劉雨松， 齊金良， 龔順風(fēng)， 周兆弟

(1 浙江大學(xué)土木工程學(xué)系， 杭州 310058； 2 兆弟集團(tuán)有限公司， 杭州 310012)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制樁憑借單樁承載力高、生產(chǎn)工藝純熟、施工高效便捷以及經(jīng)濟(jì)效益突出等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)工程當(dāng)中。工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)時(shí)，為了起吊、運(yùn)輸和堆放的方便，預(yù)制樁單樁長(zhǎng)度一般不超過(guò)15m。當(dāng)單樁長(zhǎng)度無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，不可避免需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接樁處理，早期常采用法蘭盤(pán)連接的方式，現(xiàn)已逐步被硫磺膠泥粘結(jié)連接和焊接連接所取代[1]。目前，焊接連接在工程接樁中使用較為廣泛，連接方式比較簡(jiǎn)單，但施工質(zhì)量易受到人為因素和天氣環(huán)境的影響。而近些年出現(xiàn)的各種機(jī)械連接接頭則能有效避免這些問(wèn)題，在提高施工效率的同時(shí)也能保證連接的可靠性。

預(yù)制樁連接接頭是樁基中較為薄弱的部位，其可靠程度直接影響樁身承載性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。劉芙蓉等[2]對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁焊接接頭進(jìn)行了抗彎性能試驗(yàn)研究。李偉興等[3]研究了改進(jìn)的外貼焊接鋼板標(biāo)準(zhǔn)焊接接樁節(jié)點(diǎn)在受力性能、施工工藝和焊接質(zhì)量等方面的優(yōu)勢(shì)。戴曉芳等[4]介紹了一種由插接式接樁扣和預(yù)制件連接的接樁方式，結(jié)合試驗(yàn)和有限元分析對(duì)經(jīng)加速劣化處理管樁的耐久性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該機(jī)械連接接頭相較于傳統(tǒng)焊接接頭具有安全環(huán)保、快速便捷、耐久性好、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。徐銓彪等[5]研究了復(fù)合配筋方樁增強(qiáng)型連接接頭的抗彎性能，得到了其破壞形式為樁身抗彎破壞和端板與樁身連接破壞。路林海等[6]進(jìn)行了使用承插式樁接頭的預(yù)制方樁的受彎承載力試驗(yàn)和有限元分析，考查樁接頭在各階段的受力變形特征，并用試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所推導(dǎo)樁接頭受彎承載力計(jì)算式的正確性。王云飛等[7-8]研發(fā)了一種彈卡式連接預(yù)應(yīng)力混凝土方樁接頭，通過(guò)足尺受拉、受彎試驗(yàn)和有限元分析肯定了彈卡式連接接頭良好的力學(xué)性能。趙慧玲等[9]對(duì)采用翼緣L型鋼板-鋼連接板-高強(qiáng)螺栓連接的預(yù)應(yīng)力工字型圍護(hù)樁接頭開(kāi)展了剪切試驗(yàn)和有限元分析，研究了接頭的破壞模式、承載能力及影響因素，為接頭形式的改進(jìn)提供了依據(jù)。Korin等[10]提出了一種改進(jìn)型機(jī)械連接接頭，通過(guò)拉伸試驗(yàn)驗(yàn)證了該接頭優(yōu)秀的抗拉性能和較好的適用性，可以用于不同尺寸的方樁拼接。Ptuhina等[11]則總結(jié)研究了目前幾種使用廣泛的預(yù)制樁拼接方法在經(jīng)濟(jì)性、耐久性和現(xiàn)場(chǎng)工作量等方面的優(yōu)缺點(diǎn)，指出插銷(xiāo)式機(jī)械接頭是最有效的連接方法。

上述研究中，有對(duì)焊接接頭的加固改進(jìn)，也有機(jī)械接頭的研發(fā)應(yīng)用，這些方法都不同程度上提高了連接接頭的可靠性，但也有相應(yīng)的不足。加固改進(jìn)傳統(tǒng)焊接接頭的做法進(jìn)一步增加了施工工序，降低了工作效率，仍然沒(méi)有解決焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題。而研發(fā)的各種機(jī)械接頭往往要配備特定的端板和連接配件，連接方式復(fù)雜，生產(chǎn)成本有所提高。

