一种新型管桩快速接头的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种属于建筑桩基基础【技术领域】的新型管桩快速接头,包括上端板、下端板以及用弹簧钢制作的连接上、下端板的螺杆插钩,所述上端板上均匀设置有若干螺纹孔,所述下端板上设置有与上端板螺纹孔相对应的插槽,下端板的另一端设置有锁槽,所述锁槽与插槽相连通,锁槽的直径比插槽大,所述螺杆插钩的一端设置有与上端板螺纹孔相配的螺纹,另外一端设置有钩齿,与下端板锁槽相配合,实现锁紧功能,本发明结构简单,操作简便,安全可靠,提高了施工效率,缩短了施工期,节约了施工成本。
【专利说明】一种新型管粧快速接头
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑工程桩基基础【技术领域】,具体涉及一种新型管桩快速接头。
【背景技术】
[0002]由于管桩单桩承载力高、对持力层起伏变化较大的地质条件适应性强,造价低,施工速度快等特点,被广泛应用于建筑工程中。管桩端板是用于管桩两端的环盘形金属构件,主要用于制作管桩时张拉钢筋骨架,使之产生预应力;打桩时承受打桩机锤击;并起到两根管桩间可靠连接的重要作用。通常的预应力混凝土管桩是在现场通过焊接将两根管桩接驳在一起,焊接时间长,每个接头大约需要30分钟,焊接质量主要取决于工人的焊接技术,有时刚焊完即继续沉桩,管桩被打入土层后难以进行检查,发现其缺陷。地质和地层情况多变,当接头进入地下时,极易发生淬火或遇水脆裂,稍有偏压,接头就容易损坏。桩基检测中,经抽检试压,由于没有焊接牢固或未焊满,造成接头处承压、抗弯、抗剪及抗拔能力达不到设计要求,结果不得不进行补桩,既浪费了材料又耽误了工期。另外,焊接时焊缝表面温度较高,不宜对金属零部件提前实行防腐处理。这样质量难以保证,且很难满足管桩寿命的要求。
[0003]目前有部分使用管桩机械接头,主要有机械啮合接头、机械法兰接头、机械扣接接头和机械螺纹接头等,但是均有一定的弊端。如机械啮合接头结构复杂,成本高,内装的夹紧弹簧容易锈蚀老化,失去其固有的弹性性能;机械法兰连接、扣接和螺纹连接在接头处存在一个扩大头,无形中增大了沉桩的阻力,且施工不方便,接驳后的强度也有待进一步提高。因此,寻找一种经济、实用、安全、高效、可靠的管桩接头是亟待解决的一项难题。
【发明内容】
[0004]本发明要克服上述技术缺陷,提供一种结构简单,连接稳固且易于进行防锈处理的新型管桩快速接头。
[0005]为了解决上述问题,本发明按以下技术方案予以实现的:
[0006]本发明所述新型管桩快速接头,包括上端板、下端板以及连接上端板和下端板的螺杆插钩,所述上端板上均匀分布有若干螺纹孔,所述下端板上设置有与上端板的螺纹孔相对应的插槽,所述螺杆插钩一端设置有与上端板的螺纹孔相配的螺纹,另一端设置有一与下端板插槽相配的钩齿。
[0007]进一步地,为了更容易安装,所述螺杆插钩的钩齿的顶端为一方便进入下端板插槽的圆弧状。
[0008]进一步地,所述螺杆插钩的直径范围为5?30mm,可根据管桩直径的大小,选用相应的螺杆插钩直径。
[0009]进一步地,为了结构坚固,所述螺杆插钩的钩齿高度范围为3?10mm。
[0010]进一步地,为了螺杆插钩方便进入插槽,所述插槽的截面为椭圆形。
[0011]进一步地,为了使螺杆插钩的锁紧更稳固而且进入插槽更容易,所述螺杆插钩的钩齿与插槽相接触的平面与螺杆水平线的角度小于90度。
[0012]进一步地,所述插槽的设置有一锁紧台阶,其形状与螺杆插钩的钩齿的形状相配
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[0013]进一步地,为了更容易安装,所述螺杆插钩采用弹性较大的弹簧钢制成。
