆环形（管桩）、矩形（方桩）、空心方桩、或外矩形内椭圆形桩。
本发明的另一种优选实施例中，加强体2为沿原构件1周向设置的钢管。
本发明的变截面强度预制构件，按照以下方法制作：
方法一、预制法制作步骤：
1）制作纵筋11，箍筋12，将二者按设计排列固定，形成钢筋笼；
2）制作加强体2：按设计要求分别加工加强部件21和连接筋22，并将两者焊接在一起形成加强体2；
3）将步骤2）制作的加强体2套在步骤1）形成的钢筋笼外围的强度加强区内，加焊锚筋23，并将加强体2与钢筋笼固定在一起；
4）将步骤3）形成的组合体放入模具，对模具内进行混凝土13的布料，合上模具上盖；
5）对钢筋笼进行预应力张拉和固定，以便固定钢筋笼并形成预应力；
6）进行离心法生产以及养护，从而形成变截面强度预制构件。
方法二、后帖法制作步骤：
1）制作原构件1；将纵筋11和箍筋12按设计排列固定，形成钢筋笼，放入模具，对模具内进行混凝土13的布料，养护后形成原构件1；
2）在原构件1的加强区14外侧沿纵向按设计要求宽度范围涂结构胶24，然后在已涂的结构胶上粘贴加强体21；
3）在强度加强区14外侧沿环向按设计要求的宽度和间距涂结构胶24，并在已涂的结构胶上沿原构件1的环向粘贴加强体22。
实施例1：（采用弧形钢板加固管桩用作支护桩应用实例）原构件选用直径为800的C类管桩，型号为PHC800C130,原构件弯矩设计值为1051kN.m,采用两块弧形钢板作为加强部件21，弧形钢板的弧长为300mm，厚度为10mm，长度为12m，连接筋采用直径16mm的椭圆形钢筋，与弧形钢板牢固焊接，锚筋采用直径为18mm的U形钢筋，U形筋的锚固长度为110mm，U形筋的开档长度为80mm，与弧形钢板牢固焊接(如图2所示)。采用上述方法加强后，新构件的弯矩设计值为1470kN.m,提高了40%，取得很好经济效益。
实施例2：（采用钢构加固空心方桩用作支护桩应用实例）原构件选用空心方桩，型号为HKFZ600B-400,原构件弯矩设计值为624kN.m,采用4根长度为10m的角钢作为加强部件21，分别置于空心方桩的4个角部，角钢的规格为L63x6等边角钢，两根角钢面积1459平方毫米，连接筋采用30x5扁铁，与角钢焊接成形后，套在预应力钢筋笼的外围并固定，放入模具，张拉预应力筋，浇灌混凝土，开动离心机制作成变截面强度的预应力空心方桩(如图7所示)。
实施例3：（采用钢管加固管桩用作支护桩、抗拔桩和工程桩的应用实例）原构件选用直径为800的B类管桩，型号为PHC800B130,原构件弯矩设计值为827kN.m,采用一段外径为800的钢管进行加强（如图5所示），钢板厚度为10mm，加强后加强区的弯矩设计值为1422kN.m,弯矩设计值提高了70%。钢管自管桩上端法兰以下开始设置，长度为13m，钢管不仅加固了原构件的强度，而且还可以起到与地下室底板、负一层楼板、以及与地下室顶板之间的连接作用(采用焊接法连接)，使得该桩起到支护桩、抗拔桩、以及工程桩的三个作用，做到一桩多用途，省掉了沿地下室四周的抗拔桩和四周的工程桩，进一步节省造价。
实施例4：（钢管在管桩端部加固用作抗拔桩应用实例），设计抗拔桩长度22m,选用二节11m长的预应力管桩，直径为400，型号为PHC400B110,采用在管桩端部增设一段外径为400的钢管作为加固连接体（如图5所示），钢管长度0.8m，壁厚12mm,钢管设置在预应力管桩端头板的内侧，并与端头板焊接在一起，钢管内部焊有锚筋锚固在管桩混凝土中。二节管桩之间除须将二个法兰直接进行焊接外，另在二个钢管外用18根直径为16的钢筋绑焊，管桩与地下室底板之间的连接方法是在钢管四周侧壁上绑焊16根直径为20的锚固筋锚入底板。
Claims (6)
