CN105401510B - 一种装配式水泥铺面起吊调平装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械工程领域，特别是涉及一种装配式水泥铺面起吊调平装置。本发明提供一种装配式水泥铺面起吊调平装置，包括：螺母，用于竖直埋设于水泥铺面内；螺栓，包括螺栓头部和螺杆，所述螺杆与螺母相配合，所述螺栓头部设有通孔；起吊杆，置于螺栓头部的通孔中。多个支撑杆，位于所述螺母的外壁上且以螺母为中心发散状均匀环布。本发明提供了一种结构简单、造价低廉、可靠程度高的装配式水泥铺面起吊调平装置，所述起吊调平装置集成了水泥混凝土板的起吊和调平功能（板体高程的调节），简化了装置结构、节约了材料、减少了施工步骤。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程领域，特别是涉及一种装配式水泥铺面起吊调平装置。
背景技术
水泥混凝土铺面具有强度高、日常养护量小、使用年限长、取材方便等优点，在我国机场中占绝对主导地位，也大量应用于道路领域中。这些水泥混凝土路面在受到荷载和环境的反复作用下，水泥混凝土路面结构在使用过程中不可避免地会产生损坏现象，如道面的各种断裂、板体破碎、接缝破碎、填缝料损坏、坑洞、修补损坏等。有些损坏主要影响道面的服务性能；而有些严重的损坏会直接对飞机的飞行安全和车辆的行车安全构成威胁，必须及时得到修复。对于这些严重的损坏，简单的表面维修可维持的时间很短，难以从根本上解决问题，必须进行结构性的维修才得以修复。
常用在水泥混凝土道面应急性抢修中的填铺沥青混合料的维修措施，存在沥青混凝土与水泥混凝土的模量相差大、两者相容性不好、外观不协调等缺点。采用快硬早强水泥混凝土的修复方式，可满足对修复时间的要求，但大多数早强水泥水化反应速度过快，水化热过高，在混凝土养护时就常常出现裂缝，并且材料价格昂贵。采用普通水泥混凝土的修复方式，需要较长的养护时间，必须关闭损坏区域。因此，对于小面积的水泥混凝土道面快速修补大致能够满足要求；对于大面积的混凝土道面修补，无法满足道面快速修复的要求。因此，对于不停航条件下的大面积结构性快速修复，装配式水泥混凝土铺面是最佳的选择。
装配式水泥混凝土铺面技术是一种理想的快速修复技术，它将混凝土最费时的凝结硬化及强度增长过程置于预制厂里，当其强度达到设计要求后，再运输到养护施工现场，用吊车吊装就位，处理好接缝即可开放交通。从材料方面来看，除增加钢筋成本外，投入成本与普通混凝土基本相同；从施工过程来看，仅增加吊装费用。具有以下优点：
(1)改变了传统的水泥混凝土养护模式，解决了水泥混凝土强度增长缓慢而同时要求施工后快速开放这一主要矛盾。实现了集中预制、分散安装，节约了传统工艺中的现场安装拌合设备和运输摊铺的费用；
(2)与成本昂贵的快速修复材料(各种快硬水泥)相比，装配式水泥混凝土板所用的材料是传统的普通硅酸盐水泥和钢筋，修复成本可大幅下降；
(3)使单板的修复时间和单方费用大幅减少。普通养护技术修复面积小的单板成本高，装配式水泥混凝土修复技术在单板或几块板等少量修复中更显优势；
(4)与现浇修复相比，装配式水泥混凝土修复技术在施工现场几乎不排废水、废渣，也无噪音，对环境无影响，是一种环保的施工方法；
(5)装配式水泥混凝土修复技术可实现全天候施工，几乎不受高低温、大风、小雨天气的影响。
装配式水泥混凝土修复技术中的运输和装配环节，需要一种装置使得起吊设备能够完成对预制水泥混凝土板的起吊；并且在装配环节也需要一种装置能完成对预制水泥混凝土板高程的调节，用以消除与邻近板之间的错台。
