引言
先張法預應力混凝土管樁是采用先張法預應力工藝和離心成型法，經(jīng)過一定的養(yǎng)護條件而制成的一種空心簡體細長混凝土預制構(gòu)件[1，2]。在工程應用中，預應力管樁一般都承受豎向荷載和水平荷載的共同作用，特別在高層建筑中，當風力、地震作用等水平荷載成為建筑設(shè)計中的控制作用時，樁基的水平承載力和位移計算成為設(shè)計的重要內(nèi)容[3]。然而，以往研究側(cè)重軸向荷載作用下預應力管樁的受力性能，對其承受水平荷載能力研究尚少[4]。我公司在河南鄭州經(jīng)濟開發(fā)區(qū)開發(fā)建設(shè)的好望角國際公寓高層住宅項目，設(shè)計為先張法預應力混凝土管樁PHC500AB（100），為此，筆者對其進行抗彎試驗研究，研究各級荷載下樁身的裂縫出現(xiàn)、發(fā)展情況和變形特點，分析預應力管樁承載能力及破壞特征。
1試驗概況
試驗采用預應力管樁PHC500AB（100），長13米，主要技術(shù)參數(shù)如表1。其中縱向預應力筋為10Ф10.7的鋼絞線，沿截面均勻布置，橫向采用Ф5@50螺旋帶肋鋼絲。
試驗參考《先張法預應力混凝土管樁》GB13476-1999[1]，采用簡支梁對稱加載裝置如圖1所示，計算跨度7.8m，純彎段長度1.0m。主要測試內(nèi)容包括跨中截面混凝土應變、樁身變形、裂縫分布情況及極限荷載。
荷載施加參考跨中截面設(shè)計彎矩，考慮加載設(shè)備和管樁自重的影響，施行分級加載制度，在設(shè)計開裂彎矩和極限彎矩附近，荷載級別加密。實測彎矩按照《先張法預應力混凝土管樁》（GB13476-1999）計算，M=P/4（3L/5-1）+WL/40，其中L為管樁長度，W為管樁重量。
2試驗結(jié)果分析
2.1裂縫及破壞形態(tài)
預應力管樁抗彎試驗開裂彎矩134.0KN.m，大于檢驗開裂彎矩121KN.m，對應抗裂安全系數(shù)（初裂彎矩與標準檢驗彎矩之比）為1.10，表明預應力管樁有較好的抗裂性能。加載過程中，跨中兩側(cè)裂縫出現(xiàn)和開展情況類似，圖2為預應力管樁裂縫開展圖，橫坐標表示裂縫位置，其中x=0處為跨中位置-50≤x≤50，為純彎段，縱坐標表示裂縫最終發(fā)展高度。
加載過程中跨中出現(xiàn)首條裂縫1，隨著荷載增大到檢驗開裂彎矩140%，在加載點附近出現(xiàn)第2條裂縫而首條裂縫發(fā)展緩慢。當荷載達到檢驗極限彎矩200KN.m時，出現(xiàn)3、4號裂縫，此時1號裂縫寬度達到0.5㎜。當荷載達增加到檢驗開裂彎矩180%時，出現(xiàn)新裂縫5，達到205%時出現(xiàn)6號裂縫。此后，荷載繼續(xù)增大，橫向沒有出現(xiàn)新的裂縫，已有裂縫發(fā)展迅速。接近極限荷載后，沿縱向出現(xiàn)粘結(jié)滑移裂縫，橫向裂縫末端出現(xiàn)多條微裂縫。
此后，荷載仍能繼續(xù)增加，達到檢驗開裂彎矩281%時，1號裂縫寬度增至2㎜，此時跨中撓度達到62.2㎜，混凝土最大壓應變-2284με，千斤頂不斷卸荷，表明預應力管樁內(nèi)部塑性變形嚴重，已接近破壞。隨后荷載稍一增大，跨中裂縫寬度迅速增大至3㎜，有4根鋼絞線同時被拉斷，預應力管樁破壞。
2.2混凝土應變
圖3為各級荷載下，混凝土跨中截面土受拉、受壓區(qū)邊緣混凝土應變變化。加載初期，拉、壓區(qū)混凝土應變均線性增長，接近開裂荷載后，首先在受拉區(qū)混凝土呈現(xiàn)一定的塑性變形，達到開裂荷載后，跨中出現(xiàn)裂縫，截面內(nèi)力重分布，受拉區(qū)混凝土應變減小，同時壓區(qū)混凝土突增大。隨著荷載進一步增大，受拉區(qū)混凝土由于不斷有新裂縫出現(xiàn)，應變增長緩慢，甚至有迂回發(fā)展趨勢，而受壓區(qū)混凝土由于中和軸不斷上移應變增長加快。達到極限荷載時，受壓區(qū)混凝土應變2284με，小于混凝土的極限應變。
沿截面高度的應力分布能反映試件整體應力性能和材料間的變形協(xié)調(diào)情況，圖4為不同加載階段管樁沿截面高度處應變分布規(guī)律，其中截面中心處高度為零。由圖可知，在整個加載過程中預應力管樁混凝土平均應變基本符合平截面假定。只是當荷載超過開裂荷載后，受拉邊緣混凝土的應變由于裂縫的影響而有所減小，但在受拉邊緣以外的部分，混凝土平均應變?nèi)耘f符合平截面假定。因此在受力分析和計算過程中平截面假定可以作為一個基本假定。
2.3變形特征
圖5為預應力管樁簡支段在加載過程中的撓度增長圖。從圖中可以看出，加載初期，樁身的撓度較小，當荷載達到112KN后，跨中撓度突然增大，主要是由于樁身裂縫增大，主裂縫發(fā)展加快。此后荷載繼續(xù)增大，樁身變形加快，達到極限荷載后，跨中最大撓度達到62.2㎜。
預應力混凝土管樁的荷載-撓度關(guān)系，與截面應變發(fā)展具有一致性。圖6為管樁的荷載-撓度曲線，初始階段，荷載-撓度為明顯的線性關(guān)系，達到開裂荷載后，曲線出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折。分析原因主要是和荷載形態(tài)及離心成型管樁混凝土徑向成層性有關(guān)[7]。預應力管樁開裂后，裂縫長度較大，因而對截面剛度的削弱也較大。同時，由于離心成型混凝土沿環(huán)形截面厚度方向的成層性分布造成混凝土骨料按粗、中、細由外層向內(nèi)層分布，各層彈性模量也由外層向內(nèi)層分布，各層彈性模量也由外層向內(nèi)層逐漸降低，截面開裂后，外層部分退出工作，造成截面剛度突變。
3結(jié)束語
預應力管樁PHC500AB（100）的開裂彎矩和極限彎矩均大于檢驗值，符合國家標準規(guī)定和設(shè)計技術(shù)要求。預應力管樁破壞時，受拉區(qū)鋼絞線被拉斷，而受壓區(qū)混凝土沒有壓碎，壓應變相對較小，對彎曲承載力而言，混凝土的受壓性能沒有得到充分的發(fā)揮。樁身的抗彎剛度對樁基在水平荷載下的變位有著重要的影響，而預應力管樁在裂縫出現(xiàn)后，樁身截面抗彎剛度損失較大，對其承受水平荷載能力有不利的影響
成功提示
錯誤提示
警告提示
評論 （0）