CN105239559A - 普通螺纹钢张拉装置及预制方桩和预制方桩工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种普通螺纹钢预制方桩，包括单元桩和桩头，其特征在于所述单元桩内设有在横向起吊或运输时具有低预应力、且在竖直做桩时应力逐渐消散的普通螺纹钢筋，所述普通螺纹钢筋施加低预应力的起始应力一致，且所述单元桩内的相互平行的普通螺纹钢筋的张拉的预应力相等，所述普通螺纹钢筋施加低预应力是由普通螺纹钢筋张拉装置张拉而成，以利于桩体在起吊或运输时不发生裂纹，具有加工方便、生产成本低、耐腐蚀性高、使用寿命长等优点，本发明特别适用于海洋、盐碱土等海水环境使用。

Description

普通螺纹钢张拉装置及预制方桩和预制方桩工艺

技术领域

本发明涉及建筑桩基础中预制桩的制作，具体地说是一种施工方便的普通螺纹钢张拉装置及预制方桩和预制方桩工艺。

背景技术

众所周知，建筑物的基础一般都采用混凝土桩，为此，JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》中，专门对混凝土桩提出技术要求，现在使用的方桩一般是预应力混凝土桩，如专利号为2012100044922，专利名称为“预应力混凝土实心方桩及制作方法”，其含有钢筋笼、混凝土和钢筋笼，钢筋笼为组合式整体结构，使用时采用滑动焊接方法将预制方桩钢筋笼焊接而成，桩体两端设有与钢筋笼连接的金属端板，钢筋笼的箍筋呈螺旋状焊接在主筋上，钢筋笼的主筋采用高预应力钢棒，钢棒的张拉时先在钢棒两端对应的金属钢板上设在直径小于钢棒的定位孔，在定位孔的一侧设有直径大于定位孔直径、与定位孔半径相重合的穿过孔，组装钢筋笼时，先将钢棒两端镦粗(直径大于定位孔直径)，再将钢棒从穿过孔穿过金属钢板移至定位孔内，以实现钢棒与金属钢板的连接，然后选择直径不大于6mm钢筋采用滑动焊接方法焊接螺旋箍筋，以形成笼并在笼两端金属端板外侧设有拉钩，将拉力装置的两张拉端分别与笼两端金属钢板上的拉钩相连接，采用拉力机将钢棒的预应力拉至0.7σ-0.9σ，这种钢材的强度必须满足每平方毫米大于1420牛顿，制作防锈处理并浇注混凝土，当混凝土强度达到60-70％时，松开张拉装置并卸模，使用时根据桩的深度，经桩端部的金属端板焊接组成桩体，这种高预应力方桩的不足：一是设计不合理，由于高预应力钢筋的预加应力很大而无形增加桩身附加应力，从而导致桩身承载力降低；二是国内预应力钢棒最大直径为12.5mm,虽然强度高，但与普通螺纹钢相比直径小，同等条件下受腐蚀损失率大；三是预应力钢棒的性能为高强度、低松弛，延伸量小，用其制作的基桩抗震性能差。

如果采用普通螺纹钢制作方桩，则存在普通螺纹钢与预应力钢棒在直径和外形存在差异，普通螺纹钢直径粗，选用传统的镦头、端板张拉工艺困难。

并且，众所周知，采用普通螺纹钢进行张拉制作预制方桩，普通螺纹钢筋是不能做预应力构件的，因为它的特性是强度低、松弛度高，本身不能保证构件的变形和裂缝，但这种普通螺纹钢筋制作的预制桩是一个受压构件，预应力构件是用在受拉构件或受压构件的受拉区，用在受压桩上，对桩身增加了它的附加压力，承载力降低，但由于预制桩在运输及起吊过程中横向摆放，很容易受弯，构件表面就会出现裂缝，当预制桩表面出现裂缝，就会将内壁嵌有的普通螺纹钢筋漏出，而导致外部环境腐蚀普通螺纹钢筋，导致桩身承载性能降低。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种生产抗震能力强、耐腐蚀性能高、使用寿命长的低预应力方桩的普通螺纹钢张拉装置及预制方桩和预制工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于张拉的普通螺纹钢张拉装置，其特征在于设有单元桩模具体、钢筋笼固定板、张拉板、张拉丝杠、张拉机、锁定螺母、定位板、连接箍和紧固螺栓，所述单元桩模具体是由底模板和两侧的侧模板相互垂直固定连接而成，单元桩模具体一端设有钢筋笼固定板，另一端设有定位板，所述单元桩模具体内横向插接有张拉板，所述张拉板和钢筋笼固定板间设有相平行的普通螺纹钢筋组，所述普通螺纹钢筋一端经张拉接头和紧固螺栓与张拉板固定连接，另一端经紧固螺栓与钢筋笼固定板固定连接，所述张拉板一端中心设有连接箍，所述张拉丝杠穿过定位板中心设有的孔，一端与连接箍固定连接，另一端与张拉机相连接，并经张拉丝杠上螺纹连接的锁定螺母与定位板固定连接，以利于通过张拉机驱动张拉丝杠旋转，带动张拉板沿着单元桩模具体的纵向移动，进而达到对普通螺纹钢筋组同时进行低预应力张拉的目的。

