本發(fā)明涉及混凝土管樁，更確切地說，涉及安裝在樁的兩端并用于把兩根樁連接起來的端板。

背景技術(shù)：

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是用作建筑基礎(chǔ)的具有高抗彎和抗拉性能的管狀混凝土結(jié)構(gòu)。一排徑向排列的極高抗拉性能的鋼筋束與連續(xù)螺旋鋼絲焊接在一起，以形成將支撐在旋轉(zhuǎn)模具內(nèi)的鋼筋籠。然后，在敞口模具內(nèi)澆筑混凝土，并封閉模具，隨后，通過鋼筋籠一端上的端板相對(duì)剛性樁模具施加拉力，以對(duì)構(gòu)成鋼筋籠的鋼筋束施加預(yù)應(yīng)力。下一步，使模具高速旋轉(zhuǎn)，從而鋼筋籠最終被封裝在壓實(shí)混凝土殼體中，以產(chǎn)生高強(qiáng)度混凝土管樁。樁在兩端配裝有環(huán)形端板，所述端板通過連接鋼筋束與樁一起延伸，鋼筋束的圓頭緊固至端板上，并伸入混凝土中。在固化至所需強(qiáng)度時(shí)，從模具中取出樁，并且預(yù)應(yīng)力鋼筋束的拉伸載荷傳遞至固化的混凝土，沿鋼筋束的方向同軸地產(chǎn)生壓力?；炷翗兜目箯澓涂估芰θQ于樁身內(nèi)的鋼筋束預(yù)應(yīng)力，但是在樁接頭兩端的鋼筋束末端，端板必須能夠通過并跨越互鎖端板傳遞鋼筋束的全部預(yù)應(yīng)力載荷。

在本發(fā)明中，通過在將蓋合到混凝土樁的端部的端板背面處引入凹陷區(qū)并使用加寬凸緣和脊進(jìn)行加強(qiáng)，顯著降低了鋼端板的總重量。通過圍繞端板的中心回旋的內(nèi)凹曲和外凹曲輪廓，分別在背面形成了與端板的內(nèi)周緣和外周緣相鄰的內(nèi)凹陷區(qū)和外凹陷區(qū)。通過利用加厚來加強(qiáng)薄弱區(qū)，并利用凹陷區(qū)來減薄低應(yīng)力區(qū)，實(shí)現(xiàn)了材料優(yōu)化。另外，端板的背面處的內(nèi)凹陷區(qū)和外凹陷區(qū)用于防止樁頭處的混凝土在反復(fù)錘擊下發(fā)生破裂。鎖銷是菱形形狀的，從而能夠以更大的承載接觸面積與端板的互所槽接合。端板在外周緣處具有橫檔，以便在樁接合過程中插入撬棍，從而把上樁推入位。

在我們的專利US9151010B2中，端板在突出區(qū)和凹陷區(qū)中具有厚度均一的第一平坦表面和第二平坦表面。與此相反，在本發(fā)明中，端板的第一表面是平坦的，用于互鎖端板的配合，但是第二表面不是平坦的，而是在鋼筋束、內(nèi)周緣和外周緣周圍具有局部加厚區(qū)，在應(yīng)力較低的中間區(qū)域中有減薄區(qū)。

在我們的專利WO/2015/026223中，除了很大、很寬和很高的局部壓痕(2a、2b)外，端板具有基本上厚度均一的平坦表面，如圖10和圖11所示。在稱為閉模熱鍛的工藝中，必須形成這些較厚的壓痕(2a、2b)。利用閉式壓模很容易壓平工件，但是要費(fèi)很大的力擠壓閉式模具中的工件，以從相鄰區(qū)域擠壓形成較厚的區(qū)域，例如，為了在外徑大于600毫米的端板上鍛造出很厚的壓痕，需要很大的5000噸至10000噸摩擦壓力錘。這種巨大的摩擦壓力錘機(jī)器不僅很昂貴，而且只有在擁有大型鍛造設(shè)施的國家中才有。因此，在本發(fā)明中，利用小得多的脊來加厚最薄弱區(qū)域，以防止承載損壞，與很大、很寬和很高的局部壓痕相比，這種脊在結(jié)構(gòu)上足夠有效。