国际与国内目前可实现预制板起吊和调平功能的都采用两套独立的装置来完成，增加了预制水泥混凝土板件时的工序和经济成本。目前采用的水泥混凝土的预制板的调平装置操作不够简便。因此根据装配式水泥混凝土铺面技术的需要，提供一种新型的集成预制水泥混凝土板的起吊和调平功能的装置。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种装配式水泥铺面起吊调平装置，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种装配式水泥铺面起吊调平装置，包括：
螺母，用于竖直埋设于水泥铺面内；
螺栓，包括螺栓头部和螺杆，所述螺杆与螺母相配合，所述螺栓头部设有通孔；
起吊杆，置于螺栓头部的通孔中。
多个支撑杆，位于所述螺母的外壁上且以螺母为中心发散状均匀环布。
优选的，所述支撑杆为弯折件，包括连接部和延伸部，所述连接部与螺母的外壁连接。
更优选的，所述连接部与延伸部的夹角为85-90°。
优选的，所述螺母为中空的柱形结构，所述柱形结构内壁的上段设有螺纹，下段不设螺纹，所述设有螺纹部分的内壁孔径＜不设有螺纹部分的内壁孔径。
优选的，所述螺杆的上段设有螺纹，下段不设有螺纹，所述设有螺纹部分的螺杆外径＞不设有螺纹部分的螺杆外径。
优选的，所述螺杆的末端为半球状。
优选的，螺杆的外径和抗拉强度的计算方法如下：
P＝fs*G/n
其中：P为设计重量；G为单块预制水泥混凝土板重；fs为安全系数，fs＝4；n为单块板中安装的所述的起吊调平装置数，一般n＝4。
其中：AS是横截面面积；P为设计重量；[σ]使用材料的抗拉强度许用值；为螺杆的有效外径。
优选的，所述通孔的尺寸的具体计算方式如下：
其中：为螺栓头部的通孔的直径，单位mm；为起吊杆直径，单位mm；P为设计重量，[τ]为起吊杆抗剪强度许用值。
优选的，所述螺栓头部的外径需满足如下条件：
其中：为螺栓头部的通孔的直径，AS是横截面面积，是螺杆头部外径。
优选的，螺母内壁的有效孔径计算方式如下：
其中：为内壁的有效孔径，是指攻丝后的内径；h为螺杆上螺纹的螺距，为螺杆的有效外径。
优选的，螺母的外径需满足如下条件：
其中：为螺母的外径，AS是横截面面积，为内壁的有效孔径，是指攻丝后的内径。
优选的，内壁的螺纹的牙数μ，需同时满足以下两个不等式的要求：
其中：τ为设计荷载下螺纹根部剪应力，σb为设计荷载下螺纹根部弯拉应力，P为设计重量，h为螺杆上螺纹的螺距，μ为牙数；D为螺纹大径，l为弯曲力臂，可根据螺距在国家规范中查阅；[τ]为螺母材料抗剪强度许用值，同上；[σ]b为螺母材料的弯拉应力许用值，可查阅相应材料的国家规范。
优选的，所述装配式水泥铺面起吊调平装置还包括承载板，所述承载板用于水泥铺面高程的调节，使用时置于水泥铺面的底部、且位于螺栓的下方。
如上所述，本发明所提供的装配式水泥铺面起吊调平装置，具有以下有益效果：本发明所提供的装配式水泥铺面起吊调平装置集成了水泥混凝土板的起吊和调平功能，简化了装置结构、节约了材料、减少了施工步骤；装置螺母薄壁的内侧和螺栓螺杆只有一部分攻丝，减少了制造成本，并减去了使用时大量无用的旋转螺杆操作；安装起吊杆即可完成起吊工作，而在调平工序可直接在起吊杆外套加力杆进行水泥板体高程的调节工作，提高了装配水泥混凝土板的施工效率。
附图说明
图1显示为本发明整体结构示意图。
图2显示为本发明螺栓结构示意图。
图3显示为本发明螺母剖面示意图。
图4显示为本发明螺母俯视示意图。
元件标号说明
1 螺母
2 螺栓
3 起吊杆
4 承载板
5 螺栓头部
6 螺杆
7 通孔
8 支撑杆
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种装配式水泥铺面起吊调平装置，包括螺母1、螺栓2、起吊杆3和多个支撑杆8，所述多个支撑杆8位于所述螺母1的外壁上且以螺母1为中心发散状均匀环布，所述螺栓2包括螺栓头部5和螺杆6，所述螺栓头部5上设有通孔7，用于容纳起吊杆3，所述螺母1竖直预埋于水泥铺面内，所述螺栓2与螺母1相配合，使用时所述螺栓2旋入预埋于水泥铺面的螺母1中，两者之间通过螺纹固定，再将起吊杆3置于螺栓头部5的通孔7中，通过起吊杆3完成水泥铺面的起吊。所述起吊调平装置优选还包括承载板4，所述承载板用于水泥铺面高程的调节，使用时置于水泥铺面的底部、且位于螺栓的下方。
