CN112709249B

CN112709249B - 一种基桩的加载及节点连接方法

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Publication number: CN112709249B
Application number: CN201911021845.8A
Authority: CN
Inventors: 郭满良
Original assignee: Shenzhen General Institute of Architectural Design and Research Co Ltd
Current assignee: Shenzhen General Institute of Architectural Design and Research Co Ltd
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: CN112709249A

Abstract

本发明公开了一种基桩的加载及节点连接方法，包括：将上部结构采用第一连接方式连接于基桩，以使所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态，在所述上部结构上施加第一荷载；基于所述第一荷载，计算所述基桩在所述可活动状态下的第一内力；将所述上部结构相对所述基桩由所述可活动状态调整至固定状态，在所述上部结构上施加第二荷载；基于所述第二荷载，计算所述基桩在所述固定状态下的第二内力，叠加所述第一内力及所述第二内力，得到基桩的目标内力，其中，所述第一荷载与所述第二荷载之和等于所述上部结构相对基桩固定时受到的全部荷载。采用本发明的方法，不仅能够有效均化基桩受到上部荷载作用的内力，而且施工方式简单快捷。

Description

一种基桩的加载及节点连接方法

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，尤其涉及一种基桩的加载及节点连接方法。

背景技术

工程结构的基础或桩基，统称为基桩，基桩承受上部结构传来的荷载，通常为轴力、剪力、弯矩等。

目前，在工程设计中，对于基桩的结构设计的可行性分析主要是通过将基桩与上部结构固定连接，然后承受上部结构的荷载的基础上计算得到基桩的内力。但是，根据上述方式，基桩受到上部结构的荷载作用产生的内力非常不可控，分布也非常不均，在内力较为集中的位置可能需增大该位置的截面，而在内力较小的位置，其未能发挥其受力性能，基于此，对基桩造成材料浪费，经济性不佳。

发明内容

本发明实施例公开了一种基桩的加载及节点连接方法，能够有效均化基桩受到荷载作用产生的内力，降低基桩的结构设计难度，同时也便于实际施工。

本发明提供了一种基桩的加载及节点连接方法，所述方法包括

将上部结构采用第一连接方式连接于基桩，以使所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态，在所述上部结构上施加第一荷载；

基于所述第一荷载，计算所述基桩在所述可活动状态下的第一内力；

将所述上部结构相对所述基桩由所述可活动状态调整至固定状态，在所述上部结构上施加第二荷载；

基于所述第二荷载，计算所述基桩在所述固定状态下的第二内力；

叠加所述第一内力及所述第二内力，得到所述基桩的目标内力；

其中，所述第一荷载与所述第二荷载之和等于所述上部结构相对基桩固定时受到的全部荷载。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述第一连接方式为螺栓连接或者是插入式凝固料浇筑连接。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述上部结构通过螺栓连接的方式与所述基桩连接；

所述将上部结构采用第一连接方式连接于所述基桩，以使所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态，在所述上部结构上施加第一荷载，包括：

提供螺栓；

在所述上部结构朝向所述基桩的位置以及所述基桩对应朝向所述上部结构的位置设置第一螺孔；

将所述螺栓伸入螺孔并暂不拧紧，以使所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态；

根据所述目标荷载，计算所述第一荷载；

在所述上部结构上施加所述第一荷载。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述将所述上部结构相对所述基桩由所述可活动状态调整至固定状态，在所述上部结构上施加第二荷载，包括：

在所述上部结构朝向所述基桩的位置安装垫板，所述垫板上设有供所述螺栓穿过的第二螺孔；

将所述螺栓穿过所述第一螺孔及所述第二螺孔并拧紧，并使得所述垫板的下表面贴紧所述基桩的上表面；

根据所述目标荷载及所述第一荷载，计算所述第二荷载；

在所述上部结构上施加所述第二荷载。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述第一螺孔及所述第二螺孔均为长条形孔，且所述第一螺孔及所述第二螺孔的长轴方向与所述上部结构沿水平方向的截面的长度方向相同。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述第一连接方式为插入式凝固料浇筑连接；