在專利申請(qǐng)CN102220761A中，如圖2所示，利用冷成形通過凹陷區(qū)的豎向轉(zhuǎn)移形成擠出區(qū)。在開模冷成形工藝中，可增加變形部分的總體結(jié)構(gòu)高度，但是變形部分的板的局部厚度只會(huì)沿橫向延展，因此在垂直沖擊力的作用下被擠壓得更薄。而在本發(fā)明中，在高沖力下對(duì)加熱至1000℃至1200℃的平端板進(jìn)行高精度閉模熱鍛，半準(zhǔn)粘性鋼會(huì)在模具形狀的約束下沿各個(gè)方向橫豎流動(dòng)。因此，根據(jù)閉式模具的形狀，在鍛造前，與厚度均一的端板相比，變形的端板在某些關(guān)鍵區(qū)域中會(huì)變得較厚，這與使用開式模具冷成形的情況不同，無需進(jìn)一步減薄處理。

利用高精度閉模熱鍛，本發(fā)明能夠節(jié)省材料，并且能夠制造比相同尺寸的現(xiàn)有技術(shù)端板更廉價(jià)、更輕且結(jié)構(gòu)更強(qiáng)的機(jī)械互鎖管樁端板。

還應(yīng)說明的是，本發(fā)明不局限于與高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁中的預(yù)應(yīng)力鋼筋束結(jié)合使用，也可用于普通的鋼筋混凝土樁或任何互連結(jié)構(gòu)元件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，在包括安裝在樁的兩端的相同端板的樁接頭處，樁的兩端同軸地接合在一起。端板由環(huán)形金屬板構(gòu)成，該環(huán)形金屬板的形狀與樁的橫截面形狀互補(bǔ)。端板的第一表面具有平坦表面，并具有徑向排列的突出區(qū)和凹陷區(qū)，以便與相對(duì)的相同端板配合，從而當(dāng)兩塊端板接合到一起時(shí)，一塊端板上的突出區(qū)配裝到另一塊端板的凹陷區(qū)中，反之亦然。

在突出區(qū)的從端板的中心呈放射狀延伸的每個(gè)直邊上有錐形槽。在端板配合在一起時(shí)，突出區(qū)的邊緣的相對(duì)錐形槽處于相鄰的位置，以形成錐形孔道，錐形銷可從側(cè)面橫向卡入該錐形孔道中，從而把端板鎖緊在一起。通過這種方式，埋入在樁的樁身中的上鋼筋束的拉伸載荷可通過與錐形槽的外伸邊緣接合的錐形銷安全地跨越互鎖端板傳遞至相鄰樁的鋼筋束。

當(dāng)樁接頭承受沿樁施加的外部復(fù)合軸向和彎曲載荷時(shí)，它會(huì)在互鎖端板中引起以下應(yīng)力：在承受鋼筋束底座的載荷的鋼筋束圓頭處引起高度集中的接觸應(yīng)力，在沿錐形銷的長度接合的錐形槽的外伸邊緣處引起剪切應(yīng)力，在鋼筋束底座和錐形槽之間的區(qū)域中引起彎曲應(yīng)力，其它地方大多是應(yīng)力最小的靜區(qū)。請(qǐng)參考橫截面圖，本發(fā)明的一個(gè)目的是通過根據(jù)應(yīng)力需求優(yōu)化板厚來減少端板的第二表面的材料用量；為此，局部高集中應(yīng)力區(qū)制造得較厚，以便在鋼筋束孔和螺栓孔的基部鍛造出小脊，以增加結(jié)構(gòu)厚度，并且為上述的突出區(qū)采用加寬構(gòu)造，例如在第二表面的周邊增加豎向凸緣，作為內(nèi)加寬凸緣和外加寬凸緣，但是利用凹陷區(qū)把屬于低應(yīng)力區(qū)的中間區(qū)域制造得較薄。在閉模熱鍛工藝中，鋼材量在鍛造后基本上沒有變化；因此，可利用凹陷區(qū)從低應(yīng)力區(qū)橫向轉(zhuǎn)移鋼材以增加關(guān)鍵應(yīng)力區(qū)中的端板厚度，從而顯著提高強(qiáng)度，而無需使用更多鋼材。