如图1、3所示，在本发明所提供的装配式水泥铺面起吊调平装置中，所述支撑杆8为弯折件，包括连接部和延伸部，所述连接部与螺母1的外壁连接，所述延伸部以螺母1为中心发散状均匀环布，当所述螺母1预埋于水泥铺面并进行起吊时，连接部可以增加支撑杆8与螺母1之间的连接面积，保证支撑杆8和螺母1的稳定连接和有效传力，发散状的延伸部起吊时位于水泥铺面的钢筋骨架的下缘，可以增加支撑杆8与水泥铺面的受力面积，从而保证螺母1通过支撑杆8与水泥铺面之间的有效连接。所述延伸部和连接部之间的夹角以90°左右为佳，优选为85-90°，从而在保证支撑杆8与螺母1之间的连接面积的同时，最大化支撑杆8与水泥铺面之间的受力面积。在本发明一实施例中，所述螺母1、螺栓2、起吊杆3和支撑杆8的材质均为钢材质，所述连接部通过焊接的形式与螺母1连接，每个支撑杆8与螺母1之间设有3个焊点，每个焊点长2.5cm，焊点之间间隔2.5cm，支撑杆的折弯半径为25mm，折弯角度为直角。焊接采用多点电焊，避免电焊引起薄壁过大的热变形，连接部与螺母1外壁保持平行，延伸部指向螺母1的中心线，且与螺母1的中心线垂直。
如图3所示，在本发明所提供的装配式水泥铺面起吊调平装置中，所述螺母1为中空的柱形结构，优选为中空的圆柱形结构，所述柱形结构内壁的上段设有螺纹，下段不设螺纹，所述设有螺纹部分的内壁孔径＜不设有螺纹部分的内壁孔径。
如图2示，所述螺杆6的上段设有螺纹，下段不设有螺纹，所述设有螺纹部分的螺杆外径＞不设有螺纹部分的螺杆外径，螺杆6上设有螺纹的部分与螺母1内壁上设有螺纹的部分相配合，所述螺杆6的末端为半球状，圆角状的末端使螺杆6更便于旋转，减小了旋转时所受的阻力。在本发明一实施例中，所述螺母的内壁，所述设有螺纹部分的内壁孔径比不设有螺纹部分的内壁孔径小1mm，所述螺杆6上，设有螺纹部分的螺杆外径比不设有螺纹部分的螺杆外径大1mm。螺母薄壁内侧下部不设螺纹也可避免电焊产热导致螺纹发生热变形，引起失效。
本发明所提供的装配式水泥铺面起吊调平装置中，所述的螺栓2的螺杆6长度＝板厚+调节高程；螺栓2需满足抗拉强度的要求，即螺杆6的直径需满足承受板体重量的抗拉强度要求，螺杆6的外径和抗拉强度的计算方法如下：
P＝fs*G/n
其中：P为设计重量；G为单块预制水泥混凝土板重；fs为安全系数，fs＝4；n为单块板中安装的所述的起吊调平装置数，一般n＝4。
其中：AS是横截面面积；[σ]使用材料的抗拉强度许用值；为螺杆6的有效外径。
螺杆6上螺纹的螺距h的确定可依据来选择合适的值，不可太小，引起高程调节过慢；也不可过大，引起调平中所需的力超过人工承受的范围，一般的4～6mm较为合适。
所述螺栓头部5的通孔7优选为圆形，开孔后螺栓头部5仍然需要满足板体受力的要求；通孔7的孔径需大于起吊杆3的直径，本发明一实施例中，开孔的孔径需大于起吊杆的直径1mm，通孔7的孔径由起吊杆3的直径确定，起吊杆在设计荷载下引起的剪应力需小于材料的抗剪强度；通孔的尺寸的具体计算方式如下：
其中：为螺栓头部5的通孔7的直径，单位mm；为起吊杆3直径，单位mm；P为设计重量，[τ]为起吊杆抗剪强度许用值。
螺栓头部5的外径需满足如下条件：
其中：为螺栓头部的通孔的直径，AS是横截面面积，是螺杆头部外径。
本发明所提供的装配式水泥铺面起吊调平装置中，螺母1内壁的孔径由螺栓2的螺杆6有效外径确定。内壁的有效孔径计算方式如下：
其中：为内壁的有效孔径，是指攻丝后的内径；h为螺杆上螺纹的螺距，为螺杆6的有效外径。
螺母1的外径设计时需满足，螺母1的薄壁承受设计荷载时拉应力低于所用材料的抗拉强度许用值，因此有：