在所述基桩朝向所述上部结构的位置开设基础杯口；

将所述上部结构朝向所述基桩的一端插入所述基础杯口内，并使得所述上部结构的底面和/或所述上部结构的外周与所述基础杯口的底面和/或内壁面具有一定间隙，以使所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态；

根据所述目标荷载，计算所述第一荷载；

在所述上部结构上施加所述第一荷载。

在所述上部结构的底面至所述基础杯口的底面、以及所述上部结构的外周与基础杯口的内壁面之间的间隙处填充凝固料；

待所述凝固料生成后，所述上部结构固定于所述基础杯口，以使所述上部结构相对所述基桩处于固定状态；

根据所述目标荷载及所述第一荷载，计算所述第二荷载；

在所述上部结构上施加所述第二荷载。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述基桩包括横轴和与所述横轴垂直连接的铅垂线，所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态时，所述上部结构相对所述基桩沿所述横轴以及所述铅垂线分别可发生滑动，且所述上部结构相对所述基桩沿所述铅垂线发生滑动时还相对所述基桩可发生转动。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述第一荷载及所述第二荷载为均布荷载、集中荷载、线荷载和/或位移荷载。

作为一种可选的实施方式，在本发明实施例中，所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态时，所述上部结构相对所述基桩无约束，所述约束包括线约束和/或角约束；

所述目标内力包括轴力、剪力、弯矩中的任意一种或多种。

与传统技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

本实施例提出了一种基桩的加载及节点连接方法，通过调整基桩和上部结构的连接状态，根据不同的连接状态将上部结构的目标荷载分阶段进行施加，这样，由于不同连接状态下对基桩产生的内力分布不同，在叠加不同状态下产生的内力后，得到基桩的目标内力更加均匀。因此，采用本发明的方法，基桩的内力分布由不均变得均匀，从而无需增大传统受力较大的位置的截面，降低基桩的结构设计难度，同时对于传统受力较小的位置适当增大其受力，从而使该位置能够在结构中发挥其结构受力性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种基桩的加载及节点连接方法的流程图；

图2是本发明实施例公开的上部结构相对基桩可活动的一种连接结构图；

图3是本发明实施例公开的上部结构相对基桩固定的一种连接结构图；

图4是本发明实施例公开的上部结构相对基桩可活动的另一种连接结构图；

图5是本发明实施例公开的上部结构相对基桩固定的另一种连接结构图；

图6是背景技术提及的传统基桩和上部结构固定时受目标荷载作用下的内力图；

图7是本发明案例公开的基桩承受上部结构施加的第一荷载作用下的第一内力图；

图8是本发明案例公开的基桩承受上部结构施加的第二荷载作用下的第二内力图；

图9是第一内力和第二内力得加的目标内力图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

本发明实施例公开了一种基桩的加载及节点连接方法，其加载方式合理可靠，连接方法简单。

以下进行结合附图进行详细描述。

实施例一

请参阅图1，本发明提供了一种基桩的加载及节点连接方法，包括

101、将上部结构采用第一连接方式连接于所述基桩，以使所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态，在所述上部结构上施加第一荷载。

在本实施例中，基桩20是指基础或者是桩基等受轴力、剪力、弯矩等作用的结构。该上部结构10可为与基桩连接的梁、柱或者板等结构。

进一步地，为了便于实际施工，该第一连接方式可为螺栓连接或者是插入式凝固料(例如混凝土)浇筑连接。

请一并参阅图2，第一种可选的实施方式，该第一连接方式为螺栓连接，则在上述步骤101中，具体可包括以下步骤：

1011、提供螺栓。

1012、在上部结构朝向基桩的位置以及基桩对应朝向上部结构的位置均设置第一螺孔。

其中，该螺栓30可为地脚螺栓，该第一螺孔31可为长条形螺孔，例如椭圆形孔或者是U形孔等等。该上部结构10主要是底部和基桩20的上部连接，因此，为了实现上部结构10的底部相对基桩可活动，该第一螺孔的31长轴方向应与上部结构10沿水平方向的截面的长度方向同向。