本发明可在相平行的普通螺纹钢筋组两端分别套有连接套箍，以利于通过连接套箍对相邻的单元桩进行连接，达到连接方便的作用。

本发明所述的连接箍呈一端由连接板封闭的筒状，连接板的厚度为8-16mm，筒壁的厚度为1.0-1-1-2.0mm，连接板上设有与钢筋笼固定板上钢筋穿插孔相对应的通孔，连接箍套装在钢筋笼上并位于单元桩模具两端部，连接箍与单元桩模具体内壁的间距为1.0-2.0mm，以方便单元桩间的连接。

本发明所述张拉板与定位板的间距不小于10mm，以方便施工。

一种普通螺纹钢预制方桩，包括单元桩和桩头，其特征在于所述单元桩内设有在横向起吊或运输时具有低预应力、且在竖直做桩时应力逐渐消散的普通螺纹钢筋，所述普通螺纹钢筋施加低预应力经张拉形成，以利于桩体在起吊或运输时不发生裂纹，进而使本发明突出地解决了以下技术问题：一是解决了高预应力钢筋的预加应力很大而无形增加桩身附加应力导致的桩身承载力降低的实质性不足；二是解决了预应力钢棒与普通螺纹钢筋相比直径小，同等条件下受腐蚀损失率大，且预应力钢棒的性能为高强度、低松弛，延伸量小，用其制作的基桩抗震性能差的实质性技术问题。

本发明所述普通螺纹钢筋施加低预应力的起始应力一致，且所述单元桩内的相互平行的普通螺纹钢筋的张拉的预应力相等，以使桩体在起吊或运输时产生的弯矩相同，进一步提高桩体的整体性能。

本发明所述普通螺纹钢筋的屈服强度标准值为300N/mm²-500N/mm²，低预应力张拉值为0.1σ-0.9σ，通过对普通螺纹钢筋施加低预应力张拉，不但避免了桩体在起吊和运输时引起受弯而产生裂缝，同时，还能保证在施工过程中对桩体的击打或时间效应引起的预应力消减，显著减少了受压桩体的负载。

本发明所述普通螺纹钢筋施加的低预应力是由普通螺纹钢筋张拉装置张拉而成。

一种普通螺纹钢预制方桩工艺，其特征在于工艺步骤如下：

步骤一、制作单元桩模具体，长度为6-15米，将侧模板分别垂直固定在底模板两侧，使底模板和侧模板的横断面呈槽形，

步骤二、制作钢筋笼，采用屈服强度标准值为300N/mm²-500N/mm²的普通螺纹钢筋按单元桩的长度剪切成段，可将普通螺纹钢筋两端加工有螺纹，也可将两端加工成镦头，再将相等的剪切成段的普通螺纹钢筋分别逐个穿过滚焊设备的导向模上设有的导向孔，一端经紧固螺栓固定在钢筋笼固定板上，以使钢筋笼固定板和导向模对普通螺纹钢筋在行进中保持平行定位，并将钢筋笼固定板一端固定在滚焊设备的移动装置上，启动滚焊设备，在移动装置带动钢筋笼前移的同时，滚焊设备带动钢丝围绕钢筋笼外周旋转，并将钢丝与接触的普通螺纹钢筋焊接固定，使相平行的普通螺纹钢筋经钢丝螺旋围绕固定形成钢筋笼，

步骤三、将钢筋笼放置在单元桩模具体内，所述钢筋笼的普通螺纹钢筋一端经钢筋笼固定板与单元桩模具体一端固定连接，另一端经张拉接头与垂直插在单元桩模具体内的张拉板固定连接，所述单元桩模具体另一端与定位板固定连接，所述张拉板一端中心设有连接箍，所述张拉丝杠穿过定位板设有的孔，一端与连接箍固定连接，另一端与张拉机相连接，所述张拉丝杠上螺纹连接有锁定螺母；

步骤四、张拉过程，先将钢筋笼定位，然后通过锁定螺母，使钢筋笼每根钢筋的起始应力一致，再通过张拉机张拉，使钢筋笼的每根钢筋的低预应力张拉值为0.1σ-0.9σ，并通过锁定螺母和定位板，将钢筋笼的钢筋预应力锁定；

