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1、(10)申请公布号 CN 103628476 A (43)申请公布日 2014.03.12 CN 103628476 A (21)申请号 201310617357.X (22)申请日 2013.11.29 E02D 5/64(2006.01) E02D 5/58(2006.01) E02D 17/04(2006.01) (71)申请人 南京东大鸿基新技术发展有限公司 地址 210008 江苏省南京市丹凤新寓六栋五 楼 (72)发明人 卫海 李欣 卫龙武 (74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32249 代理人 杨晓玲 (54) 发明名称 一种变截面强度预制构件及其制备。
2、方法 (57) 摘要 本发明公开了一种变截面强度预制构件及其 制备方法， 预制构件包括原构件、 设置在原构件强 度加强区外侧的加强体， 加强体包括沿原构件周 向设置的钢管及沿原构件横截面对称设置的两组 加强部件、 连接所述两组加强部件的连接筋。 本发 明采用局部加强， 不受端头锚板规格限制， 使用灵 活， 拓宽预应力预制构件在基坑支护中的应用， 降 低了工程造价。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103628476 A CN 10。
3、3628476 A 1/2 页 2 1. 一种变截面强度预制构件， 其特征在于， 该预制构件包括原构件 （1） 、 设置在所述原 构件 （1） 强度加强区 （14） 外侧的加强体 （2） 。 2. 根据权利要求 1 所述的变截面强度预制构件， 其特征在于， 所述加强体 （2） 为沿原构 件 （1） 周向设置的钢管。 3. 根据权利要求 1 所述的变截面强度预制构件， 其特征在于， 所述加强体 （2） 包括沿 原构件 （1） 横截面对称设置的两组加强部件 （21） 、 连接所述两组加强部件 （21） 的连接筋 （22） 。 4. 根据权利要求 3 所述的变截面强度预制构件， 其特征在于， 所述每。
4、组加强部件 （21） 为沿原构件 （1） 纵向设置的至少一个弧形加强板， 两相邻弧形加强板之间由沿原构件 （1） 周向设置的连接筋 （22） 连接。 5. 根据权利要求 4 所述的变截面强度预制构件， 其特征在于， 所述弧形加强板为弧形 钢板， 连接筋 （22） 为钢筋， 所述弧形钢板与原构件 （1） 之间用锚筋 （23） 固定连接， 所述锚筋 （23） 为铆钉或钢筋。 6. 根据权利要求 4 所述的变截面强度预制构件， 其特征在于， 所述弧形加强板为碳纤 维布或玄武岩纤维布制成， 连接筋 （22） 为碳纤维条或玄武岩纤维条。 7. 根据权利要求 1 所述的变截面强度预制构件， 其特征在于， 。
5、所述每组加强部件 （21） 为沿原构件 （1） 纵向设置的至少一个条钢、 角钢或加强钢筋， 两相邻条钢、 角钢或加强钢筋 之间由沿原构件 （1） 周向设置的连接筋 （22） 连接， 连接筋 （22） 为钢筋或扁钢。 8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的变截面强度预制构件， 其特征在于， 所述原 构件 （1） 为由纵筋 （11） 、 环绕所述纵筋 （11） 设置的箍筋 （12） 和浇注填充的混凝土 （13） 构 成的预应力桩， 所述预应力桩为管桩、 空心方桩或外矩形内椭圆形桩。 9. 一种制备权利要求 1 至 8 任一权利要求所述变截面强度预制构件的方法， 其特征在 于， 该方法包括以下步骤。
