CN113481981A - 一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程防护加固设备技术领域,尤其涉及一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,它设置有若干叠摞的管套,其中最上端的管套连接有与岩土层贴合的挡板、最上端的管套与桩基连接,我们在相邻的两个管套中上方的管套通过安装环安装有楔形块,而在下方的管套上沿其径向滑动安装有固定锥,在该处的预应力钢绞线断裂后,楔形块随上方的管套上升,从而带动固定锥从下方的管套内伸出,从而增加了下方管套的抓地力,另外我们在桩基内设置有贯通的第一阶梯槽和第二阶梯槽,通过设置分别与最下端管套和螺杆连接的第一圆台和第二圆台,使得所有管套与螺杆可以在桩基内沿径向在一定范围移动,从而使得桩在受径向载荷时有一定的缓冲。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程防护加固设备技术领域,尤其涉及一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩。
背景技术
土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称,它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术活动,也指工程建设的对象,即建造在地上或地下、陆上或水中 ,直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施,例如房屋、道路、铁路、管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水排水以及防护工程等,而在土木工程建设中,很多情况都需要使用加固设备,就比如隧道挖掘或者是堤坝建设中,都需要对侧壁上的岩土层进行固定,避免岩石脱落,影响加工进程以及造成安全隐患,因此就需要在加固区域打入基桩,进行加固处理;
公开号为:CN110966030A的发明专利提出了一种多级应力及位移控制可伸长锚杆与可回收锚杆装置,他通过在锚杆的底座上设置若干管体,并在两个相邻的管体之间连接有受力弹性体和特定屈服受力拉体,在锚杆固定后,当岩土层有发生形变的趋势时,就会抵住托盘而带动管体移动,使得受力弹性体和特定屈服受力拉体受力,而在受力弹性体和特定屈服受力拉体拉力的作用下,对岩土层进行加固,而在岩土层发生形变后,最上层的特定屈服受力拉体就会断裂,而余下的受力弹性体和特定屈服受力拉体仍对岩土层具有加固作用,使得锚杆的极限拉伸长度范围大大增加,但是该锚杆在使用时,锚杆承受的载荷不仅仅是轴向载荷,还承受轴向载荷,在锚杆承受径向载荷时,其包含的螺杆以及设在底座上的管体就会受径向力而发生形变,而使得锚杆多级加固的效果大大降低,另外,在该专利中,多个管体之间的抓地力相同,那么在上方的特定屈服受力拉体断裂后,即岩土层反生形变甚至坍塌后,下方的受力弹性体和特定屈服受力拉体承受的拉力将会大大增加,如果仅仅是靠受力弹性体和特定屈服受力拉体的拉力对托盘施加反作用力而加固岩土层,那么下方的受力弹性体和特定屈服受力拉体起到的作用就会减小,并且上方的特定屈服受力拉体断裂的越多,加固效果就越小;
因此,设计一种能够在承载轴向力的同时,还能克服一定的径向载荷,并且能够增加抓地力的设备就显得较为重要了。
发明内容