步骤五、向单元桩模具内注入混凝土并振捣成型；

步骤六、当混凝土强度达到60-70％时，松开锁定螺母，拆卸张拉丝杠并卸模，得到单元桩。

本发明可在步骤二的钢筋笼的两端分别套有连接套箍，以利于通过连接套箍对相邻的单元桩进行连接，达到连接方便的作用。

本发明可在步骤三的单元桩模具体内壁涂一层隔离层，以达到方便脱模、表面光洁的作用。

本发明采用普通螺纹钢制作高性能的方桩，可使单元桩内每根螺纹钢的预应力(内应力)相同，提高混凝土桩的抗裂能力，提高了混凝土的抗裂性能，增加了预制桩的耐久性，减少了大气或侵蚀性介质对钢筋和混凝土的侵蚀，用其制作单元桩，具有加工方便、生产成本低、耐腐蚀性高、使用寿命长等优点，本发明特别适用于海洋、盐碱土等海水环境使用。

附图说明

图1是本发明所述单元桩的主视图。

图2是图1的左视图。

图3是本发明中普通螺纹钢筋张拉装置的一种结构示意图。

图4是本发明中单元桩模具体的一种结构示意图。

图5是图4的A-A剖面放大图。

图6是本发明中钢筋笼固定板的一种结构示意图。

图7是本发明中张拉板的一种结构示意图。

图8是本发明中钢筋笼的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、2所示，一种普通螺纹钢预制方桩，包括单元桩和桩头，所述单元桩和桩头的结构与现有技术相同，此不赘述，所述单元桩是由混凝土和混凝土内的钢筋构成，其特征在于所述单元桩内设有在横向起吊或运输时具有低预应力、且在竖直做桩时应力逐渐消散的普通螺纹钢筋，所述普通螺纹钢筋施加低预应力是由普通螺纹钢筋张拉装置张拉而成，本发明在起吊或运输时，普通螺纹钢筋的低预应力逐渐与普通螺纹钢筋产生的弯矩相抵消，当竖直做桩时，低预应力逐渐消散，保证了桩体在起吊或运输时不发生裂纹，进而使本发明突出地解决了以下技术问题：一是解决了高预应力钢筋的预加应力很大而无形增加桩身附加应力导致的桩身承载力降低的实质性不足；二是解决了预应力钢棒与普通螺纹钢筋相比直径小，同等条件下受腐蚀损失率大，且预应力钢棒的性能为高强度、低松弛，延伸量小，用其制作的基桩抗震性能差的实质性技术问题。

本发明所述普通螺纹钢筋施加低预应力的起始应力一致，且所述单元桩内的相互平行的普通螺纹钢筋的张拉的预应力相等，以使桩体在起吊或运输时产生的弯矩相同，进一步提高桩体的整体性能。

本发明所述普通螺纹钢筋的屈服强度标准值为300N/mm²-500N/mm²，低预应力张拉值为0.1σ-0.9σ，通过对普通螺纹钢筋施加低预应力张拉，不但避免了桩体在起吊和运输时引起受弯而产生裂缝，同时，还能保证在施工过程中对桩体的击打或时间效应引起的预应力消减，显著减少了受压桩体的负载。

为了验证本发明所述的普通螺纹钢筋制作桩体后，在横向起吊和运输中不会产生裂缝的现象，具体验证如下：

假设1：方桩宽为b＝350mm，高为h＝350mm，理论重量为ρ＝3.06KN/m,桩长L＝15m，在0.207L处，即3.1m处，正负弯矩相等处吊点为计算支点，混凝土强度等级C60，混凝土抗拉强度设计值f_t＝2.04N/mm²，混凝土弹性模量Ec＝3.6×10⁴N/mm²,采用8根φ25(单根钢筋截面积为491mm²)的普通螺纹钢筋，其中受拉区钢筋3根，普通螺纹钢筋抗拉强度设计值fy＝360N/mm²,，屈服强度标准值fyk＝400N/mm²,,普通螺纹钢筋弹性模量Es＝2.0×10⁵N/mm²，混凝土保护层厚度c＝55mm，h₀＝350-55＝295mm

A、普通螺纹钢筋在不施加应力作用下的裂缝计算：

有效受拉面积：A_te＝0.5bh＝0.5x350x350＝61250mm²

纵向受拉普通螺纹钢筋截面面积：A_s＝3x491＝1473mm²

纵向受拉普通螺纹钢筋配筋率：

最大弯矩计算：考虑吊运动力系数1.5

Mq＝1.5×1/2ρl²＝1.5x1/2x3.06x3.1²＝22.055KN.m

纵向受拉钢筋应力：

${\mathrm{\σ}}_{sq}=\frac{M_q}{0.87h_0{A}_s}=22.055x{10}^6/\left(0.87x295x1473\right)=58.34N/{\mathrm{mm}}^2$

最大裂缝宽度：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\max }={\mathrm{\α}}_{cr}\mathrm{\ψ}\frac{{\mathrm{\σ}}_s}{E_s}(1.9c_s+0.08\frac{d_{eq}}{{\mathrm{\ρ}}_{te}})=1.9x0.2x58.34/\left(2x{10}^5\right)x(1.9x55+0.08x25/0.024)\\ =0.02mm\end{array}$