[0014]进一步地,为了防止土地中的腐蚀物质影响本发明的使用寿命,所述上端板、下端板和螺杆插钩外表面设置有一层电镀锌。
[0015]进一步地,所述上端板、下端板和螺杆插钩的表面的电镀锌外还设置有一层浙青漆,起到双重防护的作用。
[0016]与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0017]1、实现了上、下节管桩的快速对接,工作效率高,采用焊接工艺时两桩完成对接大约需要30分钟,而本发明只需I?2分钟,相同工期下,可大大地减少桩基施工机械的投入,从而节约施工费用。
[0018]2、消除了天气的影响,该项技术没有明火操作,在刮风下雨条件下仍可施工。
[0019]3、操作简单,质量稳定可靠,减少了人为因素对施工质量的影响,本发明对工人的技术水平要求不高,一般工人经观察实践后即能较容易地进行操作并合格,避免了焊接过程中因操作复杂而使焊缝夹渣、有气孔,因高温而造成焊缝开裂及管桩端板处混凝土损伤等质量问题。
[0020]4、在恶劣的环境中耐久性好,传统焊接工艺由于焊接时焊缝表面温度较高,极易破坏防腐层,因此,不宜对金属零部件提前进行防腐处理,而待其冷却后,普通涂层的防腐效果远低于热镀锌、氟碳涂层等处理,本发明则可根据不同地质和地层环境情况较方便地实行相应的防腐处理,机械快速接头部件采用热镀锌处理外加浙青漆的双重保护,理论和实践证明能抵御土壤中含有中至强等级的腐蚀。
[0021]5、本发明与传统焊接接头比,因接头出现烂桩、断桩及不合格桩数量明显减小,可有效地减少材料浪费和缩短工期。
[0022]6、可与传统焊接配套使用,以保证上、下节管桩的对中性,不会产生错位现象,确保焊接质量,增加焊接端板接头的强度、刚度和抗腐蚀性,反之,本发明在工程实际应用中为了增加上、下端头板接合的牢固性,提高接头的抗剪、抗弯性能以及检测方便,可在端板接头处增加一层加固焊。
[0023]7、本发明无需弹簧、销子、螺钉等辅助构件,本身即具有自锁功能,较同类型机械连接结构简单、成本低、易组装、接驳强度高、受理机理明确、施工速度更快且易于防腐处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明,其中:
[0025]图1是本发明的剖面示意图;
[0026]图2是本发明的上端板结构示意图;
[0027]图3是本发明螺杆插钩安装在上端板上的结构示意图;
[0028]图4是本发明的下端板结构示意图;
[0029]图5是本发明下端板的剖面示意图;[0030]图6是本发明的螺杆插钩结构示意图;
[0031]图7是本发明的螺杆在受拉力作用下的应力分析图;
[0032]图8是本发明的螺杆在受拉力作用下的应力分析图的放大图;
[0033]图9是本发明的下端板在受到拉力作用下的应力分析图;
[0034]图10是本发明的下端板的锁槽在受到拉力作用下的应力分析图的局部放大图;
[0035]图11是本发明的螺杆插钩在拉力的作用下产生的位移分析图;
[0036]图12是本发明的螺杆插钩在拉力的作用下产生的位移分析图的放大图;
[0037]图13是本发明中下端板的锁槽在拉力的作用下产生的位移分析图;
[0038]图14本发明中下端板的锁槽在拉力的作用下产生的位移分析图的放大图;
[0039]图15本发明中螺杆插钩在拉力作用下产生的塑性应变分析图;
[0040]图16是本发明中螺杆插钩在拉力作用下产生的塑性应变分析图的放大图;
[0041]图17是本发明中下端板的锁槽在拉力作用下产生的塑性应变分析图;
[0042]图18是本发明中下端板的锁槽在拉力作用下产生的塑性应变分析图的放大图;
[0043]图19是本发明中螺杆插钩在拉力作用下的接触法向力分析图;
[0044]图20是本发明中螺杆插钩在拉力作用下的接触法向力分析图的放大图;