在鋼筋束的預(yù)應(yīng)力工藝中，鋼筋束經(jīng)由插入到相應(yīng)的鋼筋束底座中的鋼筋束圓頭在兩端附接至相同的端板，并且端板由螺栓通過螺栓孔固定到實(shí)心圓形墊板夾具上。然后，實(shí)心圓形墊板夾具牢固固定至剛性樁模的一端，而在另一端，實(shí)心圓形墊板夾具由抵住剛性樁模具的外周緣的液壓千斤頂以不超過鋼材的極限拉伸應(yīng)力的75％的拉力牽拉，以拉伸鋼筋束。在鋼筋束被牽拉時(shí)，鋼筋束孔的基部周圍的局部加厚脊可降低穿過鋼筋束底座的沖剪力造成破壞的危險(xiǎn)。類似地，螺栓孔的基部周圍的局部加厚增加了螺紋的長度和接觸面積，可降低螺栓周圍的拔出破壞危險(xiǎn)。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是，內(nèi)加寬凸緣和外加寬凸緣可顯著增加結(jié)構(gòu)端板的總體有效截面剛度，因而可有利地提高端板的抗平面內(nèi)彎曲的能力。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是使用具有旋轉(zhuǎn)薄刀片的機(jī)床工具把裙邊帶的平坦周緣同時(shí)壓制為“L形”唇緣，并壓入位于端板的外周的直槽中。通過這種方式，裙邊帶被固定到端板上，而無需進(jìn)行麻煩的焊接。請(qǐng)參考側(cè)視圖，為了制造出直槽而不是鋸齒槽，突出區(qū)和凹陷區(qū)的外周緣周圍必須有足夠的深度間隙。因此，例如對(duì)于600毫米外徑的端板來說，突出區(qū)的外加寬凸緣必須優(yōu)選延伸至超過凹陷區(qū)的第一表面的頂邊和直槽的寬度(3毫米至4毫米范圍)至少2毫米的位置，并且在直槽之后優(yōu)選具有至少2毫米間隙。因此，總體來說，對(duì)于600毫米外徑的端板，此外加寬凸緣必須優(yōu)選從凹陷區(qū)的第一表面的頂邊延伸至少7毫米，以使得直槽無間斷。

當(dāng)通過在普通平坦端板上不斷錘擊來向地下打樁時(shí)，這種沖擊可能削弱端板下的混凝土，并且最終在高拉應(yīng)力超過混凝土的破裂模數(shù)時(shí)導(dǎo)致混凝土開裂。而在本發(fā)明中，在端板的與混凝土接觸的第二表面處，在外加寬凸緣和內(nèi)加寬凸緣之間有凹面。當(dāng)沖擊錘的力施加至端板的第一表面并傳遞至第二表面時(shí)，這些外凹面和內(nèi)凹面具有約束效果，使得主壓應(yīng)力垂直于凹面的弧度向周圍擴(kuò)散，因此，最終的凈沖擊力向內(nèi)指向樁的環(huán)形區(qū)的中心，在周邊沒有張力。但是，在平坦表面的情況中，由于橫向擴(kuò)張不受限制，因此沖擊錘產(chǎn)生朝周邊向外擴(kuò)散的主壓應(yīng)力，因而最終的凈力從樁的環(huán)形區(qū)的中心指向外側(cè)，導(dǎo)致張拉破裂。因此，本發(fā)明解決了在施工現(xiàn)場最常見的打樁的高沖擊力導(dǎo)致樁頭損壞的問題。還應(yīng)說明的是，落錘會(huì)沖擊突出區(qū)的第一表面，但不會(huì)沖擊凹陷區(qū)，因此，可以把凹陷區(qū)的凹面整平，以降低熱鍛過程中所需的錘擊力，尤其是對(duì)于外徑超過600毫米的較大端板。

在把第二根樁接合到已經(jīng)打入地下的第一根樁上時(shí)，難以操縱吊車進(jìn)行很小的移動(dòng)，以便精確地吊起第二根樁，使其對(duì)正第一個(gè)打入樁的頂部，因此，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在每個(gè)突出區(qū)處提供了橫檔，可使用撬棍撬動(dòng)橫檔的凹邊，從而把第二根樁的基部處的橫向位移精確地控制在數(shù)毫米范圍內(nèi)。通過這種方式，可縮短在現(xiàn)場進(jìn)行樁間對(duì)位所花費(fèi)的時(shí)間。