针对上述情况,为克服现有技术之缺陷,本发明提供一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,它设置有若干叠摞的管套,其中最上端的管套连接有与岩土层贴合的挡板、最上端的管套与桩基连接,我们在相邻的两个管套之间设置有抗拉弹簧和预应力钢绞线,并且自上往下的预应力钢绞线的股数逐渐增加,使得自上往下的预应力钢绞线的抗拉强度逐渐增加,从而使得没层的管套加固效果逐渐增加,另外我们在相邻的两个管套中上方的管套通过安装环安装有楔形块,而在下方的管套上沿其径向滑动安装有固定锥,在该处的预应力钢绞线断裂后,楔形块随上方的管套上升,从而带动固定锥从下方的管套内伸出,从而增加了下方管套的抓地力,另外我们在桩基内设置有贯通的第一阶梯槽和第二阶梯槽,通过设置分别与最下端管套和螺杆连接的第一圆台和第二圆台,使得所有管套与螺杆可以在桩基内沿径向在一定范围移动,从而使得桩在受径向载荷时有一定的缓冲,而不是直接受力而发生形变,影响加固效果。
具体技术方案如下:
一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,包括若干相互配合的桩,桩包括桩基且桩基上同轴心设有螺杆,螺杆上端间隔配合有自锁螺母和挡板,其特征在于,所述桩基上同轴心设有防护管,防护管包括四个叠摞的套管且最下端的套管安装在桩基上、最上端套管上端与挡板固定连接,相邻两所述套管在一定范围内轴向滑动配合且两套筒之间等间隔环绕设有若干抗拉弹簧与第一预应力钢绞线,且第一预应力钢绞线从上到下的抗拉能力逐渐增强。
优选的,所述桩基与最下端套管之间设置有可让套管在一定范围内移动的调控机构;
所述调控装置包括设在桩基上端且上小下大的第一阶梯槽,所述第一阶梯槽下部分设有截面直径大于阶梯槽上部分的第一圆台且第一圆台与最下端套管的底壁连接,所述第一圆台与套管连接部位的截面直径小于第一阶梯槽上部分的截面直径且第一圆台及其与套管连接部位均与螺杆间隙配合。
优选的,所述桩基内设有上小下大且与第一阶梯槽贯通的第二阶梯槽,所述螺杆伸入第二阶梯槽一端设有第二圆台且第二圆台的截面直径大于第二阶梯槽上部分,所述第二阶梯槽内设有与第二圆台贴合的弹性体。
优选的,相邻套管中下方套管的上端外圆面和上套管的下端的内圆面上分别设有第一弧形槽和第二弧形槽,第一弧形槽的上端凸起与第二弧形槽表面贴合、第二弧形槽的下端凸起与第一弧形槽的表面贴合。
优选的,下方套管的上端面上设有第三弧形槽且第三弧形槽内轴向滑动配合有圆环,所述圆环与第二弧形槽之间连接有缓冲弹簧,所述第一预应力钢绞线的两端分别连接在第二弧形槽顶壁和圆环上。
优选的,相邻套管中下方的套管侧壁上等间隔设有若干圆孔且该套管内沿径向滑动配合有若干与圆孔一一对应的固定锥,上方的套管固定连接有安装环且安装环与螺杆间隙配合,所述安装环下端设有若干与固定锥一一对应的楔形块。
优选的,若干所述桩之间呈矩形均匀布置,所述挡板上端四周均滑动配合有滑块且滑块与挡板之间连接有张紧弹簧,所述滑块背离螺杆一面可拆卸安装有第二预应力钢绞线且第二预应力钢绞线另一端与相邻的挡板上的对应滑块可拆卸连接。
优选的,所述第一预应力钢绞线从上到下分别选用3丝、7丝、19丝。
优选的,第二预应力钢绞线选用19丝。
优选的,所述套管选用高强度高韧性的铁铝锰碳合金。
本发明的有益效果:本发明提供一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,它设置有若干叠摞的管套,其中最上端的管套连接有与岩土层贴合的挡板、最上端的管套与桩基连接,我们在相邻的两个管套之间设置有抗拉弹簧和预应力钢绞线,并且自上往下的预应力钢绞线的股数逐渐增加,使得自上往下的预应力钢绞线的抗拉强度逐渐增加,从而使得没层的管套加固效果逐渐增加;