1.一种变截面强度预制构件，其特征在于，该预制构件包括原构件（1）、设置在所述原构件（1）强度加强区（14）外侧的加强体（2），所述强度加强区（14）的确定方法是：首先求出各种受力状态下的弯矩剪力包络图，并画出所选定的原构件所能承受的内力图，对于包络图大出内力图的区域加上加强体需要锚固的长度即为强度加强区的范围，所述加强体（2）包括沿原构件（1）横截面对称设置的两组加强部件（21）、连接所述两组加强部件（21）的连接筋（22），所述每组加强部件（21）为以下两种构型之一：
a）加强部件（21）为沿原构件（1）纵向设置的至少一个弧形加强板，两相邻弧形加强板之间由沿原构件（1）周向设置的连接筋（22）连接；
b）加强部件（21）为沿原构件（1）纵向设置的至少一个条钢或角钢，两相邻条钢或角钢之间由沿原构件（1）周向设置的连接筋（22）连接，连接筋（22）为钢筋或扁钢。
2.根据权利要求1所述的变截面强度预制构件，其特征在于，所述加强部件（21）的a）构型中，弧形加强板为弧形钢板，连接筋（22）为钢筋，所述弧形钢板与原构件（1）之间用锚筋（23）固定连接，所述锚筋（23）为铆钉或钢筋。
3.根据权利要求1所述的变截面强度预制构件，其特征在于，所述加强部件（21）的a）构型中，弧形加强板为碳纤维布或玄武岩纤维布制成，连接筋（22）为碳纤维条或玄武岩纤维条。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的变截面强度预制构件，其特征在于，所述原构件（1）为由纵筋（11）、环绕所述纵筋（11）设置的箍筋（12）和浇注填充的混凝土（13）构成的预应力桩，所述预应力桩为管桩、空心方桩或外矩形内椭圆形桩。
5.一种制备权利要求1至4任一权利要求所述变截面强度预制构件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）将纵筋（11）和箍筋（12）按设计排列固定，形成钢筋笼；
2）制作加强体（2）：按设计要求分别加工加强部件（21）和连接筋（22），并将两者焊接在一起形成加强体（2）；
3）将加强体（2）套在步骤1）形成的钢筋笼外围的强度加强区（14）内，加焊锚筋（23），并将加强体（2）与钢筋笼固定在一起，所述强度加强区（14）的确定方法是：首先求出各种受力状态下的弯矩剪力包络图，并画出所选定的原构件所能承受的内力图，对于包络图大出内力图的区域加上加强体需要锚固的长度即为强度加强区的范围；
4）将步骤3）形成的组合体放入模具，对模具内进行混凝土（13）的布料，合上模具上盖；
5）对钢筋笼进行预应力张拉和固定，以便固定钢筋笼并形成预应力；
6）进行离心法生产以及养护，从而形成变截面强度预制构件。
6.一种制备权利要求1至4任一权利要求所述变截面强度预制构件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）制作原构件（1）：将纵筋（11）和箍筋（12）按设计排列固定，形成钢筋笼，放入模具，对模具内进行混凝土（13）的布料，养护后形成原构件（1）；
2）用结构胶（24），将两组加强部件（21）分别沿纵向粘贴在原构件（1）上的强度加强区（14）外侧，所述强度加强区（14）的确定方法是：首先求出各种受力状态下的弯矩剪力包络图，并画出所选定的原构件所能承受的内力图，对于包络图大出内力图的区域加上加强体需要锚固的长度即为强度加强区的范围；
3）用结构胶（24），将连接筋（22）沿原构件（1）环向粘贴在强度加强区（14）外侧，从而将两组加强部件（21）连接为一体。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |