CN204849799U - 一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构，包括设置在预应力管桩顶部空腔内的、由锚固钢筋和填芯混凝土构成的管桩填芯，锚固钢筋包括沿预应力管桩顶部空腔内壁纵向均匀布置的若干根插筋，插筋的上端不弯折而直接锚入承台内部、下端设置直径与预应力管桩空腔内径相匹配的圆盘形托板，位于预应力管桩空腔内的插筋外围均匀设置与插筋固定连接的箍筋，位于预应力管桩顶端面位置的插筋上横向设置若干根加强筋；本实用新型提高预应力管桩以及预应力管桩与承台连接处的水平、弯矩承载力，从而有效解决了预应力管桩在高烈度地震区应用时管桩与承台连接节点薄弱的问题。

Description

一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构

技术领域

本实用新型涉及建筑技术领域，尤其是一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构。

背景技术

随着国民经济快速发展，对桩基础需求量越来越大，预应力钢筋混凝土管桩因其质量稳定、桩身强度高、单桩承载力高、造价低、施工工期短、质量容易保证等明显优点，自上世纪使用以来，已经广泛应用于我国工业及民用建筑中。但由于其具有在地震水平作用下发生剪切或弯剪破坏的特征，同时目前国内对预应力管桩的抗震性能研究又不甚完善，因此《建筑桩基规范JGJ94-2008》对其在高烈度地震区的应用给出了一些限制：第3.3.2条第三款明确规定“抗震设防烈度为8度及以上地区，不宜采用预应力混凝土管桩（PC）和预应力混凝土空心方桩（PS）”；新的国家标准图集《预应力混凝土管桩10G409》适用范围也相应限定为“非抗震区和抗震设防烈度小于等于8度地区的工业与民用建筑，抗震设防烈度为8度且建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类慎用”。

我国地处世界两大地震带（东部环太平洋地震带，西部和西南部欧亚地震带）之间，境内断裂比较发育，属于多地震国家之一。近4000年的记载表明：除浙江、江西两省外，我国绝大部分地区都发生过震级较大的破坏性地震。全国450个城市中有70%以上处于地震区，近50%的国土面积位于8度及以上的高烈度区域，8度以上设防地区，Ⅲ、Ⅳ类场地也有着很大的范围。由于国标图集和桩基规范把预应力混凝土管桩的适用范围限定在非抗震区和抗震设防烈度6度、7度地区，且缺乏在8度及以上抗震地区应用的具体规定，因此，如果不能很好的解决预应力管桩的抗震问题，将大大限制其优势的发挥。

国标图集《预应力混凝土管桩10G409》推荐的管桩与承台连接节点有两种：1)在管桩顶面焊接插筋，管桩内填芯混凝土的深度为1.5m，适用于不截桩管桩与承台连接；2)在管内放置插筋并浇灌混凝土，插筋上部弯折锚入承台，管桩内具有插筋的填芯混凝土的深度为1.5m，适用于截桩情况下管桩与承台的连接。目前国内外对预应力混凝土管桩在高烈度地震区承受较大水平力的受力研究，大都集中在桩身特性研究上，而对管桩震害发生的关键部位-桩与承台连接节点的研究较少。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构，提高预应力管桩以及预应力管桩与承台连接处的水平、弯矩承载力，从而有效解决了预应力管桩在高烈度地震区应用时管桩与承台连接节点薄弱的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构，包括设置在预应力管桩顶部空腔内的、由锚固钢筋和填芯混凝土构成的管桩填芯，所述锚固钢筋包括沿预应力管桩顶部空腔内壁纵向均匀布置的若干根插筋，所述插筋的上端不弯折而直接锚入承台内部、下端设置直径与预应力管桩空腔内径相匹配的圆盘形托板，位于预应力管桩空腔内的插筋外围均匀设置与插筋固定连接的箍筋，位于预应力管桩顶端面位置的插筋上横向设置若干根加强筋。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述位于预应力管桩内部的插筋长度为5000mm，锚入到承台内部的插筋长度为800m。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述插筋为6根直径20mm的HRB400钢筋，所述托板为厚度5mm的钢板，所述箍筋和加强筋均为直径8mm的HRB400钢筋且加强筋的数量为3根。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述箍筋为均匀设置在插筋外围的若干个圆环形箍筋环，所述圆环形箍筋环的数量为200~300个。

