一种预制管桩受力智能感知接头及方法技术

一种预制管桩受力智能感知接头及方法，接头：上、下端板固定连接在外圆环板的上、下端；内圆环板同轴心的安装在外圆环板的内部；上、下连接插管分别固定插装于上端板的上安装孔中、下端板的下安装孔中；四个应变/倾角传感器环向均匀的分布在外圆环板的内侧表面上。方法：将预制管桩受力智能感知接头连接在上下分布的两根桩节之间；通过应变/倾角传感器采集应变值和倾斜角度；计算预制管桩受力智能感知接头处的轴力、弯矩和倾斜角度。该感知接头能便于实时监测管桩的受力及姿态信息，能便于指导桩基的施工过程，可保证后续作业的安全系数。该方法步骤简单、监测成本低，能便于实现对应位置处桩身轴力、弯矩、垂直度等受力及姿态信息的动态监测。

【技术实现步骤摘要】
一种预制管桩受力智能感知接头及方法
本专利技术属于管桩监测
，具体是一种预制管桩受力智能感知接头及方法。
技术介绍
管桩作为一种应用广泛的地基处理方法及桩基础形式，具有施工工期短，施工方便，便于工业化生产，对施工场地无污染，经济效益可观，适应性强等诸多优点。现阶段，地基所用的管桩通常由钢筋混凝土浇筑而成，在施工过程中由于操作不当或者土层性质差异等的影响，会导致管桩破损或偏斜等施工质量问题，如果管桩受力变化或者姿态偏斜后得不到及时的发现，将增加后续施工作业风险性，影响桩基承载能力的发挥。现有技术中，对管桩的受力及姿态信息缺乏有效的监测，特别是缺乏施工过程中对管桩施工质量的把握和控制，进而无法实时指导施工，保证桩基施工质量和后续的建构筑物的使用安全。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种预制管桩受力智能感知接头及方法，该感知接头能便于实时监测管桩的受力及姿态信息，能便于指导桩基的施工过程，可保证后续作业的安全性。该方法步骤简单、监测成本低，能便于实现对应位置处桩身轴力、弯矩、垂直度等受力及姿态信息的动态监测。为了实现上述目的，本专利技术提供一种预制管桩受力智能感知接头，包括外圆环板、上端板、下端板、内圆环板、上连接插管、下连接插管、应变/倾角传感器一、应变/倾角传感器二、应变/倾角传感器三和应变/倾角传感器四；所述外圆环板的外径与管桩的尺寸相适配；所述上端板和下端板均水平的设置，且均为圆形，且外径均与外圆环板的外径相同，上端板的中心开设有与管桩桩孔相适配的上安装孔，并同轴心的固定连接在外圆环板的上端，下端板的中心开设有与管桩桩孔相适配的下安装孔，并同轴心的固定连接在外圆环板的下端；所述内圆环板同轴心的设置在外圆环板的内部，且其上端与上端板的下端面固定连接，其下端与下端板的上端面固定连接；所述上连接插管竖直的设置，其外径与上安装孔的孔径相同，其下端固定插装于上安装孔中；所述下连接插管竖直的设置，其外径与下安装孔的孔径相同，其上端固定插装于下安装孔中；所述应变/倾角传感器一、应变/倾角传感器二、应变/倾角传感器三和应变/倾角传感器四左右前后环向均匀的分布在外圆环板的内侧表面上，且均与外圆环板的内表面贴合的连接。进一步，为了增加感知接头的智能化程度，并能便于进行供电，还包括蓄电池组和数据采集模块，所述蓄电池组和数据采集模块安装在上端板、下端板和外圆环板之间的空间中，且数据采集模块分别与蓄电池组、应变/倾角传感器一、应变/倾角传感器二、应变/倾角传感器三和应变/倾角传感器四连接。进一步，为了便于实现自动化的测量，还包括计算机，所述计算机与数据采集模块连接。进一步，为了增加连接强度，所述上连接插管的下端延伸到上端板的下方，且通过环向分布在上连接插管外侧的多个上连接筋板与上端板的下端面固定连接；所述下连接插管的下端延伸到下端板的下方，且通过环向分布在下连接插管外侧的多个下连接筋板与下端板的上端面固定连接。作为一种优选，所述蓄电池组为锂电池组。作为一种优选，所述上连接插管和下连接插管的型号和尺寸相同。作为一种优选，所述上连接筋板和下连接筋板的数量均为四个。本专利技术中，通过外圆环板和内圆环板同轴心的固定连接在上端板和下端板之间，能使该感知接头具有良好的承载强度，同时，能形成承载空间，便于将传感器安装在外圆环板的内侧表面；通过在上端板的中心安装有上连接插管，在下端板的中心安装有下连接插管，能方便的连接相邻的两根桩节，可起到辅助安装和接头补强的作用。该感知接头能便于实时监测管桩的受力及姿态信息，能便于指导桩基的施工过程，可保证后续作业的安全系数。本专利技术还提供了一种预制管桩受力智能感知方法，包括预制管桩受力智能感知接头，包括以下步骤：步骤一：将预制管桩受力智能感知接头设置在上下分布的两根桩节之间，并使上连接插管固定插装于上侧桩节的桩孔中，并使上侧桩节的底板与上端板之间贴合的固定连接，使下连接插管固定插装于下侧桩节的桩孔中，并使下侧桩节的顶板与下端板之间贴合的固定连接；步骤二：数据采集模块通过应变/倾角传感器一采集外圆环板左侧的应变值εx1、通过应变/倾角传感器二实时采集外圆环板右侧的应变值εx2、通过应变/倾角传感器三实时采集外圆环板前侧的应变值εy1、通过应变/倾角传感器四实时采集外圆环板后侧的应变值εy2；通过应变/倾角传感器一或应变/倾角传感器二实时采集外圆环板在x方向的倾斜角度θx；通过应变/倾角传感器三或应变/倾角传感器四实时采集外圆环板在y方向的倾斜角度θy；步骤三：根据公式