CN113638361B - 一种港口码头phc管桩与上部结构的连接结构 - Google Patents

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Abstract

一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，属于港口工程抗震与隔震技术领域。所述连接总成设置在PHC管桩与桩帽的连接处，用于连接PHC管桩以及桩帽；所述三维隔震支座设置在桩帽与甲板的连接处，用于连接桩帽与甲板。本发明具有提升强震作用下PHC管桩的抗震能力，加强桩头与桩帽连接节点的抗震性能，有效吸收桩与甲板之间的水平和竖向地震能量，有效解决了强震条件下港口码头甲板与PHC管桩桩身与桩头的破坏问题，降低甲板与桩身破坏等优点，改善了强震作用下PHC管桩的适用性。

Description

一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构
技术领域
本发明涉及一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，属于港口工程抗震与隔震技术领域。
背景技术
港口作为国家交通运输的重要枢纽，对国民经济的发展具有重要作用。
近年来，预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)因其具有单桩承载力高、加工工艺成熟、施工便利以及工程造价低等优点被广泛应用于港口工程桩基础中。在强震区港口码头，震害集中发生在PHC管桩与桩帽连接部位、桩头、桩身以及甲板。因此确保强震条件下PHC管桩的安全使用是亟待解决的工程技术难题。
目前提高PHC管桩承载性能的技术主要包括桩孔填芯、箍筋加密以及提高纵向钢筋的延伸率等，但是缺乏强震区考虑桩-土-上部结构相互作用，特别是PHC管桩与上部结构连接部位的抗震研究。实际上采用隔震这种柔性抗震技术也是提高桩基承载力的重要措施，因此本专利结合桩基抗震与隔震技术，提供一种强震区港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，为强震区PHC管桩的应用提供参考。
发明内容
为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构。
实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，包括三维隔震支座以及连接总成，所述连接总成设置在PHC管桩与桩帽的连接处，用于连接PHC管桩以及桩帽；所述三维隔震支座设置在桩帽与甲板的连接处，用于连接桩帽与甲板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的PHC管桩的管壁内的非预应力T形头纵筋与箍筋构成的钢筋笼以及填芯混凝土加固提升了PHC管桩的抗弯、抗剪与抗拉能力，强震作用下，使得PHC管桩具有良好的抗震性能，且管壁外包裹的碳纤维增强复合材料层避免了强震作用下桩身混凝土的脱落，改善了PHC管桩的抗弯性能和延性；
2、本发明的T形头锚固钢筋外侧套装有波纹管，增强了桩头与桩帽连接部位的抗弯能力与延性；
3、本发明设置了扩展桩头，进一步加强了桩头与桩帽连接部位的抗震性能，避免了强震作用下桩头的破坏；
4、本发明设置了橡胶垫层，有效地隔离了桩头与桩帽连接部位的地震能量，降低了连接部位的局部应力，延缓桩的破坏；
5、本发明设置了三维隔震支座，使得桩帽与甲板之间柔性连接，隔离了桩帽与甲板之间的地震作用；碟形弹簧具有承载力大，残余变形小，性能稳定，结构紧凑等优点，竖向隔震支座起到了吸收竖向地震能量的作用，横向隔震支座有效地吸收了连接部位的水平地震能量，改善支座的阻尼性能，从而降低了强震作用下甲板和桩的位移与破坏；
6、本发明具有提升强震作用下PHC管桩的抗震能力，加强桩头与桩帽连接节点的抗震性能，有效吸收桩与甲板之间的水平和竖向地震能量，有效解决了强震条件下港口码头甲板与PHC管桩桩身与桩头的破坏问题，降低甲板与桩身破坏等优点，改善了强震作用下PHC管桩的适用性。