本实用新型技术方案的进一步改进在于：所述箍筋为螺旋设置在插筋外围的螺旋形箍筋环，所述螺旋形箍筋环的螺距为200~300mm。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术进步是：

本实用新型的连接结构适用于高强预应力混凝土管桩（PHC）与承台的连接节点，尤其适用适用于高烈度地震区承受较大水平力的基桩与承台的连接。本连接节点通过采用在预应力管桩顶部增加适当长度的钢筋混凝土管桩填芯、管桩填芯的锚固钢筋直接锚入承台等构造措施，提高预应力管桩以及预应力管桩与承台连接处的水平、弯矩承载力，从而有效解决了预应力管桩在高烈度地震区应用时管桩与承台连接节点薄弱的问题，为预应力管桩在高烈度地震区域的推广运用提供了有利条件。

本实用新型结合高烈度地震作用下桩体内力分布规律，在管桩与承台间采用一定长度的锚固钢筋和填芯混凝土构成的管桩填芯作为连接结构，并增加承台下的桩身上部管桩填芯长度，插筋起到了约束作用，并配置箍筋，可适用于截桩和不截桩情况，满足桩身上部桩体在高烈度地震作用下的弯、剪受力要求；插筋在满足锚固长度的基础上不进行弯折而直接锚入承台。

本实用新型的连接结构，经过有限元分析和现场结构试验研究结果，本实用新型的连接结构在桩基水平承载力极限荷载作用下，管桩与承台连接处完好，钢筋和混凝土均未达到破坏。本实用新型的连接结构，能够有效抵御预应力管桩在高烈度地震作用下关键部位发生的破坏：一是能够有效抵御管桩与承台连接处及承台下的桩身上部，由压、拉、剪压等导致破坏；二是能够有效抵御液化土层内及软硬层交界面处，桩截面所受弯、剪会发生的突变，特别是桩顶部2~3m范围所的受弯、剪压力。从桩体内力分布曲线，可以得到以下的结论：在多遇地震条件下，各承台下桩体的最大轴力均发生在桩顶附近，沿桩深向下不断减小；剪力的分布规律为桩顶处剪力最大，在土层交界处会发生突变；弯矩的分布规律为桩顶处弯矩最大，在土层交界处有突变。在罕遇地震条件下，各承台下桩体轴力分布规律为从桩顶往下，先增大后减小，最大轴力值发生在桩身中部位置；剪力的分布规律为桩顶处剪力最大，在土层交界处会发生突变；弯矩的分布规律为桩顶处弯矩最大，在土层交界处有突变。

本实用新型的连接结构比在管桩顶面端板上焊接钢筋锚入承台的连接方式施工方便，减少了现场焊接工程量，节省工期，连接质量比较容易保证。此连接结构可适用于截桩、或不截桩等所有管桩与承台的连接设计。本实用新型的连接结构与上部弯折锚入承台的做法相比，增加了管桩与承台的连接截面，增强了管桩的受力性能。

本实用新型满足了在8度Ⅲ类场地上抗震设计的要求，在保证适当安全储备的前提下，推广了预应力管桩在高烈度地震区域应用。从而有利于其强度高、施工速度快、成桩质量容易保证、无污染、造价低等优点的发挥。

附图说明

图1是本实用新型的俯视图；

图2是本实用新型的一种结构示意图；

图3是本实用新型的另一种结构示意图；

其中，1、预应力管桩，2、锚固钢筋，2-1、插筋，2-2、托板，2-3、箍筋，2-4、加强筋，3、承台，4、混凝土垫层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明：