其中：为螺母1的外径，AS是横截面面积，为内壁的有效孔径，是指攻丝后的内径。
内壁的螺纹的牙数μ，需同时满足以下两个不等式的要求：
其中：τ为设计荷载下螺纹根部剪应力，σb为设计荷载下螺纹根部弯拉应力，P为设计重量，h为螺杆上螺纹的螺距，μ为牙数；D为螺纹大径，l为弯曲力臂，可根据螺距在国家规范中查阅；[τ]为螺母材料抗剪强度许用值，同上；[σ]b为螺母材料的弯拉强度许用值，可查阅相应材料的国家规范。
所述螺母1的高度小于水泥铺面的厚度，在本发明一实施例中，螺母1的高度小于水泥铺面厚度1cm，以便于预制水泥混凝土板时水泥砂浆的浇筑。
本领域技术人员可根据实际工艺条件和使用情况确定支撑杆8的数量，实际操作过程中，为保证所述装置工作时周边混凝土均匀受力，因此支撑杆8的数量不得过少，但支撑杆8过多会增加焊接的工作量，具体可参考下式确定支撑杆8的数量：
其中：d为支撑杆8的直径；m为支撑杆8的数量，一般为4～5；[σ’]为支撑杆8的抗拉强度许用值。
支撑杆8的折弯长度需满足锚固长度的要求，为5d以上；焊接部分面积总和需大于支撑杆8的截面面积。
本领域技术人员可根据实际工艺情况确定承载板的大小，在本发明一实施例中，所述承载板的大小为20cm*20cm，厚度20mm，满足接触面抗剪强度的要求，材料为钢材。
所述起吊调平装置在使用时，将多个所述装置埋设于水泥铺面内，以增加受力点，多个装置协同完成水泥铺面的起吊调平作业，在一次装配施工完成后可封装所有螺母空腔，打开空腔后，可对水泥铺面进行二次起吊换装。
将本发明所提供的装配式水泥铺面起吊调平装置应用于浦东国际机场L15机坪预制水泥混凝土板换装，具体应用情况如下：
浦东国际机场L15机坪为水泥混凝土道面，有两块水泥混凝土板出现了严重的损坏，采用装配式水泥混凝土板来换装修复，使用所述的水泥混凝土板起吊调平装置来进行预制板的起吊和调平。预制板平面尺寸为4.5×5m，板厚380mm。所述的水泥混凝土板起吊调平装置的设计荷载取25t。经过计算，同时考虑加工制作便利性的因素，取螺栓的螺杆直径为36mm，螺距4mm，螺母为圆柱形，内径40mm，外径60mm，螺母高370mm。所述螺母外壁焊接5根折弯钢筋，直径为18mm。延伸部长度100mm，竖直焊接部长150mm；所述螺栓头部的通孔直径为33mm，起吊杆直径32mm。每块板的设置4个所述装置。
预制水泥混凝土板时，将所述装置的螺母部分固定在钢筋骨架上(可采用直接焊接的方式)。水泥混凝土板的运输时，将螺栓旋入螺母中，起吊杆穿入螺栓中，缆绳套在起吊杆上即可完成起吊。吊装水泥混凝土板前，所述承载板放置在处治好的基层上，在螺栓预定位置下方。吊装完成后，在起吊杆上套加力杆，调节预制板中的4个装置，直至消除预制板与既有板之间存在的高程差。
可见，本发明提供了一种结构简单、造价低廉、可靠程度高的装配式水泥铺面起吊调平装置，所述起吊调平装置集成了水泥混凝土板的起吊和调平功能(板体高程的调节)，简化了装置结构、节约了材料、减少了施工步骤；装置螺母薄壁的内侧和螺栓螺杆只有一部分攻丝，减少了制造成本，并减去了使用时大量无用的旋转螺杆操作；安装起吊杆杆即可完成起吊工作，而在调平工序可直接在起吊杆外套加力杆进行水泥混凝土板高程的调节工作，提高了装配水泥混凝土板的施工效率。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种装配式水泥铺面起吊调平装置，其特征在于，包括：
螺母(1)，用于竖直埋设于水泥铺面内；
螺栓(2)，包括螺栓头部(5)和螺杆(6)，所述螺杆(6)与螺母(1)相配合，所述螺栓头部(5)设有通孔(7)；
起吊杆(3)，置于螺栓头部(5)的通孔(7)中；
多个支撑杆(8)，位于所述螺母(1)的外壁上且以螺母(1)为中心发散状均匀环布；