方桩受拉边缘产生的拉应力为：

W＝1/6bh²＝1/6x350x350＝7.15x10⁶mm³

${\mathrm{\σ}}_{ck}=\frac{M_q}{W}=22.055x{10}^6/\left(7.15x{10}^6\right)=3.085N/{\mathrm{mm}}^2>f_t=2.04N/{\mathrm{mm}}^2$

即不满足二级裂缝控制条件；

对于抗腐蚀桩来说，有裂缝就会使外面的腐蚀介质进入，造成桩身的破坏，所以，抗腐蚀桩不能有裂缝；

B、在上述同等条件下，在方桩制作过程中，对单根普通螺纹钢筋施加0.1σ(即0.1*400＝40N/mm²)的张拉应力并验证：

按照0.1σ张拉的普通螺纹钢筋的混凝土法向压力为：

N_k＝0.1σAs＝0.1x400x8x491＝157120N

方桩截面产生的预压应力为：

${\mathrm{\σ}}_{pc}=\frac{N_k}{A}=157120/122500=1.283N/{\mathrm{mm}}^2$

方桩受拉边缘产生的拉应力为：

σ_ck-σ_pc＝3.085-1.283＝1.802N/mm²<f_t＝2.04N/mm²

由此可见，方桩受拉边缘产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度设计值，不会出现裂缝。

假设2：方桩宽为b＝350mm，高为h＝350mm，理论重量为ρ＝3.06KN/m,桩长L＝15m，在0.207L处，即3.1m处，正负弯矩相等处吊点为计算支点，混凝土强度等级C60，混凝土抗拉强度设计值f_t＝2.04N/mm²，混凝土弹性模量Ec＝3.6×10⁴N/mm²,采用4根φ22(单根钢筋截面积为380mm²)的普通螺纹钢筋，其中受拉区钢筋2根，普通螺纹钢筋抗拉强度设计值fy＝360N/mm²,，屈服强度标准值fyk＝400N/mm²,,普通螺纹钢筋弹性模量Es＝2.0×10⁵N/mm²，混凝土保护层厚度c＝55mm，h₀＝350-55＝295mm

A、普通螺纹钢筋在不施加应力作用下的裂缝计算：

有效受拉面积：Ate＝0.5bh＝0.5x350x350＝61250mm²

纵向受拉普通螺纹钢筋截面面积：As＝2x380＝760mm²

纵向受拉普通螺纹钢筋配筋率：

最大弯矩计算：考虑吊运动力系数1.5

Mq＝1.5×1/2ρl²＝1.5x1/2x3.06x3.1²＝22.055KN.m

纵向受拉钢筋应力：

${\mathrm{\&sigma;}}_{sq}=\frac{M_q}{0.87h_0{A}_s}=22.055x{10}^6/\left(0.87x295x760\right)=113.07N/{\mathrm{mm}}^2$

最大裂缝宽度：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&omega;}}_{\max }={\mathrm{\&alpha;}}_{cr}\mathrm{\&psi;}\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_s}{E_s}(1.9c_s+0.08\frac{d_{eq}}{{\mathrm{\&rho;}}_{te}})=1.9x0.2x113.07/\left(2x{10}^5\right)x(1.9x55+0.08x22/0.01)\\ =0.06mm\end{array}$

方桩受拉边缘产生的拉应力为：

W＝1/6bh²＝1/6x350x350＝7.15x10⁶mm³

${\mathrm{\&sigma;}}_{ck}=\frac{M_q}{W}=22.055x{10}^6/\left(7.15x{10}^6\right)=3.085N/{\mathrm{mm}}^2>f_t=2.04N/{\mathrm{mm}}^2$

即不满足二级裂缝控制条件；

对于抗腐蚀桩来说，有裂缝就会使外面的腐蚀介质进入，造成桩身的破坏，所以，抗腐蚀桩不能有裂缝；

B、在上述同等条件下，在方桩制作过程中，对单根普通螺纹钢筋施加0.3σ(即0.3*400＝120N/mm²)的张拉应力并验证：

按照0.3σ张拉的普通螺纹钢筋的混凝土法向压力为：

N_k＝0.3σAs＝0.3x400x4x380＝182400N

方桩截面产生的预压应力为：

${\mathrm{\&sigma;}}_{pc}=\frac{N_k}{A}=182400/122500=1.489N/{\mathrm{mm}}^2$

方桩受拉边缘产生的拉应力为：

σ_ck-σ_pc＝3.085-1.489＝1.596N/mm²<f_t＝2.04N/mm²

由此可见，方桩受拉边缘产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度设计值，不会出现裂缝。

假设3：方桩宽为b＝350mm，高为h＝350mm，理论重量为ρ＝3.06KN/m,桩长L＝15m，在0.207L处，即3.1m处，正负弯矩相等处吊点为计算支点，混凝土强度等级C60，混凝土抗拉强度设计值f_t＝2.04N/mm²，混凝土弹性模量Ec＝3.6×10⁴N/mm²,采用4根φ16(单根钢筋截面积为201mm²)的普通螺纹钢筋，其中受拉区钢筋2根，普通螺纹钢筋抗拉强度设计值fy＝360N/mm²,，屈服强度标准值fyk＝400N/mm²,,普通螺纹钢筋弹性模量Es＝2.0×10⁵N/mm²，混凝土保护层厚度c＝55mm，h₀＝350-55＝295mm