6、 ： 1） 将纵筋 （11） 和箍筋 （12） 按设计排列固定， 形成钢筋笼 ； 2） 制作加强体 （2） ： 按设计要求分别加工加强部件 （21） 和连接筋 （22） ， 并将两者焊接 在一起形成加强体 （2） ； 3） 将加强体 （2） 套在步骤 1） 形成的钢筋笼外围的强度加强区内， 加焊锚筋 （23） ， 并将 加强体 （2） 与钢筋笼固定在一起 ； 4） 将步骤 3） 形成的组合体放入模具， 对模具内进行混凝土 （13） 的布料， 合上模具上 盖 ； 5） 对钢筋笼进行预应力张拉和固定， 以便固定钢筋笼并形成预应力 ； 6） 进行离心法生产以及养护， 从而形成变截面强度预制构件。 1。
7、0.一种制备权利要求1至8任一权利要求所述变截面强度预制构件的方法， 其特征在 于， 该方法包括以下步骤 ： 1） 制作原构件 （1） ： 将纵筋 （11） 和箍筋 （12） 按设计排列固定， 形成钢筋笼， 放入模具， 对模具内进行混凝土 （13） 的布料， 养护后形成原构件 （1） ； 2） 用结构胶 （24） ， 将两组加强部件 （21） 分别沿纵向粘贴在原构件 （1） 上的强度加强区 （14） 外侧 ； 3） 用结构胶 （24） ， 将连接筋 （22） 沿原构件 （1） 环向粘贴在强度加强区 （14） 外侧， 从而 权 利 要 求 书 CN 103628476 A 2 2/2 页 3 将。
8、两组加强部件 （21） 连接为一体。 权 利 要 求 书 CN 103628476 A 3 1/4 页 4 一种变截面强度预制构件及其制备方法 0001 技术领域 0002 本发明属于土木建筑工程领域， 涉及用于基坑支护工程和地下室工程的变截面强 度预制构件。 0003 背景技术 0004 目前采用预应力预制构件的基坑支护结构中， 常用的构件有 ： 预应力预制管桩、 预 应力方形桩、 预应力预制空心方桩、 预应力预制外矩形内椭圆桩。这些桩的共同优点是施 加了预应力， 构件刚度非常好， 支护结构的变形非常小， 又因为是预制构件， 工厂化生产， 效 率高， 质量可靠。但是由于目前这种构件的预应力纵。
9、筋均是通长配筋， 等截面强度， 而在实 际支护工程中， 土压力的分布是沿基坑深度变化的， 一般规律是沿构件长度上部和下部受 力都比较小， 在构件中间的局部受力达到最大， 如采用内支撑或锚杆时， 在支撑点或锚固点 处， 支护桩的弯矩和剪力都较其他断面大的多， 支护桩沿纵向受力非常的不均匀， 这样就带 来了目前这种通常配筋， 等截面强度的不合理性， 就是说对于通常配筋的等截面强度构件， 只有在构件中间的局部区段强度得到充分利用， 而在大部分区段， 强度是没有得到充分利 用的。这样如按最大受力配筋， 则造成浪费， 不够经济。 0005 目前在地下室建设工程中， 抗拔桩一般采用钻孔灌注桩和抗拔锚杆， 。
10、立柱桩一般 采用钻孔灌注桩， 而钻孔灌注桩施工工序多、 施工速度慢、 造价高 ； 抗拔锚杆的抗拔力小， 且 在许多土质中不能使用。由于预应力预制桩 （管桩及空心方桩） 不能够很好的与地下室底板 连接， 且桩与桩之间的连接达不到抗拔要求， 从而在多地被明令禁止使用。 0006 发明内容 0007 技术问题 ： 本发明提供一种可以随着弯矩和剪力的变化而变化的变截面强度预制 构件， 还提供了上述构件的制备方法。本发明预制构件可以拓宽上述预应力预制构件的应 用领域和连接方法， 而且还可以降低工程造价。 技术方案 ： 本发明的变截面强度预制构件， 包括原构件、 设置在原构件强度加强区外侧 的加强体。 0。
