[发明专利]一种预制管桩受力智能感知接头及方法

权利要求书

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)、应变和倾角传感器一(6-1)、应变和倾角传感器二(6-2)、应变和倾角传感器三(6-3)和应变和倾角传感器四(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；

所述应变和倾角传感器一(6-1)、应变和倾角传感器二(6-2)、应变和倾角传感器三(6-3)和应变和倾角传感器四(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)、应变和倾角传感器一(6-1)、应变和倾角传感器二(6-2)、应变和倾角传感器三(6-3)和应变和倾角传感器四(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。

6.根据权利要求4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)和下连接插管(4)的型号和尺寸相同。

7.根据权利要求4所述的一种预制管桩受力智能感知接头，其特征在于，所述上连接筋板(11)和下连接筋板(12)的数量均为四个。

8.一种预制管桩受力智能感知方法，包括如权利要求1至7所述的一种预制管桩受力智能感知接头，其特征在于，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(1)之间，并使上连接插管(3)固定插装于上侧桩节(1)的桩孔中，并使上侧桩节(1)的底板与上端板(5-1)之间贴合的固定连接，使下连接插管(4)固定插装于下侧桩节(1)的桩孔中，并使下侧桩节(1)的顶板与下端板(5-2)之间贴合的固定连接；

步骤二：数据采集模块(9)通过应变和倾角传感器一(6-1)采集外圆环板(8)左侧的应变值ε_x1、通过应变和倾角传感器二(6-2)实时采集外圆环板(8)右侧的应变值ε_x2、通过应变和倾角传感器三(6-3)实时采集外圆环板(8)前侧的应变值ε_y1、通过应变和倾角传感器四(6-4)实时采集外圆环板(8)后侧的应变值ε_y2；通过应变和倾角传感器一(6-1)或应变和倾角传感器二(6-2)实时采集外圆环板(8)在x方向的倾斜角度θ_x；通过应变和倾角传感器三(6-3)或应变和倾角传感器四(6-4)实时采集外圆环板(8)在y方向的倾斜角度θ_y；

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＝ε_N·E (1)；

式中，ε_N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M_x；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M_y；

M_x＝ε_Mx·E·W (2)；

M_y＝ε_My·E·W (3)；

式中，ε_Mx为预制管桩受力智能感知接头在x向的应变差值，ε_Mx＝ε_x1-ε_x2；ε_My为预制管桩受力智能感知接头在y向的应变差值，ε_My＝ε_y1-ε_y2；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M_x、预制管桩受力智能感知接头y方向的弯矩M_y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。