另外我们在相邻的两个管套中上方的管套通过安装环安装有楔形块,而在下方的管套上沿其径向滑动安装有固定锥,在该处的预应力钢绞线断裂后,楔形块随上方的管套上升,从而带动固定锥从下方的管套内伸出,从而增加了下方管套的抓地力;
另外我们在桩基内设置有贯通的第一阶梯槽和第二阶梯槽,通过设置分别与最下端管套和螺杆连接的第一圆台和第二圆台,使得所有管套与螺杆可以在桩基内沿径向在一定范围移动,从而使得桩在受径向载荷时有一定的缓冲,而不是直接受力而发生形变,影响加固效果。
附图说明
图1为本发明若干桩配合示意图;
图2为本发明的图1中A处局部示意图;
图3为本发明桩的剖视示意图;
图4为本发明的图3中B处局部示意图;
图5为本发明的图3中C处局部示意图;
图6为本发明桩基剖视示意图;
图7为本发明中最下端的管套与第一阶梯槽连接部位示意图;
图8为本发明中最上端管套与最下端管套之间的管套示意图;
图9为本发明的图8的剖视示意图;
图10为本发明桩的俯视示意图;
图11为本发明沿图10中C—C剖切的剖视示意图;
图12为本发明的图11中D示意图;
图13为本发明安装环与楔形块连接示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效,在以下配合参考附图1至图13实施例的详细说明中,将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容,均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。
实施例1,在围岩高应力地区,尤其是软岩地区,由于受外部加卸载荷、振动冲击等作用下,其边部常出现形变甚至坍塌的情况,现有的常采用锚杆加固的方式对该部位进行加固,即将锚杆一端固定在岩层深处,而另一端锚固在边坡外侧,但是在岩层发生较大形变时,由于该机构的极限拉伸长度较小,极易发生锚杆断裂的状况,从而使得锚杆失去加固作用,进而导致工程事故,在本实施例中提供一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,公开号为:CN110966030A的发明专利提出了一种多级应力及位移控制可伸长锚杆与可回收锚杆装置,他通过在锚杆的底座上设置若干管体,并在两个相邻的管体之间连接有受力弹性体和特定屈服受力拉体,在锚杆固定后,当岩土层有发生形变的趋势时,就会抵住托盘而带动管体移动,使得受力弹性体和特定屈服受力拉体受力,而在受力弹性体和特定屈服受力拉体拉力的作用下,对岩土层进行加固,而在岩土层发生形变后,最上层的特定屈服受力拉体就会断裂,而余下的受力弹性体和特定屈服受力拉体仍对岩土层具有加固作用,使得锚杆的极限拉伸长度范围大大增加,从而避免了岩层边部一发生变形就会拉断锚杆;
但是锚杆在使用时,锚杆承受的载荷不仅仅是轴向载荷,还承受轴向载荷,上述的锚杆虽然通过多级设置增加了锚杆的轴向拉伸极限长度,但是对于径向遭受的载荷就没有办法克服,这样锚杆在承受径向载荷时,其可能发生扭曲、变形,使得锚杆的加固效果大大减小,甚至失效,为此,在本实施例中提供一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,参照附图3所述,它包括桩,而桩包括固定在岩层深处的桩基1,并且桩基1设置成锥形结构,使得桩基1的抓地力大大增加,这样桩基1在承受轴向拉力的时候就不会轻易脱落,而桩基1上设置有螺杆2,螺杆2伸出地面一端设有螺纹,并且该部位螺纹配合有自锁螺母4(自锁螺母4一般是靠摩擦力,其原理是通过压花齿压入钣金的预置孔里,一般方预置孔的孔径略小于压铆螺母,运用螺母与锁紧机构相连,当拧紧螺母时,锁紧机构锁住尺身,尺框不可自由移动,达到锁紧的目的;当松开螺母时,锁紧机构脱开尺身,尺框沿尺身移动),初始状态时,我们将自锁螺