1013、将螺栓伸入第一螺孔并暂不拧紧，以使上部结构相对基桩处于可活动状态。

其中，该基桩20包括横轴以及与横轴垂直的铅垂线，该上部结构10相对基桩20处于可活动状态时，该上部结构10相对基桩沿横轴以及铅垂线分别可发生滑动，产生滑动线位移，且上部结构相对基桩沿铅垂线发生滑动时还可相对基桩发生转动。也就是说，此时上部结构相对该基桩处于无约束状态。该约束可为线约束和/或角约束。

也就是说，采用螺栓连接的方式，在施工时，仅需保持螺栓30与第一螺孔31之间暂不拧紧，从而该上部结构可相对基桩发生滑动以及转动，施工方式非常简单快捷。

1014、根据目标荷载计算该第一荷载。

1015、在上部结构上施加该第一荷载。

在本实施例中，上部结构承受的全部荷载为目标荷载，该目标荷载可为分布荷载和/或集中荷载。具体地，该目标荷载可恒荷载和活荷载。其中，恒荷载包括结构自重、楼板叠合层、楼板面层等，由工程结构做法确定。活荷载包括人员、设备等的荷载，由工程使用功能确定。也就是说恒荷载是由工程本身产生的，活荷载是由使用者产生的。当然，在环境因素的影响下，上部结构还可能受到风荷载、地震荷载等动荷载的作用。在工程理论中，上部结构所受到的这些类型的荷载的具体数值可根据工程规范中规定的公式进行计算得到。

因此，该第一荷载可为均布荷载、集中荷载、线荷载和/或位移荷载，且该第一荷载为目标荷载的部分荷载。

请参阅图4，第二种可选的实施方式，该第一连接方式为插入式凝固料浇筑连接，则上述步骤101中，具体包括以下步骤：

101a、在基桩朝向上部结构的位置开设基础杯口。

其中，该基桩朝向上部结构的位置为基桩上部，即，在基桩上部开设基础杯口21，为了便于上部结构插入连接以及后续浇筑凝固料(例如混凝土)固定，该基础杯口的口径应大于该上部结构的外径。即，基础杯口的内壁面至上部结构的外周之间应具有一定间隙，后续浇筑凝固料时可浇筑于该间隙内并填满该间隙。

101b、将所述上部结构朝向所述基桩的一端插入所述基础杯口内，并使得所述上部结构的底面和/或所述上部结构的外周与所述基础杯口的底面和/或内壁面具有一定间隙，以使所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态。

具体地，在实际施工中，在将上部结构的底部插入基础杯口内，应确保，上部结构的底面至基础杯口的底面具有间隙，以便于后续浇筑凝固料40时，凝固料能够填满该间隙，确保上部结构的底面和基础杯口之间的连接紧密性，同时保证上部结构与基桩之间的传力。

此外，如上所言，为了后续填充凝固料，因此，上部结构的外周与基础杯口的内壁面也应具有该一定间隙。

101c、根据目标荷载计算第一荷载。

101d、在上部结构上施加该第一荷载。

102、基于所述第一荷载，计算所述基桩在所述可活动状态下的第一内力。

具体地，由上述可知，基桩主要承受其上部结构施加的荷载作用产生内力，因此，在第一荷载作用下，基桩产生该第一内力。

其中，该第一内力可包括轴力、弯矩、剪力中的任意一种或多种。如图7所示，在第一荷载作用下，基桩的节点A未承受第一内力，基桩的节点B承受的第一内力主要为轴力V_B1、弯矩M_B1以及水平剪力H_B1。

103、将上部结构相对所述基桩由可活动状态调整至固定状态，在上部结构上施加第二荷载。

请一并参阅图1及图2，如上述第一种可选的实施方式，该第一连接方式为螺栓连接。则该步骤103具体包括以下步骤：

1031、在上部结构朝向基桩的位置安装垫板，在垫板上设有供螺栓穿过的第二螺孔。

在本步骤中，在上部结构的底面安装垫板50的目的是为了进一步加强上部结构与基桩之间的连接。具体地，该垫板上的第二螺孔应与上部结构和基桩上的第一螺孔对应设置，且第二螺孔也应为长条形孔，第二螺孔的长轴方向与第一螺孔的长轴方向同向。