附圖說明

圖1是由與錐形鎖銷互鎖的端板接合的樁接頭的剖切軸測(cè)圖；

圖2是本發(fā)明的端板的剖切軸測(cè)圖，其中示出了第一表面；

圖3是與錐形鎖銷互鎖的配合端板的剖切軸測(cè)圖，其中示出了端板的第二表面；

圖4是附接至樁的端板的第一表面的俯視詳圖，其中示出了橫截面的位置；

圖5是橫貫圖4中的端板的突出區(qū)的鋼筋束的中心剖切獲得的剖視圖A1-A1；

圖6是橫貫圖4中的端板的突出區(qū)的螺栓孔的中心剖切獲得的剖視圖A2-A2；

圖7是橫貫圖4中的端板的突出區(qū)的螺栓孔和鋼筋束孔的中心剖切獲得的剖視圖A3-A3；

圖8a-8c是呈菱形的錐形燕尾槽的截面圖，其中，水平軸可與端板的平面成多種角度；

圖9a-9f是錐形銷配裝到圖8a-8c中所示的相應(yīng)菱形錐形孔道中之后的截面圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明中，第一端板1的第一表面指混凝土樁的第一端板1的外露表面，該表面將與待配合的另一個(gè)相同第二端板2的另一個(gè)第一表面接觸。第二表面指與第一端板1和第二端板2的第一表面相反的外露面，該表面將蓋合到第一根樁23和第二根樁24的端部。

圖1示出了樁接頭25的剖視圖，樁接頭25是由第一根樁23的第一端板1通過插入到錐形孔道10中的錐形銷9與第二根樁24的第二端板2互鎖而構(gòu)成的。埋入在第一根樁23的樁身內(nèi)的混凝土3中的上鋼筋束7可跨過互鎖第一端板1和第二端板2牢固地轉(zhuǎn)接至埋入在相鄰第二根樁24的混凝土4中的鋼筋束8。裙邊帶5附接至第一端板1，并且裙邊帶6以類似方式附接至第二端板2，以防止在自旋過程中發(fā)生濕混凝土漏失，并且在一定程度上起到混凝土周圍約束作用，以避免混凝土在沖擊荷載下破裂。

圖2示出了端板2的第一表面的剖切軸測(cè)圖，該第一表面具有在外周緣處帶有橫檔15的突出區(qū)13、凹陷區(qū)14、徑向錐形槽21、以及插入就位的鎖銷9。鋼筋束8從端板2的第二表面通過螺栓孔11b插入，橫向位移，并插入到鋼筋束孔11a中。突出區(qū)13的內(nèi)加寬凸緣16a和外加寬凸緣16b提高端板的總體有效截面剛度以及抵抗平面內(nèi)彎曲的能力。

圖3是示出通過鎖銷9與第二端板2互鎖的第一端板1的第二表面的剖切軸測(cè)圖，其中示出了位于鋼筋束孔11a和螺栓孔11b處的脊12、外凹面和內(nèi)凹面，所述外凹面包括第一外凹面19和第二外凹面20，所述內(nèi)凹面包括第一內(nèi)凹面17和第二內(nèi)凹面18。需要說明的是，鋼筋束孔11a的圓形陣列的直徑在端板的寬度范圍內(nèi)變化，因此第一外凹面19和第二外凹面20的尺寸和形狀會(huì)不同于第一內(nèi)凹面17和第二內(nèi)凹面18的尺寸和形狀。由于具有把第一端板1和第二端板2約束為一體的鎖銷9的橫向互鎖系統(tǒng)，因此配合第一端板1和第二端板2的有效結(jié)構(gòu)剛度高于各個(gè)端板的結(jié)構(gòu)剛度。