(1)计算出预制管桩受力智能感知接头处的轴力N；N＝εN·E(1)；式中，εN为预制管桩受力智能感知接头处的实测应变值，取E为预制管桩受力智能感知接头的弹性模量；根据公式(2)计算出预制管桩受力智能感知接头x方向的弯矩Mx；根据公式(3)计算出预制管桩受力智能感知接头y方向的弯矩My；Mx＝εMx·E·W(2)；My＝εMy·E·W(3)；式中，εMx为预制管桩受力智能感知接头在x向的应变差值，εMx＝εx1-εx2；εMy为预制管桩受力智能感知接头在y向的应变差值，εMy＝εy1-εy2；W为预制管桩受力智能感知接头的抗弯截面系数；根据公式(4)计算出预制管桩受力智能感知接头的倾斜角度θ；步骤四：根据预制管桩受力智能感知接头处的轴力N、预制管桩受力智能感知接头x方向的弯矩Mx、预制管桩受力智能感知接头y方向的弯矩My和预制管桩受力智能感知接头的倾斜角度θ分析并确定出管桩整体受力及姿态信息；群桩基础中，基于若干基桩的成桩受力和姿态分析，能实现对群桩基础的施工质量和服役性能的综合评价。本方法步骤简单、监测成本低，能便于实现对应位置处桩身轴力、弯矩、垂直度等受力及姿态信息的动态监测，可实时指导预制桩基施工，提高对预制桩施工质量的控制，可保证后续作业的安全系数。附图说明图1是本专利技术与桩节的装配示意图；图2是图1中A-A向的剖视图；图3是本专利技术应于多根桩节之中的装配示意图；图4是本专利技术中预制管桩受力智能感知接头倾斜角度的计算示意图。图中：1、桩节，2、计算机，3、上连接插管，4、下连接插管，5-1、上端板，5-2、下端板，6-1、应变/倾角传感器一，6-2、应变/倾角传感器二，6-3、应变/倾角传感器三，6-4、应变/倾角传感器四，7、内圆环板，8、外圆环板，9、数据采集模块，10、蓄电池组，11、上连接筋板，12、下连接筋板。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1至图3所示，一种预制管桩受力智能感知接头，包括外圆环板8、上端板5-1、下端板5-2、内圆环板7、上连接插管3、下连接插管4、应变/倾角传感器一6-1、应变/倾角传感器二6-2、应变/倾角传感器三6-3和应变/倾角传感器四6-4；所述外圆环板8的外径与管桩的尺寸相适配；所述上端板5-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预制管桩受力智能感知接头，包括外圆环板(8)，所述外圆环板(8)的外径与管桩的尺寸相适配，其特征在于，还包括上端板(5-1)、下端板(5-2)、内圆环板(7)、上连接插管(3)、下连接插管(4)、应变/倾角传感器一(6-1)、应变/倾角传感器二(6-2)、应变/倾角传感器三(6-3)和应变/倾角传感器四(6-4)；/n所述上端板(5-1)和下端板(5-2)均水平的设置，且均为圆形，且外径均与外圆环板(8)的外径相同，上端板(5-1)的中心开设有与管桩桩孔相适配的上安装孔，并同轴心的固定连接在外圆环板(8)的上端，下端板(5-2)的中心开设有与管桩桩孔相适配的下安装孔，并同轴心的固定连接在外圆环板(8)的下端；/n所述内圆环板(7)同轴心的设置在外圆环板(8)的内部，且其上端与上端板(5-1)的下端面固定连接，其下端与下端板(5-2)的上端面固定连接；/n所述上连接插管(3)竖直的设置，其外径与上安装孔的孔径相同，其下端固定插装于上安装孔中；所述下连接插管(4)竖直的设置，其外径与下安装孔的孔径相同，其上端固定插装于下安装孔中；/n所述应变/倾角传感器一(6-1)、应变/倾角传感器二(6-2)、应变/倾角传感器三(6-3)和应变/倾角传感器四(6-4)左右前后环向均匀的分布在外圆环板(8)的内侧表面上，且均与外圆环板(8)的内表面贴合的连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种预制管桩受力智能感知接头，包括外圆环板(8)，所述外圆环板(8)的外径与管桩的尺寸相适配，其特征在于，还包括上端板(5-1)、下端板(5-2)、内圆环板(7)、上连接插管(3)、下连接插管(4)、应变/倾角传感器一(6-1)、应变/倾角传感器二(6-2)、应变/倾角传感器三(6-3)和应变/倾角传感器四(6-4)；
所述上端板(5-1)和下端板(5-2)均水平的设置，且均为圆形，且外径均与外圆环板(8)的外径相同，上端板(5-1)的中心开设有与管桩桩孔相适配的上安装孔，并同轴心的固定连接在外圆环板(8)的上端，下端板(5-2)的中心开设有与管桩桩孔相适配的下安装孔，并同轴心的固定连接在外圆环板(8)的下端；
所述内圆环板(7)同轴心的设置在外圆环板(8)的内部，且其上端与上端板(5-1)的下端面固定连接，其下端与下端板(5-2)的上端面固定连接；
所述上连接插管(3)竖直的设置，其外径与上安装孔的孔径相同，其下端固定插装于上安装孔中；所述下连接插管(4)竖直的设置，其外径与下安装孔的孔径相同，其上端固定插装于下安装孔中；
所述应变/倾角传感器一(6-1)、应变/倾角传感器二(6-2)、应变/倾角传感器三(6-3)和应变/倾角传感器四(6-4)左右前后环向均匀的分布在外圆环板(8)的内侧表面上，且均与外圆环板(8)的内表面贴合的连接。