A、普通螺纹钢筋在不施加应力作用下的裂缝计算：

有效受拉面积：Ate＝0.5bh＝0.5x350x350＝61250mm²

纵向受拉普通螺纹钢筋截面面积：As＝2x201＝402mm²

纵向受拉普通螺纹钢筋配筋率：

最大弯矩计算：考虑吊运动力系数1.5

Mq＝1.5×1/2ρl²＝1.5x1/2x3.06x3.1²＝22.055KN.m

纵向受拉钢筋应力：

${\mathrm{\&sigma;}}_{sq}=\frac{M_q}{0.87h_0{A}_s}=22.055x{10}^6/\left(0.87x295x402\right)=213.77N/{\mathrm{mm}}^2$

最大裂缝宽度：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&omega;}}_{\max }={\mathrm{\&alpha;}}_{cr}\mathrm{\&psi;}\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_s}{E_s}(1.9c_s+0.08\frac{d_{eq}}{{\mathrm{\&rho;}}_{te}})=1.9x0.2x213.77/\left(2x{10}^5\right)x(1.9x55+0.08x16/0.0066)\\ =0.121mm\end{array}$

方桩受拉边缘产生的拉应力为：

W＝1/6bh²＝1/6x350x350＝7.15x10⁶mm³

${\mathrm{\&sigma;}}_{ck}=\frac{M_q}{W}=22.055x{10}^6/\left(7.15x{10}^6\right)=3.085N/{\mathrm{mm}}^2>f_t=2.04N/{\mathrm{mm}}^2$

即不满足二级裂缝控制条件；

对于抗腐蚀桩来说，有裂缝就会使外面的腐蚀介质进入，造成桩身的破坏，所以，抗腐蚀桩不能有裂缝；

B、在上述同等条件下，在方桩制作过程中，对单根普通螺纹钢筋施加0.5σ(即0.5*400＝200N/mm²)的张拉应力并验证：

按照0.5σ张拉的普通螺纹钢筋的混凝土法向压力为：

N_k＝0.5σAs＝0.5x400x4x201＝160800N

方桩截面产生的预压应力为：

${\mathrm{\&sigma;}}_{pc}=\frac{N_k}{A}=160800/122500=1.313N/{\mathrm{mm}}^2$

方桩受拉边缘产生的拉应力为：

σ_ck-σ_pc＝3.085-1.313＝1.772N/mm²<f_t＝2.04N/mm²

由此可见，方桩受拉边缘产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度设计值，不会出现裂缝。

假设4：方桩宽为b＝350mm，高为h＝350mm，理论重量为ρ＝3.06KN/m,桩长L＝15m，在0.207L处，即3.1m处，正负弯矩相等处吊点为计算支点，混凝土强度等级C60，混凝土抗拉强度设计值f_t＝2.04N/mm²，混凝土弹性模量Ec＝3.6×10⁴N/mm²,采用4根φ16(单根钢筋截面积为201mm²)的普通螺纹钢筋，其中受拉区钢筋2根，普通螺纹钢筋抗拉强度设计值fy＝360N/mm²,，屈服强度标准值fyk＝400N/mm²,,普通螺纹钢筋弹性模量Es＝2.0×10⁵N/mm²，混凝土保护层厚度c＝55mm，h₀＝350-55＝295mm

A、普通螺纹钢筋在不施加应力作用下的裂缝计算：

有效受拉面积：Ate＝0.5bh＝0.5x350x350＝61250mm²

纵向受拉普通螺纹钢筋截面面积：As＝2x201＝402mm²

纵向受拉普通螺纹钢筋配筋率：

最大弯矩计算：考虑吊运动力系数1.5

Mq＝1.5×1/2ρl²＝1.5x1/2x3.06x3.1²＝22.055KN.m

纵向受拉钢筋应力：

${\mathrm{\&sigma;}}_{sq}=\frac{M_q}{0.87h_0{A}_s}=22.055x{10}^6/\left(0.87x295x402\right)=213.77N/{\mathrm{mm}}^2$