基于此，本文研發(fā)了一種新型預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭，取消了樁端傳統(tǒng)端板的設(shè)置，上下兩節(jié)方樁受力鋼筋通過(guò)上螺下鎖式機(jī)械連接件[12]相連，接樁界面灌入環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑等密封材料，以提高接樁部位的耐久性能。使用該機(jī)械連接方式的竹節(jié)樁具有豎向抗壓和抗拔承載力高、耐久性好、成本經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，在沿海軟土地基工程中應(yīng)用廣泛[13]。通過(guò)開(kāi)展螺鎖式機(jī)械連接件的拉伸試驗(yàn)和兩種類(lèi)型共6根方樁連接接頭試件的足尺受剪性能試驗(yàn)，研究機(jī)械連接件和方樁連接接頭試件的承載能力和破壞形式，為此新型螺鎖式機(jī)械連接接頭的應(yīng)用和推廣提供重要的理論依據(jù)。

1 螺鎖式預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件

本文主要研究螺鎖式預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭的受剪性能，采用4點(diǎn)式加載，以試件失去承載能力作為終止加載的條件。試驗(yàn)共選取了兩種類(lèi)型的方樁，分別為普通方樁和異型方樁。其中異型方樁在普通方樁基礎(chǔ)上對(duì)外形進(jìn)行了改進(jìn)，樁身縱向每隔一段沿樁周外側(cè)設(shè)置凸肋，可有效提高樁身摩擦性能和抗拔能力。

方樁連接接頭試件由兩根相同長(zhǎng)度的方樁通過(guò)螺鎖式機(jī)械連接件拼接而成，所用方樁的幾何尺寸和配筋如圖1和表1所示。其中B為普通方樁截面邊長(zhǎng)和異型方樁小截面邊長(zhǎng)，BL為異型方樁大截面邊長(zhǎng)，Bp為預(yù)應(yīng)力鋼筋分布邊長(zhǎng)。3根普通方樁截面邊長(zhǎng)為250，450，600mm，對(duì)應(yīng)編號(hào)為T(mén)-PF-B250，T-PF-C450，T-PF-B600；3根異型方樁截面最小邊長(zhǎng)為300，530，600mm，最大邊長(zhǎng)為350，750，850mm，對(duì)應(yīng)編號(hào)為T(mén)-FZ-C350-300，T-FZ-B750-530和T-FZ-B850-600。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土方樁配筋示意圖

方樁幾何尺寸和配筋 表1

在生產(chǎn)方樁連接接頭試件的同時(shí)澆筑了9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土立方體試塊(邊長(zhǎng)150mm)，與試件在同等條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定齡期后，依據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2019)[14]對(duì)試塊進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。試驗(yàn)測(cè)得9個(gè)混凝土立方體試塊的抗壓強(qiáng)度平均值為63.1MPa，滿足樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C60的要求。

方樁連接接頭試件所用預(yù)應(yīng)力鋼筋為低松弛預(yù)應(yīng)力混凝土用螺旋槽鋼棒，抽取與試件同一批次的φD9.0和φD10.7兩種規(guī)格預(yù)應(yīng)力鋼棒各2根，依據(jù)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼材試驗(yàn)方法》(GB/T 21839—2019)[15]對(duì)其進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試驗(yàn)測(cè)得的預(yù)應(yīng)力鋼棒應(yīng)力-應(yīng)變(σ-ε)曲線如圖2所示，彈性模量Ep、屈服強(qiáng)度f(wàn)y、抗拉強(qiáng)度f(wàn)pt和最大力總延伸率Agt等性能參數(shù)見(jiàn)表2。由試驗(yàn)結(jié)果可知，同規(guī)格兩根預(yù)應(yīng)力鋼棒的性能參數(shù)較為相近，4根鋼棒的力學(xué)性能均滿足規(guī)范《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒》(GB/T 5223.3—2017)[16]要求。

圖2 預(yù)應(yīng)力鋼棒實(shí)測(cè)應(yīng)力-應(yīng)變曲線

預(yù)應(yīng)力鋼棒拉伸試驗(yàn)結(jié)果 表2

2 螺鎖式機(jī)械連接件抗拉性能試驗(yàn)