11、008 本发明的一种优选方案中， 加强体为沿原构件周向设置的钢管。 0009 本发明的另一种优选方案中， 加强体包括沿原构件横截面对称设置的两组加强部 件、 连接所述两组加强部件的连接筋。 0010 本发明的上述第二种优选方案中， 每组加强部件为沿原构件纵向设置的至少一个 弧形加强板， 两相邻弧形加强板之间由沿原构件周向设置的连接筋连接。 0011 上述优选方案中， 弧形加强板为弧形钢板， 连接筋为钢筋， 弧形钢板与原构件之间 说 明 书 CN 103628476 A 4 2/4 页 5 用锚筋固定连接， 锚筋为铆钉或钢筋。 0012 上述优选方案中， 弧形加强板为碳纤维布或玄武岩纤维布制成，。
12、 连接筋为碳纤维 条或玄武岩纤维条。 0013 本发明的第二种优选方案中， 每组加强部件为沿原构件纵向设置的至少一个条 钢、 角钢或加强钢筋， 两相邻条钢、 角钢或加强钢筋之间由沿原构件周向设置的连接筋连 接， 连接筋为钢筋或扁钢。 0014 本发明中， 原构件为由纵筋、 环绕纵筋设置的箍筋和浇注填充的混凝土构成的预 应力桩， 预应力桩为管桩、 空心方桩或外矩形内椭圆形桩。 0015 本发明还提供一种变截面强度预制构件制备方法， 包括以下步骤 ： 1） 将纵筋和箍筋按设计排列固定， 形成钢筋笼 ； 2） 制作加强体 ： 按设计要求分别加工加强部件和连接筋， 并将两者焊接在一起形成加 强体 ； 。
13、3） 将加强体套在步骤 1） 形成的钢筋笼外围的强度加强区内， 加焊锚筋， 并将加强体与 钢筋笼固定在一起 ； 4） 将步骤 3） 形成的组合体放入模具， 对模具内进行混凝土的布料， 合上模具上盖 ； 5） 对钢筋笼进行预应力张拉和固定， 以便固定钢筋笼并形成预应力 ； 6） 进行离心法生产以及养护， 从而形成变截面强度预制构件。 0016 本发明的另一种变截面强度预制构件制备方法， 包括以下步骤 ： 1） 制作原构件 ： 将纵筋和箍筋按设计排列固定， 形成钢筋笼， 放入模具， 对模具内进行 混凝土的布料， 养护后形成原构件 ； 2） 用结构胶， 将两组加强部件分别沿纵向粘贴在原构件上的强度加。
14、强区外侧 ； 3） 用结构胶， 将连接筋沿原构件环向粘贴在强度加强区外侧， 从而将两组加强部件连 接为一体。 0017 有益效果 ： 与传统的支护构件相比， 本发明有以下优点 ： 1） 灵活性大， 使用范围扩大 ： 传统的预制预应力支护构件的截面强度沿着整个构件长 度是一样的， 由于受到端头板锚板的限制， 其规格、 品种往往不是很多， 在设计选型中带来 很多困难， 本发明采用局部加强， 缺多少， 补多少， 不受端头锚板规格限制， 非常灵活， 使得 使用范围大大扩大。 0018 2) 节约造价， 降低投资 ： 由于支护构件的受力是变化的， 最大处与较小处相差数 倍， 在设计时往往按照最大的内力配。
15、筋， 这就使得支护设计偏于保守且不合理， 因此， 采用 本发明后， 可以节约造价。 0019 3) 增加了使用功能 ： 本发明构件可以用作抗拔桩、 立柱桩、 以及支护桩， 本发明的 加强体不仅可以在局部加强构件的截面强度， 而且还可以解决构件与构件之间的连接问 题、 可以很好的解决本发明构件与地下室底板、 与地下室楼板、 地下室顶板等构件之间的连 接问题， 因此本发明构件扩大了预制桩的应用领域， 同时当采用本发明中的弧形加强板和 钢管作为加强体时， 由于其可以与地下室结构外围的梁板配筋进行焊接连接， 从而可使支 护构件兼做地下结构外围的抗拔桩和工程桩， 省去了地下室外围的抗拔桩及工程桩， 进一。