圖4示出了第二端板2的突出區(qū)13的第一詳圖，其中，前述的截面A1-A1、A2-A2和A3-A3位于該區(qū)域。

圖5示出了橫貫端板的突出區(qū)13和鋼筋束底座8a處的鋼筋束8的中心的截面和尺寸A1-A1；鋼筋束孔11a的第二表面處的聳脊12具有厚度t3，對(duì)于突出區(qū)13，內(nèi)加寬凸緣16a和外加寬凸緣16b具有最大厚度t2，凹陷區(qū)具有最小厚度t1。厚度t1不應(yīng)過小，以免削弱板結(jié)構(gòu)，厚度t1優(yōu)選至少為均一厚度t的15％。必須說明的是，如果假定原端板具有均一厚度t，那么在熱鍛前，厚度t2和t3要比厚度t大得多，并且厚度t1要比厚度t小得多。通過對(duì)鋼筋束孔11a和螺栓孔11b的第二表面處的局部小聳脊12進(jìn)行鍛造，能夠強(qiáng)化第一端板1和第二端板2的薄弱部分。在樁間對(duì)位過程中，可向橫檔15中插入斜撬棍，并撬動(dòng)凹脊15a，以便把第一根樁23，在此未示出推入位。

圖6示出了橫貫螺栓孔11b的中心剖切得到的端板的突出區(qū)13的截面圖A1-A1。螺栓孔11b的第二表面處的局部脊12用于增加螺栓的螺紋長度，以防止在施加預(yù)應(yīng)力的過程中發(fā)生局部拉出破壞。為了制造直槽22，在第二端板2的外周緣周圍必須有足夠的深度間隙，使得外加寬凸緣16b的總厚度t大于“d+r+s+t”的總尺寸，其中，“r”是從頂面的邊緣至凹槽的間隙，“s”是直槽22的寬度，“t”是從直槽22至第二表面的邊緣的間隙，尺寸“d”在圖7中示出。

圖7示出了橫貫鋼筋束孔11a、螺栓孔11b和局部脊12的中心剖切而獲得的端板的突出區(qū)13的截面圖A1-A1，其中示出了尺寸“d”是突出區(qū)13的頂部與凹陷區(qū)14的頂部之間的高度。為了使用錐形銷9通過更大的承載接觸面積加強(qiáng)第一端板1和第二端板2的互鎖，比較有利的方式是，通過利用菱形形狀使錐形銷9更深地穿入突出區(qū)13的錐形槽21中。與此菱形錐形銷對(duì)應(yīng)，如圖7所示的錐形槽21的燕尾的角度在50度至140度之間。錐形槽21的燕尾的角度越大，銑制成本就越高；因此，存在一個(gè)使銑制成本和接合承載接觸面積之間達(dá)到平衡的最佳角度。

圖8a示出了呈菱形的錐形燕尾槽21的截面圖，其中，菱形的長軸在端板的平面內(nèi)。

圖8b示出了呈菱形的錐形燕尾槽21的截面圖，其中，菱形的長軸從端板的平面沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)10度。

圖8c示出了呈菱形的錐形燕尾槽21的截面圖，其中，菱形的長軸從端板的平面沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)10度。

圖9a示出了錐形銷9的截面圖，其中，錐形銷9的截面形狀與錐形槽21的燕尾的50度角互補(bǔ)。

圖9b示出了錐形銷9的截面圖，其中，錐形銷9的截面形狀是正方形，與錐形槽21的燕尾的90度角互補(bǔ)。

圖9c示出了錐形銷9的截面圖，其中，錐形銷9的截面形狀與錐形槽21的燕尾的140度角互補(bǔ)。

圖9d示出了錐形銷9的截面圖，其中，錐形銷9在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)處按長度“h”截?cái)啵赃m應(yīng)錐形槽21的燕尾的50度角。長度“h”優(yōu)選應(yīng)不超過圖7的“d”的兩倍。

尺寸“h”應(yīng)剛好足夠長，以免妨礙突出區(qū)13配裝到凹陷區(qū)14中，否則會(huì)削弱錐形銷9的穩(wěn)定性。

圖9e示出了錐形銷9的截面圖，其中，錐形銷9在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)處按長度“h”截?cái)?，以適應(yīng)錐形槽21的燕尾的90度角。長度“h”優(yōu)選應(yīng)不超過圖7的“d”的兩倍。

圖9f示出了錐形銷9的截面圖，其中，錐形銷9在最高點(diǎn)和最低點(diǎn)處按長度“h”截?cái)啵赃m應(yīng)錐形槽21的燕尾的140度角。長度“h”優(yōu)選應(yīng)不超過圖7的“d”的兩倍。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。