本实用新型的一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构，具体结构如图1、图2、图3所示，包括设置在预应力管桩1顶部空腔内的管桩填芯，管桩填芯由锚固钢筋2和填芯混凝土构成，预应力管桩1的桩径为600mm，壁厚130mm，桩型AB型，桩身混凝土强度等级C80，桩尖采用开口钢桩尖，预应力管桩1的桩头周围的自然地面设置厚度为100mm的混凝土垫层4，从混凝土垫层4计算桩长为32000mm，桩头进入承台100mm。承台尺寸为1200mm×1200mm×1200mm，承台混凝土采用C30。

锚固钢筋2包括沿预应力管桩1顶部空腔内壁纵向均匀布置的若干根插筋2-1，插筋2-1的上端不弯折而直接锚入承台3内部，插筋2-1的下端设置直径与预应力管桩1空腔内径相匹配的圆盘形托板2-2，位于预应力管桩1空腔内的插筋2-1外围均匀设置箍筋2-3，箍筋2-3与插筋2-1相交叉且固定连接在一起，位于预应力管桩1顶端面位置的插筋2-1上横向设置若干根加强筋2-4，加强筋2-4横向穿过预应力管桩1的中心并与预应力管桩1空腔内壁上相对应的插筋2-1固定连接。

本实用新型的锚固钢筋2的具体参数如下。位于预应力管桩1内部的插筋2-1长度为5000mm，锚入到承台3内部的插筋2-1长度为800m。插筋2-1为6根直径20mm的HRB400钢筋，托板2-2为厚度5mm的钢板，箍筋2-3和加强筋2-4均为直径8mm的HRB400钢筋且加强筋2-4的数量为3根。

本实用新型的箍筋2-3采用以下两种结构中的一种。箍筋2-3为均匀设置在插筋2-1外围的若干个圆环形箍筋环，圆环形箍筋环的数量为200~300个。箍筋2-3为螺旋设置在插筋2-1外围的螺旋形箍筋环，螺旋形箍筋环的螺距为200~300mm，插筋2-1和箍筋2-3之间通过扎丝固定连接或者采用焊接固定连接。

采用有限元软件Abaqus对本实用新型采用的预应力管桩1与承台3连接结构进行分析，预应力管桩1桩体与承台3参数与现场试验保持一致。土体的计算范围：长40m，宽40m，竖向取55m，承台3底面与地面齐平。承台3、预应力管桩1采用C3D8R实体单元模拟，预应力管桩1与承台3的连接筋采用B31梁单元模拟，锚固钢筋2与承台3之间采用嵌固方式连接，为了模拟桩土之间的相互作用，在桩土界面处设置接触单元。

Claims (5)

1.一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构，包括设置在预应力管桩（1）顶部空腔内的、由锚固钢筋（2）和填芯混凝土构成的管桩填芯，其特征在于：所述锚固钢筋（2）包括沿预应力管桩（1）顶部空腔内壁纵向均匀布置的若干根插筋（2-1），所述插筋（2-1）的上端不弯折而直接锚入承台（3）内部、下端设置直径与预应力管桩（1）空腔内径相匹配的圆盘形托板（2-2），位于预应力管桩（1）空腔内的插筋（2-1）外围均匀设置与插筋（2-1）固定连接的箍筋（2-3），位于预应力管桩（1）顶端面位置的插筋（2-1）上横向设置若干根加强筋（2-4）。

2.根据权利要求1所述的一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构，其特征在于：所述位于预应力管桩（1）内部的插筋（2-1）长度为5000mm，锚入到承台（3）内部的插筋（2-1）长度为800m。

3.根据权利要求2所述的一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构，其特征在于：所述插筋（2-1）为6根直径20mm的HRB400钢筋，所述托板（2-2）为厚度5mm的钢板，所述箍筋（2-3）和加强筋（2-4）均为直径8mm的HRB400钢筋且加强筋（2-4）的数量为3根。

4.根据权利要求3所述的一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构，其特征在于：所述箍筋（2-3）为均匀设置在插筋（2-1）外围的若干个圆环形箍筋环，所述圆环形箍筋环的数量为200~300个。

5.根据权利要求3所述的一种预应力管桩与承台之间的抗震连接结构，其特征在于：所述箍筋（2-3）为螺旋设置在插筋（2-1）外围的螺旋形箍筋环，所述螺旋形箍筋环的螺距为200~300mm。