陳曉東 曾 凱

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

復(fù)合配筋預(yù)制實(shí)心方樁的樁身抗裂性能

陳曉東 曾 凱

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

通過(guò)試驗(yàn)，從樁身受彎與樁身軸心受拉兩方面，計(jì)算分析了復(fù)合配筋預(yù)制實(shí)心方樁的樁身抗裂性能，指出預(yù)制實(shí)心方樁在原有配筋基礎(chǔ)上加配預(yù)應(yīng)力鋼筋，能較大地改善樁身抗裂性能。

預(yù)制實(shí)心方樁，配筋，抗裂性能，樁身

自1910年日本人用震動(dòng)法制造350 mm×350 mm×6 000 mm的預(yù)制混凝土方樁以來(lái)，這一樁型在工程應(yīng)用上已有100余年歷史，且曾在我國(guó)大規(guī)模應(yīng)用，然而自20世紀(jì)90年代起，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁等得到了大力推廣，發(fā)展迅猛，使得原有的預(yù)制混凝土實(shí)心方樁的市場(chǎng)一再萎縮。業(yè)內(nèi)人士一直在探索如何對(duì)預(yù)制實(shí)心方樁進(jìn)行改良以使其能更好地適應(yīng)市場(chǎng)需求，其中進(jìn)行復(fù)合配筋(在原有非預(yù)應(yīng)力配筋的基礎(chǔ)上加配一定數(shù)量的預(yù)應(yīng)力鋼筋使其成為部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件)是一個(gè)重要思路，它能改善預(yù)制實(shí)心方樁的諸多性能，尤其是樁身抗裂性能。

本文進(jìn)行理論計(jì)算及對(duì)比試驗(yàn)的復(fù)合配筋預(yù)制實(shí)心方樁樁身截面如圖1所示，具體的幾何參數(shù)及截面配筋等見(jiàn)表1。

表1 復(fù)合配筋預(yù)制實(shí)心方樁幾何參數(shù)表

方樁規(guī)格混凝土強(qiáng)度等級(jí)邊長(zhǎng)Bmm預(yù)應(yīng)力鋼筋①非預(yù)應(yīng)力鋼筋②螺旋箍筋③BpmmBsmmPRS400AC504004?D10.74?16?b4@100299292PRS450AC504508?D9.08?12?b5@100349342PRS500AC505008?D9.08?14?b5@100399392注:1)Bp表示預(yù)應(yīng)力鋼筋中心點(diǎn)之間距離,Bs表示非預(yù)應(yīng)力鋼筋中心點(diǎn)之間距離;2)非預(yù)應(yīng)力鋼筋采用HRB400級(jí)熱軋帶肋鋼筋,預(yù)應(yīng)力鋼筋采用抗拉強(qiáng)度不小于1420MPa,35級(jí)延性低松弛預(yù)應(yīng)力混凝土用螺旋槽鋼棒

1 樁身受彎時(shí)的抗裂性能(抗裂彎矩標(biāo)準(zhǔn)值)

預(yù)制實(shí)心方樁受彎時(shí)，樁身抗裂彎矩標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式為：

Mcr,k=(σce+γftk)W0

(1)

根據(jù)式(1)計(jì)算所得的各樁型樁身抗裂彎矩標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2。由表2可知，當(dāng)實(shí)心方樁的截面確定后，增加非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋(表中“加配預(yù)應(yīng)力筋未張拉”相當(dāng)于增加了非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋量)僅能輕微增大樁身的抗裂彎矩，而一旦施加了預(yù)應(yīng)力，樁身抗裂彎矩均出現(xiàn)了較大幅度的提高。由浙江大學(xué)土木工程測(cè)試中心所做對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果證實(shí)了以上結(jié)論(見(jiàn)表3)，且實(shí)測(cè)所得抗裂彎矩的提高幅度大于理論計(jì)算結(jié)果，這主要是因?yàn)槲词┘宇A(yù)應(yīng)力的實(shí)心方樁的開(kāi)裂彎矩實(shí)測(cè)值均比理論計(jì)算值低。

表2 預(yù)制實(shí)心方樁樁身抗裂彎矩理論值

表3 預(yù)制實(shí)心方樁試件開(kāi)裂彎矩實(shí)測(cè)值 kN·m

2 樁身軸心受拉時(shí)的抗裂性能(抗裂拉力標(biāo)準(zhǔn)值)

一般認(rèn)為，在軸心受拉時(shí)，整個(gè)樁身截面均勻受拉，樁身抗裂拉力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式為：

Ncr,k=(σce+ftk)A0

(2)

其中,Ncr,k為樁身軸心受拉時(shí)抗裂拉力標(biāo)準(zhǔn)值；A0為樁身截面換算面積，A0=An+(Ep/Ec)Ap+(Es/Ec)As，An，Ap，As分別為樁身截面中的凈混凝土面積、預(yù)應(yīng)力筋面積和非預(yù)應(yīng)力筋面積；Ec，Ep，Es分別為混凝土、預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量。

