一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩

1.本实用新型涉及建筑桥梁工程领域，具体涉及一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩。

背景技术：

2.随着我国经济快速稳步增长，越来越多的振动问题逐渐引起人们重视，高铁、地铁等新型交通工具极大地影响邻近建筑物的结构稳定，爆破、强夯、轨道交通、动力机械等活动产生的振动也对周围建筑安全产生了严重影响，同时海洋、风、地震等自然作用能对高耸结构造成巨大的动力损伤，对于日益增多的高层建筑而言，动力损伤问题十分突出。
3.目前，应对动力损伤问题而发展起来的橡胶支座隔振技术较为成熟，得到了广泛应用，较为广泛的橡胶隔振装置有：(1)天然橡胶振支座+阻尼器；(2)高阻尼橡胶振支座；(2)铅芯橡胶振支座。采用铅芯橡胶隔振支座可以有效减少上部结构的加速度和层间位移，但在大震时橡胶隔振支座会出现拉应力造成隐患，同时高层隔振结构的减振控制效果不如中低层。桩基础因其承载力高、稳定性好、不均匀沉降小等优点，广泛应用于高层建筑、桥梁、重型厂房等建筑工程中，现有桩基研究发现桩筏基础适当加厚筏板，可以增大地基基础刚度，还能提高隔振效果；基底铺设减振垫和设置钢弹簧支座具有较好的隔振效果；在桩基础周围形成一个环向隔震带，能达到隔振耗能的作用，现有的桩基减振形式，主要关注桩基础与上部结构的相互影响和桩－土的共同作用，对桩体的减振研究甚少。桩顶设置可变形桩段赋予桩基减振耗能性能，能减轻建筑物受到外力冲击下的动力损伤，作为一种减振新形式，其减振性能吸引了越来越多的学者来研究。
4.在承受上部主体结构自重和及动力冲击荷载时，高大建筑的基础通常采用承台及桩基，因桩水平刚度显著大于其周围地基土的刚度在爆破振动和地震作用等产生的强烈水平力会对桩基造成较为严重的破坏。相对于面积大的承台，桩的截面面积比较小，因此桩基与承台结合部位抗冲击能力差，容易发生破坏。桩基在与承台结合部位也会因疲劳损伤出现混凝土开裂，进而影响桩基和主体结构的正常使用，同时桩基出现损伤后修复成本很高，修复后性能降低非常不利于结构安全。传统桩基通常采用的是钢筋混凝土桩，受动力作用混凝土材料容易开裂，内部钢筋会被腐蚀，抗震性能低；采用型钢桩能提高基础结构的抗震性能，承载能力更强，缺点是桩身上部的水平刚度很大，不能使结构在受较大水平力作用时发生平动，且不具有耗能减振能力。