一套螺鎖式機(jī)械連接件包括機(jī)械連接裝置和兩根縱向預(yù)應(yīng)力鋼棒，如圖3所示。機(jī)械連接裝置由大小螺母拼接而成，小螺母一端連接預(yù)應(yīng)力鋼筋，另一端旋入球頭插桿；大螺母一端連接預(yù)應(yīng)力鋼筋，中間放置彈簧、彈簧墊片和卡片，另一端則旋入并頂緊中間螺母。連接件對(duì)接時(shí)，球頭插桿通過(guò)中間螺母頂入大螺母中，壓縮彈簧向外推開(kāi)卡片，當(dāng)插桿頭部穿過(guò)卡片環(huán)后，彈簧的回彈力使卡片恢復(fù)到卡緊狀態(tài)，完成有效的對(duì)接。卡片內(nèi)側(cè)呈鋸齒狀，配合插桿頭部的凹槽，可實(shí)現(xiàn)有效卡接，避免插桿被拔出。

為檢驗(yàn)螺鎖式機(jī)械連接件的連接性能，分別抽取預(yù)應(yīng)力鋼棒φD9.0和φD10.7的兩種規(guī)格連接件各3套，使用液壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。圖4所示為測(cè)得的各連接件荷載-位移(P-s)曲線，相應(yīng)的承載能力和破壞形式如表3所示。

圖3 螺鎖式機(jī)械連接件拆解結(jié)構(gòu)圖

圖4 螺鎖式機(jī)械連接件拉伸試驗(yàn)荷載-位移曲線

螺鎖式機(jī)械連接件拉伸試驗(yàn)結(jié)果 表3

由表3可知，3套φD9.0螺鎖式機(jī)械連接件的破壞形式均為連接件螺母附近的預(yù)應(yīng)力鋼棒被拉斷(圖5(a))，表現(xiàn)在荷載-位移曲線上為平緩的強(qiáng)化段和下降段；3套連接件的極限拉力試驗(yàn)值較為接近，平均值為95.8kN，較表2中同規(guī)格預(yù)應(yīng)力鋼棒的極限拉力平均值97.5kN偏小1.7%。3套φD10.7螺鎖式機(jī)械連接件的破壞形式既有連接件螺母附近的預(yù)應(yīng)力鋼棒被拉斷(圖5(a))，也有預(yù)應(yīng)力鋼棒鐓頭被拉斷(圖5(b))；預(yù)應(yīng)力鋼棒鐓頭被拉斷的連接件在荷載-位移曲線上出現(xiàn)陡降，效果較差；3套機(jī)械連接件的極限拉力試驗(yàn)值也較為接近，平均值為134.9kN，較表2中同規(guī)格預(yù)應(yīng)力鋼棒的極限拉力平均值131.7kN偏大2.4%。

綜上，螺鎖式機(jī)械連接件的破壞形式分為鋼筋母材拉斷和鋼筋鐓頭拉斷，上述6套連接件中只有1套發(fā)生預(yù)應(yīng)力鋼棒鐓頭拉斷，其余均為預(yù)應(yīng)力鋼棒被拉斷，效果較好。而且各連接件與同規(guī)格預(yù)應(yīng)力鋼棒的極限承載力比較相近，表明其具有良好的連接性能。

圖5 螺鎖式機(jī)械連接件破壞形式

3 預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件受剪性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)概況

螺鎖式預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件由2根相同規(guī)格方樁通過(guò)螺鎖式機(jī)械連接件拼接而成。為制作方便，受剪試件長(zhǎng)度按受彎試驗(yàn)考慮，結(jié)合《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》(GB 13476—2009)[17]規(guī)定和實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地條件確定。采用YAW-10000F型微機(jī)控制電液伺服多功能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件進(jìn)行4點(diǎn)式加載，試件樁長(zhǎng)和加載點(diǎn)布置如表4和圖6所示。受剪試驗(yàn)加載中，跨中純彎段長(zhǎng)度為1.0 m，彎剪段長(zhǎng)度為方樁的截面邊長(zhǎng)B，連接接頭位于左側(cè)彎剪段中心。對(duì)于異型方樁，由于接頭部位為樁身大截面，相應(yīng)的彎剪段長(zhǎng)度取大截面邊長(zhǎng)BL。