母4拧到该区域内允许岩层形变的极限位置处,而桩基1上设置有防护管,防护管包括四个叠摞在一起的套管5,最下端的套管5设置在桩基1上,而最上端的套管5连接有挡板3,在桩放到基坑中后,挡板3就会抵在岩层表面,其中相邻的两个套管5之间为轴向滑动配合,但是其滑动范围一定,参照附图5和附图9所示,相邻两套管5中下方套管5的上端外圆面上设置有第一弧形槽12,而上方套管5下端的内圆面上设有第二弧形槽13,两者在装配时,第一弧形槽12与第二弧形槽13相互咬合,即第一弧形槽12的上端凸起与第二弧形槽13表面贴合、第二弧形槽13的下端凸起与第一弧形槽12的表面贴合,从而使得相邻两个套管5只能在第一弧形槽12的范围内移动,另外参照附图12所示,相邻两套管5的相对一端等间隔连接有抗拉弹簧6和第一预应力钢绞线7,抗拉弹簧6既可以套设在第一预应力上,还可以与之等间隔交错设置,这样是为了使得抗拉弹簧6与第一预应力钢绞线7受力均匀,防止受力不均而使得受力较大的第一预应力钢绞线7先断裂,这样桩在安装完毕后,挡板3抵在岩层表面就会给岩层一个作用力,在岩层有发生形变的趋势时,挡板3受力而给岩层一个反作用力,以抑制岩层变形,此时每一层的抗拉弹簧6与第一预应力钢绞线7都会受到一个力,而随着岩层形变趋势逐渐增加,抗拉弹簧6与第一预应力钢绞线7受到的拉力就会逐渐增强,直至某一层的若干第一预应力钢绞线7都断裂,此时与该第一预应力钢绞线7连接的两个套管5就会发生相对滑动至其滑动范围最大位置,然后又会在其余的第一预应力钢绞线7和抗拉弹簧6的作用下,仍给岩层一个加固作用力,直至三层的第一预应力钢绞线7均断裂,此时挡板3就会挡在自锁螺母4上而到达桩的抗拉极限位置,此时就只能靠锚杆本身的抗拉屈服能力对岩层极限加固,而在第一预应力钢绞线7断裂后,抗拉弹簧6仍具有一定的抗拉能力;
在上述结构的基础上,为了在一定范围内克服径向载荷,我们在桩基1的上端设置有第一阶梯槽8,参照附图6所示,第一阶梯槽8包括两个截面直径不等且相互连通的圆孔,并且这两个圆孔中上方圆孔的截面直径较小,而参照附图7所示,最下端的套管5的下端设置有第一圆台9,并且第一圆台9与螺杆2间隙配合,该套管5与桩基1连接时,是将第一圆台9放在阶梯槽的下方的圆孔内,并且第一圆台9的上下端面与该圆孔的上下端贴合,这样套管5在安装到桩基1上后就不会出现摆动而使得套管5上的第一预应力钢绞线7与抗拉弹簧6受力不均,影响桩的使用效果,而且第一圆台9的截面直径大于第一阶梯槽8上部分且小于第一阶梯槽8的下部分,而第一圆台9与套管5连接部位小于第一阶梯槽8上部分,这样就使得该套管5安装到桩基1上后,能够在桩基1上端面沿其径向移动,而移动范围为第一圆台9与螺杆2之间的间隙,这样在岩层发生径向形变时,套管5受到径向载荷而在桩基1上端面移动,使得套管5在受到径向载荷时有一定的屈服余量,而不是在受到径向力后只能硬抗直至变形,使得套管5的加固效果大大折扣、甚至失效,优选的,参照附图4所示,我们还在桩基1内设有与第一阶梯槽8连通的第二阶梯槽10,同样的第二阶梯槽10的上部分的截面直径也是小于下部分的截面直径,为避免第一圆台9在第一阶梯槽8内移动时掉落到第阶梯槽内,我们将第二阶梯槽10上部分的截面直径设置成小于第一阶梯槽8下部分的截面直径,而螺杆2下端贯穿第一阶梯槽8和第二阶梯槽10,并且螺杆2下端固定连接有位于第二阶梯槽10的下部分的第二圆台11且第二圆台11上下端面也与第二阶梯槽10下部分的上下端面贴合,而且第二圆台11的截面直径小于第二阶梯槽10下部分但大于第二阶梯槽10上部分,并且螺杆2的截面直径小于第一阶梯槽8和第二阶梯槽10,这样就使得螺杆2在一定范围内也能移动,这样最底端的套管5在受到径向载荷而移动时,就不会因为顶住螺杆2而无法移动,从而使得该套管5的移动范围增加,此时套管5的移动范围变成了第一阶梯槽8上部分截面直径减去第一圆台9与套管5连接部位的截面直径,另外需要注意的是,在第二阶梯槽10内设置有与第二圆台11贴合的弹性体,使得螺杆2在不受径向载荷时处于桩基1的轴心位置,这样初始的时候套管5就已经相对桩基1发生位移,而减小了安装后的移动间距,即减小了套管5的径向移动量。