1032、将所述螺栓穿过所述第一螺孔及所述第二螺孔并拧紧，并将所述垫板的下表面贴紧基桩的上表面。

在本实施例中，在施加完第一荷载的这一阶段后，可将螺栓拧紧，使得上部结构相对基桩固定，不再发生滑动和转动，即此时，上部结构处于约束状态。

1033、根据目标荷载及第一荷载，计算第二荷载。

1034、在上部结构上施加第二荷载。

在本实施例中，第二荷载与第一荷载一样，均可为均布荷载、集中荷载、线荷载和/或位移荷载。由于第一荷载与第二荷载之和等于目标荷载，因此，在计算第二荷载时，可根据前述已经计算的第一荷载以及目标荷载进行计算。

请一并参阅图1及图5，作为第二种可选的实施方式，该第一连接方式还可为插入式凝固料浇筑连接。则该步骤103具体包括以下步骤：

103a、在上部结构的底面至基础杯口的底面、以及上部结构的外周与基础杯口的内壁面之间的间隙处填充凝固料。

本步骤的目的是将上部结构的下部固定于基础杯口内，使其与基础杯口处于紧固连接状态，则上部结构可直接传力至基桩。

103b、待凝固料生成后，上部结构固定于基础杯口，以使上部结构相对基桩处于固定状态。

也就是说，在凝固料生成后，上部结构直接固定于基桩，不再发生相对活动。

103c、根据目标荷载和第一荷载，计算第二荷载。

103d、在上部结构上施加第二荷载。

104、基于所述第二荷载，计算所述基桩在所述固定状态下的第二内力。

如图8所示，因此时上部结构已经与基桩处于固定连接状态，因此，基桩的节点A、B均产生第二内力。即，节点A的第二内力包括水平剪力H_A2、弯矩M_A2以及轴力V_A2，而节点B的第二内力包括水平剪力H_B2、弯矩M_B2以及轴力V_B2。

105、叠加第一内力及第二内力，得到基桩的目标内力。

结合图9所示，将上述基桩承受第一荷载作用产生的第一内力与基桩承受第二荷载作用产生的第二内力进行叠加，即可得到基桩在目标荷载作用下产生的目标内力。该目标内力包括弯矩、轴力以及水平剪力。

此外，在叠加时，可将基桩节点A处的第一内力和基桩节点A处的第二内力进行叠加，得到基桩节点A处的目标内力。同理，将基桩节点B处的第一内力和基桩节点B处的第二内力进行叠加，得到基桩节点B处的目标内力。

也就是说，采用本发明实施例的方案，主要是将上部结构原本需承受的目标荷载分不同连接状态且分为不同的阶段进行施加，从而能够利用两个不同连接状态下，调整基桩的不同节点受到的内力，从而叠加后使得基桩的整体受力有所改善，有效均化基桩的受力。

可以理解的是，在本发明中，也可在上部结构相对基桩处于可活动状态时，在上部结构上施加该第一荷载。

由此可知，采用本发明的方法，其主要关键在于调整上部结构与基桩之间的连接状态，以生成不同的连接状态。然后对应不同的连接状态施以部分荷载，最终进行叠加后基桩的受力更加均化。

下面将结合基桩的受力分析图详细说明采用本发明的方法对基桩的目标内力的计算过程。

如图6所示，图6示出了传统的上部结构与基桩直接固定连接然后施加全部目标荷载时，基桩的受力情况。图6中，采用对称单层单跨框架，承受不对称竖向荷载。查中国建筑工业出版社《建筑结构静力计算手册》(1975年6月第一版)，如令a＝b＝l/2，构件截面惯性矩I_A＝I_B＝I₁＝I₂＝I，h＝l，分段长度比例系数