附图说明
图1是本发明应用在港口工程的整体结构示意图；
图2是PHC管桩与桩帽的连接结构示意图；
图3是图2的A-A剖面示意图；
图4是图2的B-B剖面示意图；
图5是三维隔震支座的结构示意图。
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发明的一部分实施例，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。
一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，包括三维隔震支座3以及连接总成，所述连接总成设置在PHC管桩1与桩帽2的连接处，用于连接PHC管桩1以及桩帽2；所述三维隔震支座3设置在桩帽2与甲板4的连接处，用于连接桩帽2与甲板4。
所述连接总成包括填芯混凝土6、钢筋笼10以及多个T形头锚固钢筋13；所述PHC管桩1的内腔内浇注有填芯混凝土6，所述多个T形头锚固钢筋13沿PHC管桩1的周向均布设置并上端设置在桩帽2内，且下端设置在填芯混凝土6内；PHC管桩1的管壁7内设有钢筋笼10，填芯混凝土6、钢筋笼10以及多个T形头锚固钢筋13改善了强震条件下PHC管桩1的抗弯、抗剪与抗拉性能。
每个所述T形头锚固钢筋13下端的外侧均套装有波纹管12，每个所述波纹管12均设置在填芯混凝土6内。
所述PHC管桩1的管壁7的外侧套装有碳纤维增强复合材料层11。
所述钢筋笼10包括多个非预应力T形头纵筋8以及多个箍筋9；所述多个非预应力T形头纵筋8沿PHC管桩1的周向均布设置，上端设置在桩帽2内，且下端设置在PHC管桩1的管壁7内，并外侧沿其轴向均布设有多个箍筋9。
所述PHC管桩1与桩帽2之间还设有扩展桩头5，进一步增强PHC管桩1与桩帽2连接部位的强度，所述扩展桩头5包括扩展钢板14以及多个弯钩锚固钢筋15，所述扩展钢板14通过浇筑混凝土设置在PHC管桩1的顶端，并上端与桩帽2连接，所述多个弯钩锚固钢筋15沿扩展钢板14的周向均布设置并上端设置在桩帽2内，且下端设置在扩展钢板14内。
所述扩展钢板14与桩帽2之间设有橡胶垫层16连接，可隔离扩展钢板14与桩帽2之间的地震能量，降低连接部位的局部应力。
所述三维隔震支座3包括竖向隔震支座以及横向隔震支座20，所述竖向隔震支座的上端通过锚固螺栓25与甲板4连接，并下端与横向隔震支座20连接，所述横向隔震支座20的下端通过锚固螺栓25与桩帽2连接。
所述竖向隔震支座包括碟形弹簧18、横向铅芯26、两个连接板19、两个侧钢板28、多层竖向橡胶17以及多个竖向钢板27；所述两个侧钢板28均竖直设置，并两个侧钢板28之间的中部设有横向铅芯26、多层竖向橡胶17以及多个竖向钢板27，所述多层竖向橡胶17以及多个竖向钢板27套装在横向铅芯26的外侧并一一交替设置，两个侧钢板28的外侧分别与对应的连接板19连接，所述连接板19的外侧套装有碟形弹簧18，并上端通过锚固螺栓25与甲板4连接。
所述横向隔震支座20包括竖向铅芯21、两个辅助钢板24、多层横向橡胶22以及多个横向钢板23；所述两个辅助钢板24均水平设置，并两个辅助钢板24之间的中部设有竖向铅芯21、多层横向橡胶22以及多个横向钢板23，所述多层横向橡胶22以及多个横向钢板23套装在竖向铅芯21的外侧并一一交替设置，位于上端的辅助钢板24与连接板19的下端连接，位于下端的辅助钢板24通过锚固螺栓25与桩帽2连接。地震中竖向铅芯21滞后阻尼产生的塑性变形吸收水平地震能量，改善支座的阻尼性能，并承受水平和竖向力，多层橡横向胶22具有较大地剪切变形以满足结构的水平位移。