技术实现要素：

5.本实用新型提出一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩，充分发挥上部沥青胶凝橡胶碎石混合料的吸能缓冲隔振作用，改善了传统桩基的振动动力损伤问题，还同时提高了结构的承载力与耐久性，并有助于资源化利用废弃轮胎等工业废料。
6.为实现上述目的，本实用新型通过以下的技术方案得以实现：
7.本实用新型涉及了一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩，包括桩身型钢主体、上
部沥青胶凝橡胶碎石混合料、下部水泥胶凝混合料、环形筋网和钢套管，其特征在于：所述桩身型钢主体被上部沥青胶凝橡胶碎石混合料和下部水泥胶凝混合料同心包裹着；所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料外侧被钢套管围箍，在保证桩身强度的同时用于桩身型钢主体上部吸能减振，并与下部水泥胶凝混合料通过环形筋网紧密连接；所述下部水泥胶凝混合料与桩身型钢主体共同承载荷载，起到增加桩身强度的作用；所述环形筋网采用碳纤维环形网带，用于上部沥青胶凝橡胶碎石混合料与下部水泥胶凝混合料的搭接及两者之间非等截面的截面过渡，增强搭接处的抗拉强度与抗冲击韧性。
8.所述桩身型钢主体采用高强度h型钢或槽钢，其尺寸根据上部结构设计荷载确定。
9.所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料外径为所述桩身型钢主体等效直径的 3～4倍，其中改性沥青胶结液由环氧树脂增韧改性，橡胶颗粒粒径为1～4mm，级配碎石的最大粒径不超过31.5mm。
10.所述下部水泥胶凝混合料外径为所述桩身型钢主体等效直径的2～3倍，设计强度不低于m10水泥砂浆抗压强度。
11.所述环形筋网内径大于所述桩身型钢主体等效直径1～2cm，外径小于所述水泥胶凝混合料外径1～2cm,与所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料、所述下部水泥胶凝混合料的搭接长度均不低于25cm。
12.进一步地，所述钢套管与内侧上部沥青胶凝橡胶碎石混合料及桩身型钢主体的组合会使桩基与上部基础接触面积增大，竖向受力变形更加稳定。
13.进一步地，所述钢套管与内侧上部沥青胶凝橡胶碎石混合料及桩身型钢主体的组合减小了桩身上部的水平刚度，能使上部结构产生平动，减低上部结构受水平荷载及地震作用的结构动力疲劳损伤。
14.进一步地，所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料中使用了改性沥青胶结液及橡胶颗粒，橡胶颗粒与改性沥青胶结液能反应生成立体网状结构，有效增强吸能混合料在上部冲击荷载及地震作用下的隔振性和稳定性，充分发挥吸能缓冲作用。
15.进一步地，所述环形筋网采用双层碳纤维环形网带，碳纤维环形网带与沥青混合料和水泥胶凝混合料的黏结性好，形成的界面抗拉强度高抗冲击韧性好，能使上部沥青胶凝橡胶碎石混合料与下部水泥胶凝混合料的连接为一整体，利于力与变形的传导，同时保证两者之间非等截面顺利过渡。
16.进一步地，该桩基下部桩身使用了水泥胶凝混合料，掺入的矿渣和粉煤灰增强了混凝土的承载能力，与高强度型钢结合后进一步提升了隔振桩的抗震能力。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
18.(1)与混凝土桩相比抗震性更好，使用高强度型钢和水泥胶凝混合料进一步增强了该桩基的抗震能力。
19.(2)上部沥青胶凝橡胶碎石混合料中橡胶颗粒与改性沥青胶结液能反应生成立体网状结构提高混合料的延性和韧性，玄武岩纤维能进一步增韧，级配碎石保证了混合料承压能力，各组分有机联系成整体，充分起到吸能缓冲隔振作用。
20.(3)钢套管与内侧上部沥青胶凝橡胶碎石混合料及桩身型钢主体组合使桩基上部截面面积和与上部承台基础接触面积增大，竖向受力变形更加稳定，同时减轻主体结构及对下部桩体的动力疲劳损伤。
21.(4)环形筋网设置了双层碳纤维网布使搭接过渡段更抗拉强韧，使上部沥青胶凝橡胶碎石混合料与下部水泥胶凝混合料的连接为一整体，有效阻止变截面处混凝土的开裂，降低桩基的修复成本。
22.(5)该桩基结构简单，使用材料易得，加强了对废弃轮胎等工业废料资源化利用，社会效益显著。
23.(6)该桩基结构能广泛应用于各类建构筑物或作为主要承载构件应用于高大型建筑桩基。
附图说明
24.图1是本实用新型的结构示意图。
25.图2是本实用新型的结构a-a剖面图。
26.图3是本实用新型的结构b-b剖面图。
27.图中标号：1-钢套管；2-上部沥青胶凝橡胶碎石混合料；3-环形筋网；4
‑ꢀ
桩身型钢主体；5-下部水泥胶凝混合料。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细描述。
29.实施例1:
30.如图1所示，所述桩身型钢主体(4)被上部沥青胶凝橡胶碎石混合料(2) 和下部水泥胶凝混合料(5)同心包裹着，桩身型钢主体(4)采用高强度h型钢或槽钢，其尺寸根据上部结构设计荷载确定；所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料 (2)外径为所述桩身型钢主体(4)等效直径的3～4倍，外侧被钢套管(1)围箍，其中改性沥青胶结液由环氧树脂增韧改性，橡胶颗粒粒径为1～4mm，级配碎石的最大粒径不超过31.5mm；如图3所示，所述下部水泥胶凝混合料(5)外径为所述桩身型钢主体(4)等效直径的2～3倍，设计强度不低于m10水泥砂浆抗压强度；如图2及图3所示，所述环形筋网(3)内径大于所述桩身型钢主体 (4)等效直径1～2cm，外径小于所述水泥胶凝混合料(5)外径1～2cm,与所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料(2)、所述下部水泥胶凝混合料(5)的搭接长度均不低于25cm。