試件樁長(zhǎng)和加載點(diǎn)布置 表4

圖6 預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件受剪加載示意圖

預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件的應(yīng)變片和位移計(jì)布置及編號(hào)如圖6所示，混凝土應(yīng)變片采用50mm×3mm型電阻應(yīng)變片，位移計(jì)采用YHD-100型位移傳感器。其中應(yīng)變片分布情況為：試件純彎段上下表面各1片、左側(cè)彎剪段接頭兩側(cè)沿最大剪應(yīng)力方向布置4片、右側(cè)彎剪段中部沿最大剪應(yīng)力方向布置3片，共9片應(yīng)變片；位移計(jì)分布情況為：試件跨中和左右支座處各1支，共3支位移計(jì)。

參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》(GB 13476—2009)[17]進(jìn)行受剪試驗(yàn)。正式加載前先進(jìn)行預(yù)加載，檢查各儀表設(shè)備的工作狀態(tài)。首先按照預(yù)應(yīng)力混凝土方樁樁身開(kāi)裂剪力理論計(jì)算值20%的級(jí)差加載至開(kāi)裂剪力的80%，而后改用開(kāi)裂剪力10%的級(jí)差繼續(xù)加載至開(kāi)裂剪力的100%，觀察彎剪段是否有斜裂縫出現(xiàn)；若在開(kāi)裂剪力的100%時(shí)未出現(xiàn)裂縫，則按開(kāi)裂剪力5%的級(jí)差繼續(xù)加載至彎剪段出現(xiàn)斜裂縫；開(kāi)裂后按照樁身受剪承載力理論計(jì)算值5%的級(jí)差加載至受剪承載力的100%；最后改為位移加載，直至試件失去承載能力。

采用預(yù)應(yīng)力混凝土方樁樁身的受剪承載力來(lái)評(píng)估相應(yīng)方樁連接接頭試件的受剪承載力，其中異型方樁承載能力按照樁身最小截面進(jìn)行計(jì)算。參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)[18]，預(yù)應(yīng)力混凝土方樁樁身受剪承載力理論值按式(1)計(jì)算。由于規(guī)范中沒(méi)有提及開(kāi)裂剪力的計(jì)算，為加載方便，樁身開(kāi)裂剪力理論值按式(2)計(jì)算，在式(1)的基礎(chǔ)上忽略箍筋項(xiàng)的貢獻(xiàn)。

(1)

(2)

式中：Vu為樁身斜截面受剪承載力；Vcr為樁身開(kāi)裂剪力；λ為計(jì)算截面剪跨比，取值為1.5～3；ft為混凝土抗拉強(qiáng)度；B為樁截面邊長(zhǎng)，異型方樁取小截面邊長(zhǎng)；h0為截面有效高度；fyv為箍筋抗拉強(qiáng)度；Asv為配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積；s為沿樁身長(zhǎng)度方向的箍筋間距；θ為箍筋與縱向軸線的夾角；σce為樁身截面混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力；A為樁身截面面積。

圖7 方樁連接接頭試件荷載-跨中(P-f)撓度曲線

3.2 受剪承載力

圖7為試驗(yàn)測(cè)得的6根預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件荷載-跨中撓度(P-f)曲線。由于試驗(yàn)臺(tái)地面承重的限制，受剪加載過(guò)程中施加荷載超過(guò)2 000kN會(huì)對(duì)試驗(yàn)機(jī)造成一定損害，故3根方樁接頭T-PF-B600，T-FZ-B750-530和T-FZ-B850-600試件未加載至完全破壞。但3根試件停止加載時(shí)，樁身剪彎段剪力均超過(guò)相應(yīng)樁身極限剪力計(jì)算值，已能初步驗(yàn)證連接方式的可靠性。