实施例2,由于多个套管5的外圆面为较为光滑的表面,那么四个套管5表面与岩层之间的抓地力相同,那么在上方的第一预应力钢绞线7断裂后,即岩土层反生形变后,下方的第一预应力钢绞线7的拉力将会大大增加,并且由于岩层随着形变的增加,其对挡板3的作用力也是骤增的,如果仅仅是靠第一预应力钢绞线7和抗拉弹簧6的拉力对挡板3施加反作用力而加固岩土层,下方的第一预应力钢绞线7和抗拉弹簧6起到的作用就会减小,并随着上方的第一预应力钢绞线7断裂的越多,加固效果就越小,因此参照附图5、附图9所示,我们在相邻的两个套管5中下方套管5的侧壁上等间隔设有若干圆孔,并且我们还在下方的套管5内设置有若干与圆孔一一对应的滑槽,每一个滑槽内都滑动安装有固定锥17,而上方套管5的内圆面上固定连接有安装环,安装环的具体结构参照附图13所示,而安装环与螺杆2间隙配合,并且安装环下端设有若干楔形块18,而固定锥17抵在楔形块18的楔形面上,在桩埋入岩土层后,相邻的两个套管5之间的位置如附图5所示,此时固定锥17都处于套管5内,并且固定锥17与楔形块18的楔形面上部分接触,而随着岩层形变的夹具,第一预应力钢绞线7就会断裂,那么与该处的第一预应力钢绞线7对应的两个套管5就会发生相对位移,那么上方的套管5就会带着安装环上移,使得楔形块18随之上移,那么在楔形块18上移的过程中,就会抵着固定锥17往套管5之外移动,在固定锥17伸出套管5后会扎在岩层中,从而使得下方的套管5与岩土层之间多了一处连接,使得下方的套管5相对岩层发生位移的难度增加,也就是说,下方套管5的抓地力增加,甚至对该套管5以下的岩土层都有一个束缚作用,即位于该固定锥17之下的岩土若是要发生形变就不仅要克服第一预应力钢绞线7的拉力,还要克服固定锥17的阻拦,如此对岩层的加固效果就会大大提升;
另外,第一预应力钢绞线7自上到下,分别选用3丝、7丝、19丝,从而使得第一预应力钢绞线7的抗拉能力自上到下逐渐增强,而这么设置的目的是:如果第一预应力钢绞线7自上到下的抗拉能力并非逐渐增强,而是层次不齐或者是相等的,那么多级的第一预应力钢绞线7在收到拉力作用直至超过其抗拉屈服极限时,就会断裂,但是此时断裂的位置不确定,假如是最低层的第一预应力钢绞线7线断裂,那么即使与之对应的固定锥17从套管5内伸出,但是这样只是加固了最底层套管5与岩层之间的连接,对于该固定锥17之上的岩土层无效果,而若是第一预应力钢绞线7的抗拉能力逐渐增加,那么在岩层形变而给挡板3的作用力超过第一预应力钢绞线7的屈服极限后,第一预应力钢绞线7就会自上而下的断裂,那么固定锥17也是自上而下的伸出,那么在最上层的固定锥17伸出后对下方的岩层有一个加固和阻拦作用,同样的,第二层也是如此,这样就使得本专利的加固效果大大提升,而若是第一预应力钢绞线7自下而上的断裂,那么固定锥17对下层岩土从加固作用就会失效,大大降低了固定锥17的加固效果。