31.如图1所示，本实用新型的施工方法为：首先根据桩身型钢主体(4)的位置进行钢套管(1)的定位，通过人工挖孔进行放样，然后加入桩身型钢主体(4) 预埋好环形筋网(3)后完成下部水泥胶凝混合料(5)浇筑，最后按照颗粒含量配比上部沥青胶凝橡胶碎石混合料(2)，拌合均匀后密实填筑在钢套管(1)内，最终形成可吸能缓冲的高强度复合隔振桩。
32.实施例2:
33.如图1所示，所述桩身型钢主体(4)被钢套管(1)围箍，钢套管(1)直径大于桩身型钢主体(4)等效直径1～2cm，与下部水泥胶凝混合料(5)组成钢管混凝土，桩身型钢主体(4)采用高强度h型钢或槽钢，其尺寸根据上部结构设计荷载确定；所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料(2)外径为所述桩身型钢主体(4)等效直径的3～4倍，外侧被钢套管(1)围箍，其中改性沥青胶结液由环氧树脂增韧改性，橡胶颗粒粒径为1～4mm，级配碎石的最大粒径不超过 31.5mm；如图3所示，所述下部水泥胶凝混合料(5)外径为所述桩身型钢主体 (4)等效直径的2～3倍，设计强度不低于m10水泥砂浆抗压强度；如图2及图 3所示，所述环形筋网(3)内
径大于所述桩身型钢主体(4)等效直径1～2cm，外径小于所述水泥胶凝混合料(5)外径1～2cm,与所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料(2)、所述下部水泥胶凝混合料(5)的搭接长度均不低于25cm。
34.具体施工方法为：首先根据桩身型钢主体(4)的位置进行上部沥青胶凝橡胶碎石混合料(2)所用钢套管(1)的定位，通过人工挖孔进行放样，然后加入桩身型钢主体(4)及其所用钢套管(1)，在预埋好环形筋网(3)后完成下部水泥胶凝混合料(5)浇筑，最后按照颗粒含量配比上部沥青胶凝橡胶碎石混合料 (2)，拌合均匀后密实填筑在钢套管(1)内，最终形成可吸能缓冲的高强度复合隔振桩。
35.以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩，包括桩身型钢主体、上部沥青胶凝橡胶碎石混合料、下部水泥胶凝混合料、环形筋网和钢套管，其特征在于：所述桩身型钢主体被上部沥青胶凝橡胶碎石混合料和下部水泥胶凝混合料同心包裹着；所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料外侧被钢套管围箍，在保证桩身强度的同时用于桩身型钢主体上部吸能减振，并与下部水泥胶凝混合料通过环形筋网紧密连接；所述下部水泥胶凝混合料与桩身型钢主体共同承载荷载，起到增加桩身强度的作用；所述环形筋网采用碳纤维环形网带，用于上部沥青胶凝橡胶碎石混合料与下部水泥胶凝混合料的搭接及两者之间非等截面的截面过渡，增强搭接处的抗拉强度与抗冲击韧性。2.根据权利要求1所述的一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩，其特征在于：所述桩身型钢主体采用高强度h型钢或槽钢，其尺寸根据上部结构设计荷载确定。3.根据权利要求1所述的一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩，其特征在于：所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料外径为所述桩身型钢主体等效直径的3～4倍，其中改性沥青胶结液由环氧树脂增韧改性，橡胶颗粒粒径为1～4mm，级配碎石的最大粒径不超过31.5mm。4.根据权利要求1所述的一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩，其特征在于：所述下部水泥胶凝混合料外径为所述桩身型钢主体等效直径的2～3倍，设计强度不低于m10水泥砂浆抗压强度。5.根据权利要求1所述的一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩，其特征在于：所述环形筋网内径大于所述桩身型钢主体等效直径1～2cm，外径小于所述水泥胶凝混合料外径1～2cm,与所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料、所述下部水泥胶凝混合料的搭接长度均不低于25cm。6.根据权利要求1所述的一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩，其特征在于：所述钢套管与内侧上部沥青胶凝橡胶碎石混合料及桩身型钢主体的组合在桩基长度较短时全长段布置。

技术总结

本实用新型涉及了一种可吸能缓冲的高强度复合隔振桩，属于建筑桥梁工程领域，包括桩身型钢主体、上部沥青胶凝橡胶碎石混合料、下部水泥胶凝混合料、环形筋网和钢套管。所述桩身型钢主体被上部沥青胶凝橡胶碎石混合料和下部水泥胶凝混合料同心包裹着；所述上部沥青胶凝橡胶碎石混合料外侧被钢套管围箍，与下部水泥胶凝混合料通过环形筋网紧密连接；所述下部水泥胶凝混合料与桩身型钢主体共同承载荷载；所述环形筋网采用碳纤维环形网带。该新型桩结构简单、作用机理清晰，改善了传统桩基的振动动力损伤问题，有助于资源化利用废弃轮胎等工业废料，可作为隔振桩应用于各类建构筑物或作为主要承载构件应用于高大型建筑桩基等。或作为主要承载构件应用于高大型建筑桩基等。或作为主要承载构件应用于高大型建筑桩基等。