受剪加載初期，各接頭試件均處于彈性變形階段，荷載與跨中撓度呈線性關(guān)系；隨著荷載增加，試件純彎段率先出現(xiàn)豎向裂縫，樁身剛度下降，跨中撓度增長(zhǎng)加快；繼續(xù)加載，純彎段裂縫數(shù)目增多，高度和寬度增大，彎剪段也開(kāi)始出現(xiàn)斜裂縫。最終T-PF-B250和T-FZ-C350-300兩根試件發(fā)生正截面受彎破壞，跨中底部預(yù)應(yīng)力鋼棒被拉斷，上部混凝土被壓碎，荷載-跨中撓度曲線呈現(xiàn)明顯的下降段；而T-PF-C450試件發(fā)生斜截面受剪破壞，方樁連接接頭底部被拉開(kāi)，截面機(jī)械連接件中預(yù)應(yīng)力鋼棒鐓頭被拉斷，荷載-跨中撓度曲線出現(xiàn)陡降；其余3根試件未加載至破壞，仍具有良好的承載性能，樁身剛度較大，跨中撓度較小。

預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件彎剪段剪力與試驗(yàn)機(jī)荷載值的關(guān)系如下：

(3)

式中：Vt為試件彎剪段剪力試驗(yàn)值；P為試驗(yàn)機(jī)荷載值。

表5給出了各預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件的開(kāi)裂剪力試驗(yàn)值Vcr,t、極限剪力試驗(yàn)值Vu,t和理論公式計(jì)算的樁身開(kāi)裂剪力計(jì)算值Vcr,c、極限剪力計(jì)算值Vu,c，其中開(kāi)裂剪力試驗(yàn)值取試件彎剪段出現(xiàn)斜裂縫時(shí)的剪力。

方樁連接接頭試件受剪承載力試驗(yàn)值與樁身受剪承載力計(jì)算值對(duì)比 表5

由表5可知，各預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件的開(kāi)裂剪力試驗(yàn)值與相應(yīng)的樁身開(kāi)裂剪力計(jì)算值有較大的偏差，偏差在20%以內(nèi)，其中普通方樁連接接頭試件的開(kāi)裂剪力試驗(yàn)值均偏小。各接頭試件的極限剪力試驗(yàn)值則較相應(yīng)的樁身極限剪力計(jì)算值偏大較多，顯示出較好的受剪性能。

3.3 裂縫分布

3根普通方樁連接接頭試件中，T-PF-B250試件在彎剪段剪力達(dá)到70.0kN時(shí)，跨中純彎段出現(xiàn)6條豎向裂縫，剪力達(dá)到105.0kN時(shí)，左側(cè)彎剪段接頭處出現(xiàn)1條斜裂縫；破壞前試件純彎段裂縫7條，最大寬度2.50mm，為主要破壞裂縫，彎剪段裂縫3條，最大寬度0.30mm，如圖8(a)所示。T-PF-C450試件在彎剪段剪力達(dá)到337.7kN時(shí)，左側(cè)彎剪段接頭處出現(xiàn)1條斜裂縫，剪力達(dá)到414.0kN時(shí)，跨中純彎段出現(xiàn)1條豎向裂縫；破壞前試件純彎段裂縫7條，最大寬度0.62mm，彎剪段裂縫3條，最大寬度0.36mm，斜裂縫延伸至加載墊塊處，如圖8(b)所示。T-PF-B600試件在彎剪段剪力達(dá)到599.4kN時(shí)，跨中純彎段出現(xiàn)7條豎向裂縫，剪力達(dá)到674.3kN時(shí)，彎剪段出現(xiàn)1條斜裂縫；剪力加載至911.5kN時(shí)，試件純彎段裂縫10條，最大寬度0.26mm，豎向裂縫開(kāi)展寬度和高度均較小，彎剪段裂縫4條，最大寬度0.62mm，開(kāi)展高度較高，如圖8(c)所示。

