部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁研究與分析

上海中技樁業(yè)股份有限公司 高軍峰 梁軍起 楊末麗 袁振

上海中技樁業(yè)股份有限公司高軍峰

  1  引言

  自法國工程師E·弗萊西奈用高強度鋼絲建成預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)之后,預(yù)應(yīng)力混凝土迅速發(fā)展,而奧地利工程師F·安波哥(Fricz.Emperger)則開辟了部分預(yù)應(yīng)力的先河。部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件具有預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的共同優(yōu)點,即具有很好的力學(xué)性能,又具有良好的變形性能,因此具有較高的抗震能力,可在地震設(shè)防烈度較高的地區(qū)推廣應(yīng)用。此外,該類產(chǎn)品具有較好的抗水平力能力,可在基坑圍護、堤壩工程、邊坡工程中應(yīng)用。

  到目前為止,國內(nèi)外很多專家學(xué)者在建筑各個領(lǐng)域?qū)Σ糠诸A(yù)應(yīng)力構(gòu)件進行了全方位、多角度的研究和論證。

  在國外,尤其是地震多發(fā)國家,部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件因其良好的抗震性能已得到廣泛應(yīng)用,比如在日本,有關(guān)建筑行業(yè)協(xié)會已就部分預(yù)應(yīng)力樁進行了大量研究并開發(fā)出部分預(yù)應(yīng)力管樁即PRC樁,如圖1所示。

圖1 PRC樁配筋圖

  長江拓也等人在日本建筑學(xué)會構(gòu)造系論文集“KFRZ杭の耐震性能に及ぼす軸方向異形鉄筋と橫補強筋の影響”一文中研究了橫向配筋對KFRZ樁抗震性能的影響,得出橫向配筋率的提高可提高樁體耐震性,增強樁體的破壞后性能[1、4、5]

  岸田慎司和青島一樹等學(xué)者分別在“KFRZ杭の曲げ性狀に及ぼす軸方向異形鉄筋量と橫補強量の影響”和“KFRZ杭の靱性付加方法に関する研究”中論述了通過實驗方法對KFRZ樁進行變形和力學(xué)性能的研究,并通過包絡(luò)線和吸收能量的角度分析了KFRZ的橫向補強筋和縱向非預(yù)應(yīng)力筋的作用,可以起到很好的借鑒作用[2、3] 。

  近年來,國內(nèi)部分科研院校及企業(yè)對部分預(yù)應(yīng)力管樁做了一些研究,比如浙江大學(xué)和浙東建材集團有限公司等,并取得了相應(yīng)成果。

  綜合國內(nèi)外經(jīng)驗,尤其是國外地震多發(fā)地區(qū)經(jīng)驗,部分預(yù)應(yīng)力樁較之預(yù)應(yīng)力樁,具有較好的抗震性能,適合抗震設(shè)防烈度較高地區(qū)使用,可為建筑物安全性、抗震性提供更充分的保障。

  2  產(chǎn)品設(shè)計與分析

  以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》( GB 50010-2010)為基礎(chǔ),結(jié)合《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》(GB/T 50476-2008)、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2010)等規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn),引用材料力學(xué)等經(jīng)典力學(xué)原理,結(jié)合國內(nèi)外先進的研發(fā)設(shè)計理念對研發(fā)新樁型進行力學(xué)、材料學(xué)分析。在此基礎(chǔ)上進行了部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁等樁型設(shè)計。

圖2 部分預(yù)應(yīng)力空心方樁配筋圖

  通過技術(shù)攻關(guān),主要開發(fā)出外邊長為300mm、325mm、350mm、375mm、400mm、425mm、450mm、475mm、500mm等不同外變長的部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁型號及對應(yīng)的生產(chǎn)工藝。

  結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在分析各相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、力學(xué)公式的基礎(chǔ)上,聯(lián)合軟件開發(fā)公司開發(fā)出部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁力學(xué)性能計算軟件,為研發(fā)新樁型奠定了基礎(chǔ),界面如圖3所示。

圖3 預(yù)應(yīng)力離心空心方樁

  3  產(chǎn)品測試與分析

  為加強產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性,我們委托國家水泥混凝土制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁進行檢測。[Page]