最大裂缝宽度：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&omega;}}_{\max }={\mathrm{\&alpha;}}_{cr}\mathrm{\&psi;}\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_s}{E_s}(1.9c_s+0.08\frac{d_{eq}}{{\mathrm{\&rho;}}_{te}})=1.9x0.2x213.77/\left(2x{10}^5\right)x(1.9x55+0.08x16/0.0066)\\ =0.121mm\end{array}$

方桩受拉边缘产生的拉应力为：

W＝1/6bh²＝1/6x350x350＝7.15x10⁶mm³

${\mathrm{\&sigma;}}_{ck}=\frac{M_q}{W}=22.055x{10}^6/\left(7.15x{10}^6\right)=3.085N/{\mathrm{mm}}^2>f_t=2.04N/{\mathrm{mm}}^2$

即不满足二级裂缝控制条件；

对于抗腐蚀桩来说，有裂缝就会使外面的腐蚀介质进入，造成桩身的破坏，所以，抗腐蚀桩不能有裂缝；

B、在上述同等条件下，在方桩制作过程中，对单根普通螺纹钢筋施加0.7σ(即0.7*400＝280N/mm²)的张拉应力并验证：

按照0.7σ张拉的普通螺纹钢筋的混凝土法向压力为：

N_k＝0.7σAs＝0.7x400x4x201＝225120N

方桩截面产生的预压应力为：

${\mathrm{\&sigma;}}_{pc}=\frac{N_k}{A}=225120/122500=1.838N/{\mathrm{mm}}^2$

方桩受拉边缘产生的拉应力为：

σ_ck-σ_pc＝3.085-1.838＝1.247N/mm²<f_t＝2.04N/mm²

由此可见，方桩受拉边缘产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度设计值，不会出现裂缝。

假设5：方桩宽为b＝350mm，高为h＝350mm，理论重量为ρ＝3.06KN/m,桩长L＝15m，在0.207L处，即3.1m处，正负弯矩相等处吊点为计算支点，混凝土强度等级C60，混凝土抗拉强度设计值f_t＝2.04N/mm²，混凝土弹性模量Ec＝3.6×10⁴N/mm²,采用4根φ14(单根钢筋截面积为154mm²)的普通螺纹钢筋，其中受拉区钢筋2根，普通螺纹钢筋抗拉强度设计值fy＝360N/mm²,，屈服强度标准值fyk＝400N/mm²,,普通螺纹钢筋弹性模量Es＝2.0×10⁵N/mm²，混凝土保护层厚度c＝55mm，h₀＝350-55＝295mm

A、普通螺纹钢筋在不施加应力作用下的裂缝计算：

有效受拉面积：Ate＝0.5bh＝0.5x350x350＝61250mm²

纵向受拉普通螺纹钢筋截面面积：As＝2x154＝308mm²

纵向受拉普通螺纹钢筋配筋率：

最大弯矩计算：考虑吊运动力系数1.5

Mq＝1.5×1/2ρl²＝1.5x1/2x3.06x3.1²＝22.055KN.m

纵向受拉钢筋应力：

${\mathrm{\&sigma;}}_{sq}=\frac{M_q}{0.87h_0{A}_s}=22.055x{10}^6/\left(0.87x295x308\right)=279N/{\mathrm{mm}}^2$

最大裂缝宽度：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&omega;}}_{\max }={\mathrm{\&alpha;}}_{cr}\mathrm{\&psi;}\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_s}{E_s}(1.9c_s+0.08\frac{d_{eq}}{{\mathrm{\&rho;}}_{te}})=1.9x0.2x279/\left(2x{10}^5\right)x(1.9x55+0.08x14/0.005)\\ =0.174mm\end{array}$

方桩受拉边缘产生的拉应力为：

W＝1/6bh²＝1/6x350x350＝7.15x10⁶mm³

${\mathrm{\&sigma;}}_{ck}=\frac{M_q}{W}=22.055x{10}^6/\left(7.15x{10}^6\right)=3.085N/{\mathrm{mm}}^2>f_t=2.04N/{\mathrm{mm}}^2$