3根異型方樁連接接頭試件中，T-FZ-C350-300試件在彎剪段剪力達(dá)到144.9kN時(shí)，跨中純彎段出現(xiàn)3條豎向裂縫，剪力達(dá)到163.0kN時(shí)，右側(cè)彎剪段小截面處出現(xiàn)1條斜裂縫；破壞前試件純彎段裂縫6條，最大寬度1.40mm，為主要破壞裂縫，彎剪段裂縫3條，最大寬度0.10mm，如圖9(a)所示。T-FZ-B750-530試件在彎剪段剪力達(dá)到476.7kN時(shí)，跨中純彎段出現(xiàn)5條豎向裂縫，剪力達(dá)到655.6kN時(shí)，右側(cè)彎剪段小截面處出現(xiàn)1條斜裂縫；剪力加載至910.0kN時(shí)，試件純彎段裂縫6條，最大寬度0.60mm，彎剪段裂縫3條，最大寬度0.26mm，裂縫開(kāi)展均不充分，如圖9(b)所示。T-FZ-B850-600試件在彎剪段剪力達(dá)到614.9kN時(shí)，跨中純彎段出現(xiàn)1條豎向裂縫，剪力達(dá)到807.1kN時(shí)，右側(cè)彎剪段小截面處出現(xiàn)1條斜裂縫；剪力加載至987.5kN時(shí)，試件純彎段裂縫7條，最大寬度0.20mm，彎剪段裂縫2條，最大寬度0.10mm，裂縫開(kāi)展高度和寬度均較小，如圖9(c)所示。

綜上可知，除了T-PF-C450試件外，其余接頭試件均是純彎段率先出現(xiàn)豎向裂縫，而后彎剪段出現(xiàn)斜裂縫。普通方樁連接接頭試件中，純彎段裂縫大致呈豎向開(kāi)展，包含接頭的彎剪段斜裂縫較另一彎剪段斜裂縫開(kāi)展較早，也更充分。異型方樁連接接頭試件中，純彎段裂縫尖部朝樁身大小截面交接處開(kāi)展，由于連接接頭位于樁身大截面處，該彎剪段斜裂縫較另一小截面彎剪段斜裂縫開(kāi)展較慢。

3.4 破壞形式

6根方樁連接接頭試件中，受試驗(yàn)條件限制，只有3根試件加載至完全破壞。其中，T-PF-B250和T-FZ-C350-300兩根小樁徑試件的受剪加載破壞形式為樁身正截面受彎破壞，跨中底部縱向預(yù)應(yīng)力鋼棒被拉斷，上部混凝土被壓碎，如圖10(a)和10(b)所示。而T-PF-C450試件的受剪加載破壞形式為方樁接頭斜截面受剪破壞，彎剪段連接接頭底部被拉開(kāi)，斜裂縫延伸至加載墊塊處，附近混凝土有輕微壓碎現(xiàn)象，鑿開(kāi)底部混凝土后發(fā)現(xiàn)部分螺鎖式機(jī)械連接件中預(yù)應(yīng)力鋼棒鐓頭被拉斷，如圖10(c)所示。

圖9 異型方樁連接接頭試件受剪裂縫分布圖

圖10 方樁連接接頭試件破壞形式

對(duì)方樁試件兩種破壞形式進(jìn)行簡(jiǎn)單的理論分析，將試件當(dāng)作簡(jiǎn)支考慮，忽略樁身自重的影響，則破壞時(shí)純彎段彎矩M可表示為M=VS(V為彎剪段剪力，S為彎剪段長(zhǎng)度)，將其與截面極限彎矩相比，即可大致判斷破壞形式。如表6所示，在上式中代入樁身極限剪力和極限彎矩理論計(jì)算值，發(fā)現(xiàn)Vu,cS/Mu,c的比值隨著樁徑的增大而減小，但均小于1；在上式中代入受彎和受剪試驗(yàn)測(cè)得的極限剪力和極限彎矩，發(fā)現(xiàn)Vu,tS/Mu,t的比值亦隨著樁徑的增大而減小，但比值與1的大小關(guān)系與試件破壞形式相吻合。由于規(guī)范[18]中關(guān)于矩形截面受剪承載力的計(jì)算公式(式(6.3.4-1)～(6.3.4-3))偏于保守，計(jì)算值遠(yuǎn)小于實(shí)際受剪承載力，從而導(dǎo)致代入樁身極限剪力和極限彎矩理論計(jì)算值時(shí)得到的Vu,cS/Mu,c比值小于1。因此，上述試驗(yàn)中兩種破壞形式均是合理的，產(chǎn)生何種破壞形式主要取決于加載過(guò)程中樁身截面剪彎段剪力和純彎段彎矩哪個(gè)先達(dá)到極限值。