所述螺母(1)为中空的柱形结构，所述柱形结构内壁的上段设有螺纹，下段不设螺纹，所述设有螺纹部分的内壁孔径＜不设有螺纹部分的内壁孔径；
所述支撑杆(8)为弯折件，包括连接部和延伸部，所述连接部与螺母(1)的外壁连接；
所述螺杆(6)的上段设有螺纹，下段不设有螺纹，所述设有螺纹部分的螺杆外径＞不设有螺纹部分的螺杆外径。
2.如权利要求1所述的一种装配式水泥铺面起吊调平装置，其特征在于，所述连接部与延伸部的夹角为85-90°。
3.如权利要求1所述的一种装配式水泥铺面起吊调平装置，其特征在于，所述螺杆(6)的末端为半球状。
4.如权利要求1所述的一种装配式水泥铺面起吊调平装置，其特征在于，还包括承载板(4)，所述承载板用于水泥铺面高程的调节，使用时置于水泥铺面的底部、且位于螺栓的下方。
5.如权利要求1所述的一种装配式水泥铺面起吊调平装置，其特征在于，螺杆(6)的外径和抗拉强度的计算方法如下：
P＝fs*G/n
其中：P为设计重量；G为单块预制水泥混凝土板重；fs为安全系数，fs＝4；n为单块板中安装的所述的起吊调平装置数，一般n＝4；
其中：AS是横截面面积；P为设计重量；[σ]使用材料的抗拉强度许用值；为螺杆的有效外径；
所述通孔(7)的尺寸的具体计算方式如下：
其中：为螺栓头部的通孔的直径，单位mm；为起吊杆直径，单位mm；P为设计重量，[τ]为起吊杆抗剪强度许用值。
6.如权利要求1所述的一种装配式水泥铺面起吊调平装置，其特征在于，所述螺栓头部(5)的外径需满足如下条件：
其中：为螺栓头部的通孔的直径，AS是横截面面积，是螺杆头部外径；
螺母(1)内壁的有效孔径计算方式如下：
其中：为内壁的有效孔径，是指攻丝后的内径；h为螺杆上螺纹的螺距，为螺杆的有效外径。
7.如权利要求1所述的一种装配式水泥铺面起吊调平装置，其特征在于，螺母(1)的外径需满足如下条件：
其中：为螺母的外径，AS是横截面面积，为内壁的有效孔径，是指攻丝后的内径；
内壁的螺纹的牙数，需同时满足以下两个不等式的要求：
<mrow>
<mi>&tau;</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>P</mi>
<mrow>
<mi>&tau;</mi>
<mi>D</mi>
<mi>h</mi>
<mi>&mu;</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&le;</mo>
<mo>&lsqb;</mo>
<mi>&tau;</mi>
<mo>&rsqb;</mo>
<mo>,</mo>
<msub>
<mi>&sigma;</mi>
<mi>b</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mn>6</mn>
<mi>P</mi>
<mi>l</mi>
</mrow>
<mrow>
<msup>
<mi>&pi;Dh</mi>
<mn>2</mn>
</msup>
<mi>&mu;</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>&le;</mo>
<msub>
<mrow>
<mo>&lsqb;</mo>
<mi>&sigma;</mi>
<mo>&rsqb;</mo>
</mrow>
<mi>b</mi>
</msub>
</mrow>
其中：τ为设计荷载下螺纹根部剪应力，σb为设计荷载下螺纹根部弯拉应力，P为设计重量，h为螺杆上螺纹的螺距，μ为牙数；D为螺纹大径，l为弯曲力臂，可根据螺距在国家规范中查阅；[τ]为螺母材料抗剪强度许用值；[σ]b为螺母材料的弯拉应力许用值。
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