即不满足二级裂缝控制条件；

对于抗腐蚀桩来说，有裂缝就会使外面的腐蚀介质进入，造成桩身的破坏，所以，抗腐蚀桩不能有裂缝；

B、在上述同等条件下，在方桩制作过程中，对单根普通螺纹钢筋施加0.9σ(即0.9*400＝360N/mm²)的张拉应力并验证：

按照0.9σ张拉的普通螺纹钢筋的混凝土法向压力为：

N_k＝0.9σAs＝0.9x400x4x154＝221760N

方桩截面产生的预压应力为：

${\mathrm{\&sigma;}}_{pc}=\frac{N_k}{A}=221760/122500=1.81N/{\mathrm{mm}}^2$

方桩受拉边缘产生的拉应力为：

σ_ck-σ_pc＝3.085-1.81＝1.275N/mm²<f_t＝2.04N/mm²

由此可见，方桩受拉边缘产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度设计值，不会出现裂缝。

一种用于张拉的普通螺纹钢张拉装置，其特征在于设有单元桩模具体、钢筋笼固定板、张拉板、张拉丝杠、张拉机、锁定螺母、定位板、连接箍和紧固螺栓，所述单元桩模具体是由底模板和两侧的侧模板相互垂直固定连接而成，单元桩模具体一端设有钢筋笼固定板，另一端设有定位板，所述单元桩模具体内横向插接有张拉板，所述张拉板和钢筋笼固定板间设有相平行的普通螺纹钢筋组，所述普通螺纹钢筋一端经张拉接头和紧固螺栓与张拉板固定连接，另一端经紧固螺栓与钢筋笼固定板固定连接，所述张拉板一端中心设有连接箍，所述张拉丝杠穿过定位板中心设有的孔，一端与连接箍固定连接，另一端与张拉机相连接，并经张拉丝杠上螺纹连接的锁定螺母与定位板固定连接，以利于通过张拉机驱动张拉丝杠旋转，带动张拉板沿着单元桩模具体的纵向移动，进而达到对普通螺纹钢筋组同时进行低预应力张拉的目的。

本发明可在相平行的普通螺纹钢筋组两端分别套有连接套箍，以利于通过连接套箍对相邻的单元桩进行连接，达到连接方便的作用。

本发明所述的连接箍呈一端由连接板封闭的筒状，连接板的厚度为8-16mm，筒壁的厚度为1.0-1-1-2.0mm，连接板上设有与钢筋笼固定板上钢筋穿插孔相对应的通孔，连接箍套装在钢筋笼上并位于单元桩模具两端部，连接箍与单元桩模具体内壁的间距为1.0-2.0mm，以方便单元桩间的连接。

本发明所述张拉板与定位板的间距不小于10mm，以方便施工。

本发明所述普通螺纹钢预制方桩工艺的具体步骤为：

步骤一、制作单元桩模具体，长度为6-15米，将侧模板分别垂直固定在底模板两侧，使底模板和侧模板的横断面呈槽形，

步骤二、制作钢筋笼，采用屈服强度标准值为300N/mm²-500N/mm²的普通螺纹钢筋按单元桩的长度剪切成段，可将普通螺纹钢筋两端加工有螺纹，也可将两端加工成镦头，再将相等的剪切成段的普通螺纹钢筋分别逐个穿过滚焊设备的导向模上设有的导向孔，一端经紧固螺栓固定在钢筋笼固定板上，以使钢筋笼固定板和导向模对普通螺纹钢筋在行进中保持平行定位，并将钢筋笼固定板一端固定在滚焊设备的移动装置上，启动滚焊设备，在移动装置带动钢筋笼前移的同时，滚焊设备带动钢丝围绕钢筋笼外周旋转，并将钢丝与接触的普通螺纹钢筋焊接固定，使相平行的普通螺纹钢筋经钢丝螺旋围绕固定形成钢筋笼，

步骤三、将钢筋笼放置在单元桩模具体内，所述钢筋笼的普通螺纹钢筋一端经钢筋笼固定板与单元桩模具体一端固定连接，另一端经张拉接头与垂直插在单元桩模具体内的张拉板固定连接，所述单元桩模具体另一端与定位板固定连接，所述张拉板一端中心设有连接箍，所述张拉丝杠穿过定位板设有的孔，一端与连接箍固定连接，另一端与张拉机相连接，所述张拉丝杠上螺纹连接有锁定螺母；

步骤四、张拉过程，先将钢筋笼定位，然后通过锁定螺母，使钢筋笼每根钢筋的起始应力一致，再通过张拉机张拉，使钢筋笼的每根钢筋的低预应力张拉值为0.1σ-0.9σ，并通过锁定螺母和定位板，将钢筋笼的钢筋预应力锁定；

步骤五、向单元桩模具内注入混凝土并振捣成型；

步骤六、当混凝土强度达到60-70％时，松开锁定螺母，拆卸张拉丝杠并卸模，得到单元桩。

本发明可在步骤二的钢筋笼的两端分别套有连接套箍，以利于通过连接套箍对相邻的单元桩进行连接，达到连接方便的作用。

本发明可在步骤三的单元桩模具体内壁涂一层隔离层，以达到方便脱模、表面光洁的作用。

本发明采用普通螺纹钢制作高性能的方桩，可使单元桩内每根螺纹钢的预应力(内应力)相同，提高混凝土桩的抗裂能力，提高了混凝土的抗裂性能，增加了预制桩的耐久性，减少了大气或侵蚀性介质对钢筋和混凝土的侵蚀，用其制作单元桩，具有加工方便、生产成本低、耐腐蚀性高、使用寿命长等优点，本发明特别适用于海洋、盐碱土等海水环境使用。

Claims (10)