16、 步降低工程造价。 0020 说 明 书 CN 103628476 A 5 3/4 页 6 附图说明 0021 图 1 为需要对原构件截面强度进行增强的区间的示意图。 0022 图 2 为采用圆弧形钢板对环形构件截面强度进行增强的截面示意图。 0023 图 3 为采用条钢对环形构件截面强度进行增强的截面示意图。 0024 图 4 为采用钢筋对环形构件截面强度进行增强的截面示意图。 0025 图 5 为采用钢筋对环形构件截面强度进行增强的截面示意图。 0026 图 6 为采用碳纤维对环形构件截面强度进行增强的截面示意图。 0027 图 7 为采用钢构对空心方桩截面强度进行增强的截面示意图。 00。
17、28 图中有 ： 原构件1、 加强体2、 纵筋11， 箍筋12， 混凝土13， 强度加强区14， 加强部件 21， 连接筋 22， 锚筋 23， 结构胶 24。 0029 具体实施方式 0030 本发明的变截面强度预制构件包括原构件 1、 由于原构件 1 是等截面强度， 故对于 受力较大的区段进行加强， 称为强度加强区 14， 强度加强区的确定方法是 ： 首先求出各种 受力状态下的弯矩剪力包络图， 并画出所选定的原构件所能承受的内力图， 对于包络图大 出内力图的区域加上加强体需要锚固的长度即为强度加强区的范围。在该强度加强区 14 范围内增设加强体 2， 该加强体 2 包括沿原构件 1 横截面。
18、对称设置的两组加强部件 21， 连接 两组加强部件 21 的连接筋 22， 以及焊接在加强部件 21 内侧的锚筋 23。 0031 上述每组加强部件21为沿原构件1纵向设置的至少一个弧形加强板， 两相邻弧形 加强板之间由沿原构件 1 周向设置的连接筋 22 连接， 连接筋 22 可以采用两圆形钢筋分别 焊接在弧形加强板上 （弧形加强板用钢板） ， 也可以采用一个环形或椭圆形钢筋焊接在弧形 加强板上。锚筋 23 是为了进一步加强弧形加强板与混凝土的连接， 可采用 U 形钢筋或铆钉 与弧形加强板焊接。 0032 当原构件已经制作完成时， 加强部件 21 为碳纤维布或玄武岩纤维布制成的弧形 加强板，。
19、 连接筋 22 为碳纤维条或玄武岩纤维条。采用结构胶将加强部件 21 和连接筋 22 黏 贴在原构件 1 上。 0033 上述每组加强部件 21 除前述采用弧形钢板外， 还可以采用沿纵向设置的至少一 个条钢、 角钢或加强钢筋， 两相邻条钢、 角钢或加强钢筋之间由沿原构件 1 周向设置的连接 钢筋 22 焊接连接。 0034 原构件1为纵筋11、 环绕纵筋11设置的箍筋12和浇注填充的混凝土13构成的预 应力桩， 预应力桩的形状， 目前常用的有圆环形 （管桩） 、 矩形 （方桩） 、 空心方桩、 或外矩形内 椭圆形桩。 0035 本发明的另一种优选实施例中， 加强体 2 为沿原构件 1 周向设置。
20、的钢管。 0036 本发明的变截面强度预制构件， 按照以下方法制作 ： 方法一、 预制法制作步骤 ： 1） 制作纵筋 11， 箍筋 12， 将二者按设计排列固定， 形成钢筋笼 ； 2） 制作加强体 2 ： 按设计要求分别加工加强部件 21 和连接筋 22， 并将两者焊接在一起 说 明 书 CN 103628476 A 6 4/4 页 7 形成加强体 2 ； 3） 将步骤 2） 制作的加强体 2 套在步骤 1） 形成的钢筋笼外围的强度加强区内， 加焊锚 筋 23， 并将加强体 2 与钢筋笼固定在一起 ； 4） 将步骤 3） 形成的组合体放入模具， 对模具内进行混凝土 13 的布料， 合上模具上盖。