  試驗樁型混凝土強度等級為C60,預(yù)應(yīng)力PC鋼棒PCB-1420-35-HG符合《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒》GB/T5223.3中規(guī)定,螺旋筋采用乙級冷拔鋼絲,標(biāo)準(zhǔn)采用《混凝土制品用冷拔低碳鋼絲》JC/T540,非預(yù)應(yīng)力筋采用HRB400螺紋鋼,直徑φ10和φ18,符合《鋼筋混凝土用鋼 第2部分:熱軋帶肋鋼筋》(GB1499.2-2007)有關(guān)規(guī)定并做了進廠檢驗。

圖4 空心方樁抗彎試驗示意圖

  試驗主要測定部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁的抗彎性能,并對其變形性能進行綜合的測定,在此基礎(chǔ)上分析其抗震及抵御不可抗力作用的能力。試驗按照《預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁》JG197-2006推薦檢測方法進行抗彎檢測,對我們研發(fā)的邊長為300mm、400mm、500mm的新樁型進行抗彎檢測。

  試驗中部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁表現(xiàn)出極好的變形能力,主要體現(xiàn)為撓度的改變,和裂縫條數(shù)增加及均勻擴展,具體詳見表1、及圖5、圖6。

  與此同時,在試驗過程中測得部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁和預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁在裂縫開展范圍上有較大不同,預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁方位一般為中心點向外1000mm左右,而部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁裂紋范圍最高可達(dá)到2400mm,進一步證明了其良好的變形性能。

  為進一步分析部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁抗震性能,結(jié)合力學(xué)和變形特征,分析樁體在破壞力作用下吸收能量的能力,繪制力-撓度曲線,曲線和橫軸包圍面積即為樁體在破壞力作用下吸收能量,詳見圖7。

  另外,試驗樁達(dá)到極限抗彎強度后繼續(xù)加載直至破壞,主要破壞形式為預(yù)應(yīng)力鋼筋斷裂,破壞后因變形回彈,荷載降低,穩(wěn)定后繼續(xù)加載,測得該產(chǎn)品殘余強度較高,破壞后抗彎能力可達(dá)到極限抗彎強度的85%左右,具有較好抵御再破壞能力。

  經(jīng)試驗分析,部分預(yù)應(yīng)力離心空心方樁在抗震、變形、力學(xué)性能上優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三個方面:

  1)抗震能力:主要表現(xiàn)為可吸收更多的地震能(即破壞能),以對比樁為例,可達(dá)到原來樁型的3~4倍;

  2)變形性能:主要體現(xiàn)在裂縫和撓度兩個方面,部分預(yù)應(yīng)力離心空心方樁在裂縫數(shù)量和裂縫開展方面都具有良好的性能,增加裂縫數(shù)量從而延緩裂縫寬度的和縱向的開展;撓度方面,依據(jù)本次試驗結(jié)果,在非預(yù)應(yīng)力比例較小情況下,最大撓度得到較為明顯的提高,非預(yù)應(yīng)力比例加大,構(gòu)件抗彎剛度得到大幅度提高,撓度相對減??;

  3)力學(xué)性能:計算和試驗表明配有HRB400φ10的400(240)A-10-12極限彎矩為原來樁型的139.8%,配有HRB400φ18的400(240)A-18-12極限彎矩為原來樁型的222.3%,提高幅度較為明顯。[Page]

  4  制作工藝

  部分預(yù)應(yīng)力離心空心方樁和部分預(yù)應(yīng)力管樁均采用原預(yù)應(yīng)力樁生產(chǎn)線,在生產(chǎn)過程中積累了較為豐富的經(jīng)驗,在此基礎(chǔ)上調(diào)整了部分工藝并對原有設(shè)備進行了局部改造,主要為滾焊工藝的改造,增加了非預(yù)應(yīng)力筋滾焊工藝,提高了生產(chǎn)效率,如圖8所示。

  5  應(yīng)用與推廣

  我們開發(fā)出的部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁理論依據(jù)合理,試驗檢測認(rèn)證充分,該類型產(chǎn)品具有較好的抗震、變形和力學(xué)性能,可在抗震設(shè)防烈度較高的地區(qū)推廣使用,具有很好的市場推廣價值。