实施例3,在公开号为:CN110966030A的发明专利中,其特定屈服受力拉体与两个套管5的端面固定连接,那么在压成发生形变时, 特定屈服受力拉体就会直接受力,直至超出其屈服极限而断裂,而特定屈服受力拉体在断裂后就失去了作用,为了延长特定屈服受力拉体的使用寿命,即延长本专利中第一预应力钢绞线7的使用寿命,我们在两个相邻的套管5中下方套管5的上端面内壁上设有第三弧形槽14,参照附图9和附图12所示,第三弧形槽14内轴向滑动配合有圆环15,即圆环15只能在第三弧形槽14内滑动,并且圆环15下端面与第二弧形槽13底壁之间连接有缓冲弹簧16,此时第一预应力钢绞线7的两端分别连接在第二弧形槽13顶壁和圆环15上端面上,这样在岩层发生形变时,挡板3受力,而给套管5传动轴向力,此时套管5之间连接的抗拉弹簧6与第一预应力和第一预应力钢绞线7随之受力,与此同时缓冲弹簧16也随之受力,我们将缓冲弹簧16的抗拉能力小于与之对应的第一预应力钢绞线7和抗拉弹簧6,这样在三者受力时,虽然第一预应力钢绞线7也受力,但是缓冲弹簧16会先发生形变而被拉伸,在缓冲弹簧16移动到其移动范围最大处后,第一预应力钢绞线7才会主要承受拉力至超出其屈服极限而断裂;
为了避免岩层形变后,每一层的缓冲弹簧16都受力而同时发生形变,我们将缓冲弹簧16的抗拉能力也自上而下逐渐增加,但是始终小于与之对应的第一预应力钢绞线7的抗拉能力。
实施例4,在土木工程中,如隧道施工和河岸边坡加固等,都不会只是设置一个桩,而是设置若干桩进行加固,在此我们将若干桩均匀排布,参照附图1所示,这样使得对岩土层加固效果更均匀,当然,对于岩层更松软的区域设置的桩的密度更大一些,为了增加若干桩对岩层的加固效果,我们将桩呈矩形排布,即一个桩的四周均匀排布有四个桩(位于边界的桩除外),然后我们通过第二预应力钢绞线21将他们之间相互连接,这样在岩层有形变的趋势时,就要先克服第二预应力钢绞线21的拉力才会发生形变,从而使得若干桩连接成一个整体,极大的增加了桩与桩之间对岩层的加固效果,即在某一个桩所在的区域的岩层形变时,那么该桩四周的桩同样会给它一个拉力,帮助它加固岩层;
而由于岩层的形变越到后面越严重,因此若是将两个桩之间的第二预应力钢绞线21固定连接,那么在岩层刚开始发生形变时,第二预应力钢绞线21就会先断裂,那么在其断裂后,就已经失去了作用,因此我们在挡板3的上端面等间隔环绕设置有四个滑块19,参照附图2所示,滑块19与挡板3滑动配合,并且滑块19的滑动范围一定,其滑动范围与上面两层第一预应力钢绞线7后套管5的滑动间距之后相等,而且每个滑块19面向螺杆2一面均与挡板3连接有张紧弹簧20,张紧弹簧20与最下端的缓冲弹簧16的抗拉能力相同,另外两个桩之间相对照的滑块19之间可拆卸连接有第二预应力钢绞线21,这样在岩层发生形变后,张紧弹簧20被拉伸,滑块19就会相对挡板3发生滑动,另外我们选用19丝的预应力钢绞线为第二预应力钢绞线21,此时第二预应力钢绞线21和最下端的第一预应力钢绞线7的抗拉能力相同,这样在上面两层的第一预应力钢绞线7断裂后,此时滑块19移动到滑动范围最大处,此时最下端的第一预应力钢绞线7会跟外界的第二预应力钢绞线21同时作用,对岩层加固,而在岩层形变超过两者的屈服极限后,两者均断裂,此时挡板3抵在自锁螺母4上,继而只能靠螺杆2自身对岩层进行加固。
在本专利的实施例中,套管5选用高强度高韧性的铁铝锰碳合金,该合金具有较高的韧性和强度,不会在受拉时被轻易拉断,优选的,桩基1、螺杆2等均可以选择该材质制造,另外套管5的长度可以根据桩基1被埋的深度,视情况设置。
本专利的使用原理:
桩基1被固定在岩层后,挡板3抵在岩层表面,而自锁螺母4旋拧到允许该区域岩层形变的极限位置处,螺杆2外套设有四个叠摞的套管5,而相邻的两个套管5之间连接有第一预应力钢绞线7和抗拉弹簧6,并且第一预应力钢绞线7下端固定在圆环15上,而圆环15可以在第三弧形槽14内轴向滑动,在岩层有形变的趋势时,被缓冲弹簧16和张紧弹簧20两者克服拉力而被拉伸,在最上层缓冲弹簧16移动到最大位置处后,最上层的第一预应力钢绞线7开始主要受力,在超过其屈服极限后断裂,然后上方的管套5上移,而带动安装环上移,从而带动楔形块18上升,而楔形块18上升会抵着下方管套5内的固定锥17从其中伸出,在固定锥17伸出后,会加大下方的管套5对下层岩土的加固能力,第二层的第一预应力钢绞线7和固定锥17同样如此,而外部该桩上滑块19会随之移动,在第二层第一预应力钢绞线7断裂且套管5移动到最大位置处后,滑动也随之移动到最大位置处,此时就靠最下层的第一预应力钢绞线7和第二预应力钢绞线21的抗拉能力对岩层加固,在超过两者屈服极限后,各级缓冲失效,此时挡板3抵在自锁螺母4上,只能靠螺杆2本身的抗拉能力对岩层加固,另外我们在桩基1上设置有两个连通的第一阶梯槽8和第二阶梯槽10,而且在最下端的管套5下端上设置有与第一阶梯槽8配合的第一圆台9、在螺杆2下端设置有与第二阶梯槽10配合的第二圆台11,通过尺寸的设置,使得套管5与螺杆2均能够相对桩基1有一定的移动量,使得套管5受到径向载荷时能够有移动余量,而不会因为无法径向移动而只能承受来自径向的载荷,直至自身发生变向,使得桩的加固效果变小,甚至失效,而在套管5在桩基1上移动到最大位置处后,就没有了承受径向载荷的余量。
本发明提供一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,它设置有若干叠摞的管套5,其中最上端的管套5连接有与岩土层贴合的挡板3、最上端的管套5与桩基1连接,我们在相邻的两个管套5之间设置有抗拉弹簧6和预应力钢绞线,并且自上往下的预应力钢绞线的股数逐渐增加,使得自上往下的预应力钢绞线的抗拉强度逐渐增加,从而使得没层的管套5加固效果逐渐增加;
另外我们在相邻的两个管套5中上方的管套5通过安装环安装有楔形块18,而在下方的管套5上沿其径向滑动安装有固定锥17,在该处的预应力钢绞线断裂后,楔形块18随上方的管套5上升,从而带动固定锥17从下方的管套5内伸出,从而增加了下方管套5的抓地力;
另外我们在桩基1内设置有贯通的第一阶梯槽8和第二阶梯槽10,通过设置分别与最下端管套5和螺杆2连接的第一圆台9和第二圆台11,使得所有管套5与螺杆2可以在桩基1内沿径向在一定范围移动,从而使得桩在受径向载荷时有一定的缓冲,而不是直接受力而发生形变,影响加固效果。
上面所述只是为了说明本发明,应该理解为本发明并不局限于以上实施例,符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,包括若干相互配合的桩,桩包括桩基(1)且桩基(1)上同轴心设有螺杆(2),螺杆(2)上端间隔配合有自锁螺母(4)和挡板(3),其特征在于,所述桩基(1)上同轴心设有防护管,防护管包括四个叠摞的套管(5)且最下端的套管(5)安装在桩基(1)上、最上端套管(5)上端与挡板(3)固定连接,相邻两所述套管(5)在一定范围内轴向滑动配合且两套筒之间等间隔环绕设有若干抗拉弹簧(6)与第一预应力钢绞线(7),且第一预应力钢绞线(7)从上到下的抗拉能力逐渐增强。
2.根据权利要求1所述的一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,其特征在于,所述桩基(1)与最下端套管(5)之间设置有可让套管(5)在一定范围内移动的调控机构;
所述调控装置包括设在桩基(1)上端且上小下大的第一阶梯槽(8),所述第一阶梯槽(8)下部分设有截面直径大于阶梯槽上部分的第一圆台(9)且第一圆台(9)与最下端套管(5)的底壁连接,所述第一圆台(9)与套管(5)连接部位的截面直径小于第一阶梯槽(8)上部分的截面直径且第一圆台(9)及其与套管(5)连接部位均与螺杆(2)间隙配合。