圖11 方樁連接接頭試件樁身混凝土應(yīng)變發(fā)展

受剪試驗(yàn)試件極限彎矩和極限剪力關(guān)系 表6

受剪試驗(yàn)中，為保證試件發(fā)生斜截面破壞，常取彎剪段長(zhǎng)度為一倍的截面邊長(zhǎng)B以減小跨中彎矩。而小樁徑方樁截面預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)目較少，截面彎矩較小，在剪跨比為1的情況下仍出現(xiàn)受彎破壞，需要進(jìn)一步縮小彎剪段長(zhǎng)度才能發(fā)生受剪破壞。隨著方樁樁徑的增大，樁身截面預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)目增多，截面彎矩提高相較于截面剪力提高更為明顯，方樁傾向于發(fā)生受剪破壞。因此，影響受剪試件破壞形式的主要因素是截面極限剪力、極限彎矩以及剪跨比三者之間的關(guān)系。

3.5 混凝土應(yīng)變發(fā)展

圖11所示為各預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件樁身混凝土應(yīng)變隨荷載的發(fā)展變化曲線，為保證圖的可讀性，混凝土拉應(yīng)變達(dá)到1 000με后不再繪制應(yīng)變數(shù)據(jù)。由圖可知，方樁連接接頭試件在樁身裂縫出現(xiàn)前，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變均較小，隨著荷載增加呈線性變化。彎剪段測(cè)點(diǎn)應(yīng)變與斜裂縫開(kāi)展密切相關(guān)，一些混凝土應(yīng)變片處于裂縫開(kāi)展位置，應(yīng)變迅速增長(zhǎng)繼而破壞失效，部分應(yīng)變片則因附近裂縫開(kāi)展導(dǎo)致讀數(shù)有所減小?？缰屑儚澏问軌簠^(qū)混凝土應(yīng)變片#1讀數(shù)增長(zhǎng)較為穩(wěn)定，隨荷載增加而增長(zhǎng)，但除了T-PF-B250和T-PF-C450試件，其余試件中應(yīng)變數(shù)值均未超過(guò)1 000με，這與受剪加載不充分有關(guān)。而加載至破壞的T-FZ-C350-300試件，由于其混凝土壓碎部位位于樁身大小截面交接處，偏離跨中，混凝土壓碎時(shí)應(yīng)力釋放，導(dǎo)致跨中混凝土應(yīng)變片#1讀數(shù)出現(xiàn)回縮。

4 結(jié)論

(1)螺鎖式機(jī)械連接件的極限拉力與同規(guī)格預(yù)應(yīng)力鋼棒的極限拉力比較接近，表現(xiàn)出良好的抗拉性能。除1套機(jī)械連接件因預(yù)應(yīng)力鋼棒鐓頭被拉斷而破壞，其余連接件的破壞形式均為連接件螺母附近的預(yù)應(yīng)力鋼棒被拉斷，效果較為理想。

(2)各預(yù)應(yīng)力混凝土方樁連接接頭試件的開(kāi)裂剪力試驗(yàn)值與相應(yīng)的樁身開(kāi)裂剪力計(jì)算值有較大的偏差，通常在20%以內(nèi)；試件極限剪力試驗(yàn)值則較相應(yīng)的樁身極限剪力計(jì)算值偏大較多，受剪性能較好。

(3)絕大部分接頭試件在加載中均是純彎段率先出現(xiàn)豎向裂縫，而后彎剪段出現(xiàn)斜裂縫；普通方樁連接接頭試件的斜裂縫最先出現(xiàn)在接頭附近，而異型方樁連接接頭試件的斜裂縫則先出現(xiàn)在樁身小截面段。

(4)試件受剪加載破壞形式分為正截面受彎破壞和斜截面受剪破壞。正截面受彎破壞時(shí)，跨中底部縱向預(yù)應(yīng)力鋼棒被拉斷，上部混凝土被壓碎；斜截面受剪破壞時(shí)，方樁連接接頭底部被拉開(kāi)，斜裂縫延伸至加載墊塊處，附近混凝土出現(xiàn)輕微壓碎，鑿開(kāi)底部混凝土后發(fā)現(xiàn)部分螺鎖式機(jī)械連接件中預(yù)應(yīng)力鋼棒鐓頭被拉斷。