[0045]图21是本发明中下端板在拉力作用下的接触法向力分析图;
[0046]图22是本发明中下端板在拉力作用下的接触法向力分析图的局部放大图;
[0047]图23是本发明中螺杆插钩在剪力作用下的应力分析图;
[0048]图24是本发明中螺杆插钩在剪力作用下的应力分析图的放大图;
[0049]图25是本发明中下端板在剪力作用下的应力分析图;
[0050]图26是本发明中下端板在剪力作用下的应力分析图的局部放大图;
[0051]图27-是本发明中螺杆插钩在剪力作用下的位移分析图;
[0052]图28是本发明中螺杆插钩在剪力作用下的位移分析图的放大图;
[0053]图29是本发明中下端板在剪力作用下的位移分析图;
[0054]图30是本发明中下端板在剪力作用下的位移分析图的局部放大图;
[0055]图31是本发明中螺杆插钩在剪力作用下的塑性应变分析图;
[0056]图32是本发明中螺杆插钩在剪力作用下的塑性应变分析图的放大图;
[0057]图33是本发明中下端板在剪力作用下的塑性应变分析图;
[0058]图34是本发明中下端板在剪力作用下的塑性应变分析图的局部放大图;
[0059]图35是本发明中螺杆插钩在剪力作用下的接触法向力的分析图;
[0060]图36是本发明中螺杆插钩在剪力作用下的接触法向力的分析图的放大图;
[0061]图37是本发明中下端板在剪力作用下的接触法向力的分析图;
[0062]图38是本发明中下端板在剪力作用下的接触法向力的分析图的局部放大图;
[0063]图39是本发明中下端板在压力作用下的应力分析图;
[0064]图40是本发明中下端板在压力作用下的位移分析图;
[0065]图41是本发明中下端板在压力作用下的塑性应变分析图;
[0066]图42是本发明中下端板在压力作用下的接触法向力分析图。
[0067]图中:1-上端板,11-螺纹孔,2-下端板,21-插槽,22-锁槽,3_螺杆插钩,31-螺杆,311-螺纹,32-钩齿,41-螺杆插钩最大受拉应力点,42-锁槽最大应力点,43-螺杆插钩最大位移点,44-下端板锁槽最大位移点,45-螺杆插钩最大的塑性应变点,46-下端板锁槽最大的塑性应变点,47-螺杆插钩最大接触法向力点,48-下端板最大接触法向力点,51-螺杆插钩受剪力的最大应力点,52-下端板受剪力的最大应力点,53-螺杆插钩受剪力的最大位移点,54-下端板受剪力的最大位移点,55-螺杆插钩受剪力的最大塑性应变点,56-下端板受剪力的最大塑性应变点,57-螺杆插钩受剪力的最大接触法向力点,58-下端板受剪力的最大接触法向力点。
【具体实施方式】
[0068]以下以Φ400管桩为例,结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
[0069]如图1?图6所示,本发明所述的新型管桩快速接头,包括上端板1、下端板2和连接上端板I和下端板2的螺杆插钩3。
[0070]所述上端板I上均匀分布有若干螺纹孔11,本实施例中上端板I设置有12组螺纹孔(但不限于12组,原则上不小于6组螺纹孔为宜),所述下端板2上设置有与上端板螺纹孔11相对应的插槽21,所述插槽21为两端半圆形,其中一端设置有一锁槽22,所述锁槽22与插槽21相连通;所述螺杆插钩3的一端设置有与上端板螺纹孔11相配的螺纹31,其另一端设置有一钩齿32,所述螺杆插钩3在钩齿32的末端设置有方便插入下端板2的插槽22的圆弧状;所述螺杆插钩3的直径范围为5?30_,可根据管桩直径的大小来选择相应的螺杆插钩3的直径,所述螺杆插钩3的钩齿高度为3?10mm,螺杆插钩3的钩齿与插槽相接触的平面与螺杆水平线的角度小于90度,优选为80?90度。