3.根据权利要求2述的一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,其特征在于,所述桩基(1)内设有上小下大且与第一阶梯槽(8)贯通的第二阶梯槽(10),所述螺杆(2)伸入第二阶梯槽(10)一端设有第二圆台(11)且第二圆台(11)的截面直径大于第二阶梯槽(10)上部分,所述第二阶梯槽(10)内设有与第二圆台(11)贴合的弹性体。
4.根据权利要求1所述的一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,其特征在于,相邻套管(5)中下方套管(5)的上端外圆面和上套管(5)的下端的内圆面上分别设有第一弧形槽(12)和第二弧形槽(13),第一弧形槽(12)的上端凸起与第二弧形槽(13)表面贴合、第二弧形槽(13)的下端凸起与第一弧形槽(12)的表面贴合。
5.根据权利要求4所述的一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,其特征在于,下方套管(5)的上端面上设有第三弧形槽(14)且第三弧形槽(14)内轴向滑动配合有圆环(15),所述圆环(15)与第二弧形槽(13)之间连接有缓冲弹簧(16),所述第一预应力钢绞线(7)的两端分别连接在第二弧形槽(13)顶壁和圆环(15)上。
6.根据权利要求5所述的一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,其特征在于,相邻套管(5)中下方的套管(5)侧壁上等间隔设有若干圆孔且该套管(5)内沿径向滑动配合有若干与圆孔一一对应的固定锥(17),上方的套管(5)固定连接有安装环且安装环与螺杆(2)间隙配合,所述安装环下端设有若干与固定锥(17)一一对应的楔形块(18)。
7.根据权利要求1所述的一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,其特征在于,若干所述桩之间呈矩形均匀布置,所述挡板(3)上端四周均滑动配合有滑块(19)且滑块(19)与挡板(3)之间连接有张紧弹簧(20),所述滑块(19)背离螺杆(2)一面可拆卸安装有第二预应力钢绞线(21)且第二预应力钢绞线(21)另一端与相邻的挡板(3)上的对应滑块(19)可拆卸连接。
8.根据权利要求6所述的一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,其特征在于,所述第一预应力钢绞线(7)从上到下分别选用3丝、7丝、19丝。
9.根据权利要求7所述的一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,其特征在于,第二预应力钢绞线(21)选用19丝。
10.根据权利要求1所述的一种具有径向余量的多级缓冲复合材料桩,其特征在于,所述套管(5)选用高强度高韧性的铁铝锰碳合金。
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CN113982189A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-01-28 | 郭旭 | 一种钢结构防震立柱和钢结构系统 |
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- 2021-07-08 CN CN202110771614.XA patent/CN113481981A/zh not_active Withdrawn
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