本发明结合桩基抗震与隔震技术，增强了PHC管桩1与桩帽2连接部位的抗弯、抗剪与抗拉能力，改善了桩身的抗弯性能和延性，使得强震作用下PHC管桩具有良好的抗震性能。三维隔震支座使得桩帽与甲板之间柔性连接，有效地吸收了桩帽与甲板连接部位的水平和竖直地震能量，从而降低了强震作用下甲板和桩的位移与破坏，为强震区港口码头PHC管桩的应用提供参考。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，其特征在于：包括三维隔震支座(3)以及连接总成，所述连接总成设置在PHC管桩(1)与桩帽(2)的连接处，用于连接PHC管桩(1)以及桩帽(2)；所述三维隔震支座(3)设置在桩帽(2)与甲板(4)的连接处，用于连接桩帽(2)与甲板(4)，所述连接总成包括填芯混凝土(6)、钢筋笼(10)以及多个T形头锚固钢筋(13)；所述PHC管桩(1)的内腔内浇注有填芯混凝土(6)，所述多个T形头锚固钢筋(13)上端设置在桩帽(2)内，且下端设置在填芯混凝土(6)内；PHC管桩(1)的管壁(7)内设有钢筋笼(10)；所述三维隔震支座(3)包括竖向隔震支座以及横向隔震支座(20)，所述竖向隔震支座的上端与甲板(4)连接，并下端与横向隔震支座(20)连接，所述横向隔震支座(20)的下端与桩帽(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，其特征在于：每个所述T形头锚固钢筋(13)下端的外侧均套装有波纹管(12)，每个所述波纹管(12)均设置在填芯混凝土(6)内。
3.根据权利要求2所述的一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，其特征在于：所述PHC管桩(1)的管壁(7)的外侧套装有碳纤维增强复合材料层(11)。
4.根据权利要求2所述的一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，其特征在于：所述钢筋笼(10)包括多个非预应力T形头纵筋(8)以及多个箍筋(9)；所述多个非预应力T形头纵筋(8)上端设置在桩帽(2)内，且下端设置在PHC管桩(1)的管壁(7)内，并外侧设有多个箍筋(9)。
5.根据权利要求1或4所述的一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，其特征在于：所述PHC管桩(1)与桩帽(2)之间还设有扩展桩头(5)，所述扩展桩头(5)包括扩展钢板(14)以及多个弯钩锚固钢筋(15)，所述扩展钢板(14)设置在PHC管桩(1)的顶端，并上端与桩帽(2)连接，所述多个弯钩锚固钢筋(15)上端设置在桩帽(2)内，且下端设置在扩展钢板(14)内。
6.根据权利要求5所述的一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，其特征在于：所述扩展钢板(14)与桩帽(2)之间设有橡胶垫层(16)连接。
7.根据权利要求6所述的一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，其特征在于：所述竖向隔震支座包括碟形弹簧(18)、横向铅芯(26)、两个连接板(19)、两个侧钢板(28)、多层竖向橡胶(17)以及多个竖向钢板(27)；所述两个侧钢板(28)之间设有横向铅芯(26)、多层竖向橡胶(17)以及多个竖向钢板(27)，所述多层竖向橡胶(17)以及多个竖向钢板(27)套装在横向铅芯(26)的外侧并一一交替设置，两个侧钢板(28)的外侧分别与对应的连接板(19)连接，所述连接板(19)的外侧套装有碟形弹簧(18)，并上端与甲板(4)连接。
8.根据权利要求7所述的一种港口码头PHC管桩与上部结构的连接结构，其特征在于：所述横向隔震支座(20)包括竖向铅芯(21)、两个辅助钢板(24)、多层横向橡胶(22)以及多个横向钢板(23)；所述两个辅助钢板(24)之间设有竖向铅芯(21)、多层横向橡胶(22)以及多个横向钢板(23)，所述多层横向橡胶(22)以及多个横向钢板(23)套装在竖向铅芯(21)的外侧并一一交替设置，位于上端的辅助钢板(24)与连接板(19)的下端连接，位于下端的辅助钢板(24)与桩帽(2)连接。
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