[0071]所述螺杆插钩3是用抗弹减性能优异的弹簧钢制作而成,具有较好的弹性,较高的屈服极限、强度极限、疲劳强度和抗弹减性能,工艺性能稳定,适应性强,可在苛刻的条件下工作。所述下端板2的锁槽22与螺杆插钩3的钩齿32相配合。
[0072]所述上端板1、下端板2和螺杆插钩3外表面设置有一层电镀锌和一层浙清漆,起到双重的防护作用,避免了土地中含有腐蚀物质从而影响本发明的使用寿命。
[0073]本发明所述新型管桩快速接头的使用原理是:
[0074]使用时,将上端板I通过预紧力固定在管桩的一端,下端板2固定在另一根管桩的一端,将螺杆插钩3通过螺纹固定在上端板I的螺纹孔11内,然后将上端板I上的螺杆插钩3插入下端板2的插槽21中,通常在管桩重力的作用下,螺杆插钩3通过弹性压紧,进入插槽21,滑至锁槽22中,螺杆插钩3与锁槽22配合,实现锁紧。本发明结构简单,安装简便,减少了工人的施工强度,提高了工作效率,同时方便进行防腐处理,提高了工程的质量,缩短了施工周期,节约了施工成本。
[0075]考虑预应力混凝土管桩的受力状态,机械快速接头首先应满足管桩的设计承载力要求,现以Φ 400管桩为例,螺杆插钩的直径为10mm,钩齿的高度为5mm,对机械快速接头的连接件进行应力、应变的计算和分析。采用ABAQUS有限元分析研究能够满足新型管桩机械快速接头管桩抗拉、抗剪、抗压性能要求的材料。
[0076]根据《先张法预应力混凝土管桩用端板》(JC/T947-2005)、先张法预应力混凝土管桩》(GB13476-2009)、《碳素结构钢》(GB/T700-2006)和《弹簧钢》(GB//T1222-2007),以及本项目的研究需要拟定:上、下端板采用的材料为Q235碳素结构钢,螺杆插钩则采用优质弹簧钢60Si2Mn或60Si2MnA,材料的力学性能如表I所示,本实施例中螺杆插钩采用60Si2MnA制作而成。
[0077]表I材料的力学性能
[0078]
【权利要求】
1.一种新型管桩快速接头,其特征在于:包括上端板、下端板以及连接上端板和下端板的螺杆插钩,所述上端板上均匀分布有若干螺纹孔,所述下端板上设置有与上端板的螺纹孔相对应的插槽,所述螺杆插钩一端设置有与上端板的螺纹孔相配的螺纹,另一端设置有一与下端板插槽相配的钩齿。
2.根据权利要求1所述新型管桩快速接头,其特征在于:所述螺杆插钩的钩齿的顶端为一方便进入下端板插槽的圆弧状。
3.根据权利要求1所述新型管桩快速接头,其特征在于:所述螺杆插钩的直径范围为5 ?30mmo
4.根据权利要求1所述新型管桩快速接头,其特征在于:所述螺杆插钩的钩齿高度范围为3?10mnin
5.根据权利要求1所述新型管桩快速接头,其特征在于:所述插槽的截面为椭圆形。
6.根据权利要求1所述新型管桩快速接头,其特征在于:所述螺杆插钩的钩齿与插槽相接触的平面与螺杆水平线的角度小于90度。
7.根据权利要求1至6任一项所述新型管桩快速接头,其特征在于:所述插槽设置有一锁紧台阶,其形状与螺杆插钩的钩齿的形状相配合。
8.根据权利要求1至6任一项所述新型管桩快速接头,其特征在于:所述螺杆插钩采用弹簧钢制成。
9.根据权利要求1至6任一项所述新型管桩快速接头,其特征在于:所述上端板、下端板和螺杆插钩外表面设置有一层电镀锌。
10.根据权利要求9所述新型管桩快速接头,其特征在于:所述上端板、下端板和螺杆插钩的电镀锌外层还设置有一层浙青漆。
【文档编号】E02D31/06GK103452102SQ201310382135
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】戚玉亮, 唐孟雄, 胡贺松 申请人:广州市建筑科学研究院有限公司, 广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司