根據(jù)式(2)計(jì)算所得的各樁型樁身抗裂拉力標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表4。同樣，由表4可知，當(dāng)實(shí)心方樁的截面確定后，增加非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋對(duì)提高樁身抗裂能力貢獻(xiàn)甚微，而一旦施加了預(yù)應(yīng)力，樁身抗裂拉力均出現(xiàn)了一定幅度的提高。

表4 軸心受拉時(shí)預(yù)制實(shí)心方樁樁身抗裂拉力理論值

表5 軸心受拉時(shí)預(yù)制實(shí)心方樁試件開(kāi)裂拉力實(shí)測(cè)值

表5為浙江大學(xué)土木工程測(cè)試中心所做的對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果。該結(jié)果同樣表明，在施加預(yù)應(yīng)力后，實(shí)心方樁的樁身抗裂能力有明顯提高，但提高幅度并無(wú)理論計(jì)算得出的結(jié)果大，這主要是因?yàn)槭┘宇A(yù)應(yīng)力后試件實(shí)際測(cè)得的開(kāi)裂拉力值均比理論計(jì)算值小，而未施加預(yù)應(yīng)力構(gòu)件實(shí)測(cè)的開(kāi)裂拉力值不小于理論計(jì)算值。

在此提出一個(gè)假設(shè)：如圖2所示，由于鋼筋的分布不是全截面均勻分布，而是沿截面周邊分布，使得鋼筋周邊區(qū)域的彈性模量較大，而截面核心區(qū)為純混凝土區(qū)域，彈性模量較小，因此在實(shí)心方樁軸心受拉時(shí)，并不是整個(gè)樁身截面均勻受拉，而是主要由鋼筋所在的區(qū)域(圖2中陰影區(qū))承受拉力，由此進(jìn)一步假定在開(kāi)裂臨界狀態(tài)，拉力完全由陰影區(qū)混凝土來(lái)承受，核心區(qū)混凝土不參與，即計(jì)算抗裂拉力時(shí)，用陰影區(qū)截面面積代替全截面面積，從而得到計(jì)算樁身抗裂拉力標(biāo)準(zhǔn)值的公式：

Ncr,k=(σce+ftk)Al

(3)

其中，Al為周邊鋼筋所在區(qū)域的面積，Al=B2-(B-4a)2，a=0.5[B-(Bs+Bp)/2]，B，Bs，Bp的含義見(jiàn)前文圖1及表1。

根據(jù)式(3)計(jì)算所得的各樁型施加預(yù)應(yīng)力后抗裂拉力標(biāo)準(zhǔn)值及對(duì)應(yīng)樁型的開(kāi)裂拉力實(shí)測(cè)值(見(jiàn)表6)，可見(jiàn)兩者吻合得較好，但由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)尚不充分，目前還無(wú)法判定上述假定及式(3)是否真正成立，后續(xù)需要更多試驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證。

表6 根據(jù)式(3)計(jì)算值與實(shí)測(cè)開(kāi)裂拉力的比較 kN

3 結(jié)語(yǔ)

1)理論計(jì)算和對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果均表明：在加配預(yù)應(yīng)力筋(即進(jìn)行復(fù)合配筋)并施加預(yù)應(yīng)力后，預(yù)制實(shí)心方樁的受彎抗裂性能和受拉抗裂性能均有明顯的提升，從而證明進(jìn)行復(fù)合配筋是改善現(xiàn)有預(yù)制實(shí)心方樁性能的一個(gè)有效方法，值得推廣。

2)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合配筋且施加預(yù)應(yīng)力后，各預(yù)制實(shí)心方樁軸心受拉時(shí)的開(kāi)裂拉力實(shí)測(cè)值均低于理論計(jì)算值。本文通過(guò)分析提出了新的計(jì)算假定及基于該假定的抗裂拉力計(jì)算公式。由新公式計(jì)算所得結(jié)果與現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果吻合得較好，但需要更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證。

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Abstract: According to the tests, the paper analyzes the pile crack-resistance performance of the pile bending and pile axial tensioning, and points out the prefabricated solid square pile is reinforced with the prestressed reinforcement based on the former reinforcement and it can bitterly improve the pile crack resistance.

Key words: prefabricated solid square pile, reinforcement, crack resistance, pile

Cracking resistance of prefabricated solid square pile with mixed reinforcement

Chen Xiaodong Zeng Kai

(ArchitecturalDesignInstituteCo.,Ltd,ZhejiangUniversity,Hangzhou310028,China)

2016-03-13

陳曉東(1980- )，男，工程師； 曾 凱(1986- )，男，工程師

1009-6825(2016)15-0070-03

TU473

A