线刚度比：

其他无量参数：

μ₁＝2+K＝3

μ₂＝1+6K＝7

柱基A、B的受力如下：

水平剪力：

弯矩：

弯矩：

可求出：

桩基A的轴力：

桩基B的轴力：

显然，基桩A与基桩B承受荷载作用下，除水平剪力H相等外，其轴力和弯矩都相差较大。

本发明以均匀工程地质条件下，单层单跨框架中的基桩A、B，承受半跨均布竖向荷载q为例进行说明。

如图7所示，第一阶段，将上部结构通过第一连接方式(例如螺栓连接或者插入式凝固料浇筑连接)连接于基桩，此时，上部结构相对基桩处于可活动状态，在上部结构上施加该竖向荷载q的部分荷载q₁(即第一荷载)，在第一荷载作用下，与图6中的传统基桩A进行比较，本发明的基桩A未产生内力，而是集中在基桩B上，基桩B产生第一内力。

如图8所示，将上部结构固定连接于基桩，此时，上部结构固定，施加该竖向荷载q的剩余荷载q₂(即第二荷载)，在第二荷载作用下，与图6中的传统基桩进行比较，基桩A和基桩B均产生了第二内力。

如图9所示，将基桩A、基桩B两个状态下分别受到的内力进行叠加，得到目标内力如下：

基桩A、B的水平剪力相较于传统图6中的基桩A、基桩B受到的水平剪力：

基桩A受到的轴力减小，基桩B受到的轴力增大了。

桩基A受到的弯矩减小了，桩基B受到的弯矩增大了：

M_Bq＝M_B1+M_B2＞M_Ba

其中，荷载分阶段施加于不同状态进行轴力、水平剪力及弯矩消减均化的程度取决于q₁占全部荷载q的比例。

由此可知，采用本发明提供的基桩的加载及节点连接方法，通过分阶段分状态施加荷载，能够达到均化基桩的内力的效果。

另外，采用本发明的方法，在对上部结构与基桩的连接状态调整时，可采用螺栓连接或者是插入式凝固料浇筑连接的方式，施工简单方便，工程费经济，安全可靠。

以上对本发明实施例公开的一种基桩的加载及节点连接方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种基桩的加载及节点连接方法，其特征在于，所述方法包括：

其中，所述可活动状态为所述上部结构相对所述基桩处于无约束的状态，所述第一荷载与所述第二荷载之和等于所述上部结构相对基桩固定时受到的全部荷载。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一连接方式为螺栓连接或者是插入式凝固料浇筑连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上部结构通过螺栓连接的方式与所述基桩连接；

提供螺栓；

将所述螺栓伸入所述第一螺孔并暂不拧紧，以使所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态；

根据目标荷载，计算所述第一荷载；

在所述上部结构上施加所述第一荷载；

其中，所述目标荷载为所述上部结构承受的全部荷载。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述上部结构相对所述基桩由所述可活动状态调整至固定状态，在所述上部结构上施加第二荷载，包括：

根据所述目标荷载及所述第一荷载，计算所述第二荷载；

在所述上部结构上施加所述第二荷载。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一螺孔及所述第二螺孔均为长条形孔，且所述第一螺孔及所述第二螺孔的长轴方向与所述上部结构沿水平方向的截面的长度方向相同。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一连接方式为插入式凝固料浇筑连接；

在所述基桩朝向所述上部结构的位置开设基础杯口；

根据目标荷载，计算所述第一荷载；

在所述上部结构上施加所述第一荷载；

其中，所述目标荷载为所述上部结构承受的全部荷载。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将所述上部结构相对所述基桩由所述可活动状态调整至固定状态，在所述上部结构上施加第二荷载，包括：

根据所述目标荷载及所述第一荷载，计算所述第二荷载；

在所述上部结构上施加所述第二荷载。

8.根据权利要求1至7任一所述的方法，其特征在于，所述基桩包括横轴和与所述横轴垂直的铅垂线，所述上部结构相对所述基桩处于可活动状态时，所述上部结构相对所述基桩沿所述横轴以及所述铅垂线分别可发生滑动，且所述上部结构相对所述基桩沿所述铅垂线发生滑动时还相对所述基桩可发生转动。

9.根据权利要求1至7任一所述的方法，其特征在于，所述第一荷载及所述第二荷载为均布荷载、集中荷载、线荷载和/或位移荷载。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束包括线约束和/或角约束；

所述基桩的目标内力包括轴力、剪力、弯矩中的任意一种或多种。