  部分預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁進行了一些工程應(yīng)用,取得了良好的效果,企業(yè)也獲得了相應(yīng)的效益。

  目前,在一些地區(qū)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁在適用范圍進行了一定調(diào)整,應(yīng)用區(qū)域受到一定限制(如抗拔樁和一些抗震地區(qū)),且整個行業(yè)競爭激烈,企業(yè)必須通過加強市場開拓提高自身競爭力,在這個條件下,部分預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制樁的開發(fā)是個不錯的方向,值得借鑒。

  6  小結(jié)

  通過以上分析可以得出:

  1)部分預(yù)應(yīng)力離心空心方樁產(chǎn)品的開發(fā)具有很好的理論依據(jù)和現(xiàn)實基礎(chǔ)。

  2)通過部分預(yù)應(yīng)力離心空心方樁抗彎能力的計算和試驗檢驗,進一步驗證了部分預(yù)應(yīng)力離心空心方樁較預(yù)應(yīng)力離心空心方樁有很好的抗震能力,變形性能突出,力學(xué)性能較好;該類型構(gòu)件破壞后殘余強度較高,具有一定的抵御再破壞能力,可在地震設(shè)防烈度較高地區(qū)使用。

  3)部分預(yù)應(yīng)力離心空心方樁生產(chǎn)工藝成熟,在對原有生產(chǎn)線進行工藝調(diào)整和設(shè)備改造的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了部分預(yù)應(yīng)力離心空心方樁的規(guī)?;a(chǎn)。

  4)部分預(yù)應(yīng)力管樁的開發(fā)與部分預(yù)應(yīng)力離心空心方樁同步,依據(jù)同樣的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn),進行研發(fā)、設(shè)計和產(chǎn)品定型,并在同等條件下進行計算和制作,確保開發(fā)出的部分預(yù)應(yīng)力管樁具有同等優(yōu)越的抗震、變形和力學(xué)性能,從這個層面上來講,部分預(yù)應(yīng)力管樁具有同等的市場推廣價值。

  參考文獻

  [1] 長江 拓也,岸田 慎司,香取 慶一,林 靜雄 KFRZ杭の耐震性能に及ぼす軸方向異形鉄筋と橫補強筋の影響,日本建筑學(xué)會構(gòu)造系論文集 (538), 123-129, 2000-12-30;

  [2] 岸田 慎司,松浦 康人,長江 拓也,香取 慶一 ,林 靜雄 KFRZ杭の 曲げ性狀に及ぼす軸方向異形鉄筋量と橫補強量の影響 : その2. 変形性能と履歴性狀,學(xué)術(shù)講演梗概集. B-1, 構(gòu)造I, 荷重?信頼性,応用力學(xué)?構(gòu)造解析,基礎(chǔ)構(gòu)造,シェル?立體構(gòu)造?膜構(gòu)造 2000, 813-814, 2000-07-31;

  [3] 青島 一樹,真島 正人,長瀧 慶明,是永 健好,KFRZ杭の靱性付加方法に関する研究 : その1 中空部充填効果について,學(xué)術(shù)講演梗概集. B-1, 構(gòu)造I, 荷重?信頼性,応用力學(xué)?構(gòu)造解析,基礎(chǔ)構(gòu)造,シェル?立體構(gòu)造?膜構(gòu)造 1999, 563-564, 1999-07-30;

  [4] 長江 拓也,岸田 慎司,香取 慶一 ,林靜雄,せん斷破壊性狀が卓越する KFRZ 杭の強度と変形性能 : 長期軸力作用下における場合,日本建筑學(xué)會構(gòu)造系論文集 (559), 205-210, 2002-09-30;

  [5] 長江 拓也 , 岸田 慎司 , 柳瀬 高仁 , 香取 慶一 , 林 靜雄,KFRZ杭の耐震性能と橫補強筋量の関系 : 杭徑および軸力が異なる場合,日本建筑學(xué)會構(gòu)造系論文集 (551), 95-102, 2002-01-30。


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