1.一种普通螺纹钢张拉装置，其特征在于设有单元桩模具体、钢筋笼固定板、张拉板、张拉丝杠、张拉机、锁定螺母、定位板、连接箍和紧固螺栓，所述单元桩模具体是由底模板和两侧的侧模板相互垂直固定连接而成，单元桩模具体一端设有钢筋笼固定板，另一端设有定位板，所述单元桩模具体内横向插接有张拉板，所述张拉板和钢筋笼固定板间设有相平行的普通螺纹钢筋组，所述普通螺纹钢筋一端经张拉接头和紧固螺栓与张拉板固定连接，另一端经紧固螺栓与钢筋笼固定板固定连接，所述张拉板一端中心设有连接箍，所述张拉丝杠穿过定位板中心设有的孔，一端与连接箍固定连接，另一端与张拉机相连接，并经张拉丝杠上螺纹连接的锁定螺母与定位板固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种普通螺纹钢张拉装置，其特征在于相平行的普通螺纹钢筋组两端分别套有连接套箍。

3.根据权利要求2所述的一种普通螺纹钢张拉装置，其特征在于所述的连接箍呈一端由连接板封闭的筒状，连接板的厚度为8-16mm，筒壁的厚度为1.0-1-1-2.0mm，连接板上设有与钢筋笼固定板上钢筋穿插孔相对应的通孔，连接箍套装在钢筋笼上并位于单元桩模具两端部，连接箍与单元桩模具体内壁的间距为1.0-2.0mm。

4.一种普通螺纹钢预制方桩，包括单元桩和桩头，其特征在于所述单元桩内设有在横向起吊或运输时具有低预应力、且在竖直做桩时应力逐渐消散的普通螺纹钢筋，所述普通螺纹钢筋施加低预应力经张拉形成。

5.根据权利要求4所述的一种普通螺纹钢预制方桩，其特征在于所述普通螺纹钢筋施加低预应力的起始应力一致，且所述单元桩内的相互平行的普通螺纹钢筋的张拉的预应力相等。

6.根据权利要求4或5所述的一种普通螺纹钢预制方桩，其特征在于所述普通螺纹钢筋的屈服强度标准值为300N/mm²-500N/mm²，低预应力张拉值为0.1σ-0.9σ范围内。

7.根据权利要求4所述的一种普通螺纹钢预制方桩，其特征在于所述普通螺纹钢筋施加低预应力是由普通螺纹钢筋张拉装置张拉而成。

8.一种普通螺纹钢预制方桩工艺，其特征在于工艺步骤如下：

步骤一、制作单元桩模具体，将侧模板分别垂直固定在底模板两侧，使底模板和侧模板的横断面呈槽形；

步骤二、制作钢筋笼，采用屈服强度标准值为300N/mm²-500N/mm²的普通螺纹钢筋按单元桩的长度剪切成段，将普通螺纹钢筋两端分别加工有螺纹段或加工成镦头，将相等的剪切成段的普通螺纹钢筋分别逐个穿过滚焊设备的导向模上设有的导向孔，一端经紧固螺栓固定在钢筋笼固定板上，并将钢筋笼固定板一端固定在滚焊设备的移动装置上，启动滚焊设备，在移动装置带动钢筋笼前移的同时，滚焊设备带动钢丝围绕钢筋笼外周旋转，并将钢丝与接触的普通螺纹钢筋焊接固定，使相平行的普通螺纹钢筋经钢丝螺旋围绕固定形成钢筋笼；

步骤三、将钢筋笼放置在单元桩模具体内，所述钢筋笼的普通螺纹钢筋一端经钢筋笼固定板与单元桩模具体一端固定连接，另一端经张拉接头与垂直插在单元桩模具体内的张拉板固定连接，所述单元桩模具体另一端与定位板固定连接，所述张拉板一端中心设有连接箍，所述张拉丝杠穿过定位板设有的孔，一端与连接箍固定连接，另一端与张拉机相连接，所述张拉丝杠上螺纹连接有锁定螺母；

步骤四、张拉过程，先将钢筋笼定位，然后通过锁定螺母，使钢筋笼每根钢筋的起始应力一致，再通过张拉机张拉，使钢筋笼的每根钢筋的低预应力张拉值为0.1σ-0.9σ，并通过锁定螺母和定位板，将钢筋笼的钢筋预应力锁定；

步骤五、向单元桩模具内注入混凝土并振捣成型；

步骤六、当混凝土强度达到60-70％时，松开锁定螺母，拆卸张拉丝杠并卸模，得到单元桩。

9.根据权利要求8所述的一种普通螺纹钢预制方桩工艺，其特征在于所述步骤二的钢筋笼的两端分别套有连接套箍。

10.根据权利要求8所述的一种普通螺纹钢预制方桩工艺，其特征在于所述步骤三的单元桩模具体内壁涂一层隔离层。