2.根据权利要求1所述的一种预制管桩受力智能感知接头，其特征在于，还包括蓄电池组(10)和数据采集模块(9)，所述蓄电池组(10)和数据采集模块(9)安装在上端板(5-1)、下端板(5-2)和外圆环板(8)之间的空间中，且数据采集模块(9)分别与蓄电池组(10)、应变/倾角传感器一(6-1)、应变/倾角传感器二(6-2)、应变/倾角传感器三(6-3)和应变/倾角传感器四(6-4)连接。


3.根据权利要求2所述的一种预制管桩受力智能感知接头，其特征在于，还包括计算机(2)，所述计算机(2)与数据采集模块(9)连接。


4.根据权利要求1至3任一项所述的一种预制管桩受力智能感知接头，其特征在于，所述上连接插管(3)的下端延伸到上端板(5-1)的下方，且通过环向分布在上连接插管(3)外侧的多个上连接筋板(11)与上端板(5-1)的下端面固定连接；所述下连接插管(4)的下端延伸到下端板(5-2)的下方，且通过环向分布在下连接插管(4)外侧的多个下连接筋板(12)与下端板(5-2)的上端面固定连接。


5.根据权利要求2所述的一种预制管桩受力智能感知接头，其特征在于，所述蓄电池组(10)为锂电池组。
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【专利技术属性】
技术研发人员：谢洪平，韩超，杜长青，王博，况联飞，唐悦，张宇驰，常新昊，彭千，孙科，
申请(专利权)人：国网江苏省电力工程咨询有限公司，中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32