21、 ； 5） 对钢筋笼进行预应力张拉和固定， 以便固定钢筋笼并形成预应力 ； 6） 进行离心法生产以及养护， 从而形成变截面强度预制构件。 0037 方法二、 后帖法制作步骤 ： 1） 制作原构件 1 ； 将纵筋 11 和箍筋 12 按设计排列固定， 形成钢筋笼， 放入模具， 对模具 内进行混凝土 13 的布料， 养护后形成原构件 1 ； 2） 在原构件 1 的加强区 14 外侧沿纵向按设计要求宽度范围涂结构胶 24， 然后在已涂 的结构胶上粘贴加强体 21 ； 3） 在强度加强区 14 外侧沿环向按设计要求的宽度和间距涂结构胶 24， 并在已涂的结 构胶上沿原构件 1 的环向粘贴加强体 22。。
22、 0038 实施例 1 ：（采用弧形钢板加固管桩用作支护桩应用实例） 原构件选用直径为 800 的 C 类管桩， 型号为 PHC800C130, 原构件弯矩设计值为 1051kN.m, 采用两块弧形钢板作为 加强部件 21， 弧形钢板的弧长为 300mm， 厚度为 10mm， 长度为 12m， 连接筋采用直径 16mm 的 椭圆形钢筋， 与弧形钢板牢固焊接， 锚筋采用直径为 18mm 的 U 形钢筋， U 形筋的锚固长度为 110mm， U 形筋的开档长度为 80mm， 与弧形钢板牢固焊接 ( 如图 2 所示 )。采用上述方法加 强后， 新构件的弯矩设计值为 1470kN.m, 提高了 40%。
23、， 取得很好经济效益。 0039 实施例2 ：（采用钢构加固空心方桩用作支护桩应用实例） 原构件选用空心方桩， 型 号为 HKFZ600B-400, 原构件弯矩设计值为 624kN.m, 采用 4 根长度为 10m 的角钢作为加强 部件 21， 分别置于空心方桩的 4 个角部， 角钢的规格为 L63x6 等边角钢， 两根角钢面积 1459 平方毫米， 连接筋采用 30x5 扁铁， 与角钢焊接成形后， 套在预应力钢筋笼的外围并固定， 放 入模具， 张拉预应力筋， 浇灌混凝土， 开动离心机制作成变截面强度的预应力空心方桩 ( 如 图 7 所示 )。 0040 实施例3 ：（采用钢管加固管桩用作支护。
24、桩、 抗拔桩和工程桩的应用实例） 原构件选 用直径为 800 的 B 类管桩， 型号为 PHC800B130, 原构件弯矩设计值为 827kN.m, 采用一段外 径为 800 的钢管进行加强 （如图 5 所示） ， 钢板厚度为 10mm， 加强后加强区的弯矩设计值为 1422kN.m,弯矩设计值提高了70%。 钢管自管桩上端法兰以下开始设置， 长度为13m， 钢管不 仅加固了原构件的强度， 而且还可以起到与地下室底板、 负一层楼板、 以及与地下室顶板之 间的连接作用 ( 采用焊接法连接 )， 使得该桩起到支护桩、 抗拔桩、 以及工程桩的三个作用， 做到一桩多用途， 省掉了沿地下室四周的抗拔桩和。
25、四周的工程桩， 进一步节省造价。 0041 实施例 4 ：（钢管在管桩端部加固用作抗拔桩应用实例） ， 设计抗拔桩长度 22m, 选 用二节 11m 长的预应力管桩， 直径为 400， 型号为 PHC400B110, 采用在管桩端部增设一段外 径为 400 的钢管作为加固连接体 （如图 5 所示） ， 钢管长度 0.8m， 壁厚 12mm, 钢管设置在预 应力管桩端头板的内侧， 并与端头板焊接在一起， 钢管内部焊有锚筋锚固在管桩混凝土中。 二节管桩之间除须将二个法兰直接进行焊接外， 另在二个钢管外用 18 根直径为 16 的钢筋 绑焊， 管桩与地下室底板之间的连接方法是在钢管四周侧壁上绑焊 16 根直径为 20 的锚固 筋锚入底板。 说 明 书 CN 103628476 A 7 1/1 页 8 图 1 图 2 图 3 图 4 图 5图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103628476 A 8 。