部分预应力混凝土空心方桩的研究与分析.pdf

2 0 1 2年第 1 2期 1 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE ANDCEM ENT PRODUC 2 01 2 No 1 2 De c e mb e r 部分预应力混凝土空心方桩的研究与分析 高军峰 ， 梁军起 ， 杨末 丽， 袁 振 ( 上海中技桩业股份有限公司 ， 2 0 0 4 3 4 ) 摘要 ： 结合 国内外经验 ， 论 述 了已研 发并进行试制 生产 的部分预应 力混凝 土空心方桩 的类型及 其制作工 艺 ， 并结合试验研 究了空心方桩的高抗 弯、 大吸 附能性能。此外， 对部分预应 力管桩也进行 了一定的研 究和分析 。 关键词 ： 部 分预应 力； 空心方桩 ； 管桩； 抗弯性能 ； 变形能力 Ab s t r a c t C o mb i n e d wi t h t h e d o me s t i c a n d f o r e i g n e x p e r i e n c e s ， t y p e s a n d p r o d u c t i o n p r o c e s s o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e h o l l o w s q u a r e p i l e s h a v e b e e n r e s e a r c h e d a n d t ria l p r o d u c t i o n a r e d i s c u s s e d Me a n wh i l e c o mb i n e d wi t h t h e e x p e rime n t ， t h e h i g h b e n d i n g p e rf o r ma n c e ，b i g a d s o r p t i o n e n e r g y p e r f o rm a n c e o f t h e h o l l o w s q u a r e p i l e s a r e s t u d i e d I n a d d i t i o n ，t h e p a r t i a l l y p r e s t r e s s e d p i l e s a r e a l s o r e s e a r c h e d a n d a n a l y z e d Ke y wo r d s ： P a r t i a l l y p r e s t r e s s e d ；Ho l l o w s q u a r e p i l e s ； P i l e s ；B e n d i n g p e rf o r ma n c e ； D e f o rm a t i o n a b i l i t y 中图分类号 ： T U 5 2 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 1 2 3 4 一 O 3 0前 言 部分预应力构件因其 良好 的抗震性 能在国外 ( 尤其是地震多发的国家) 已得到广泛应用。如在 日 本 ， 有关建筑行业协会对部分预应力桩进行 了大量 研究 并开 发 出 P R C桩 ( 增 强 型混凝 土管桩 ) 。 畏江 拓 也等人研究 了横向配筋对 P RC抗震性能的影响 ， 得 出横向配筋率 的提高可提高桩体耐震性 ， 增强桩体 破坏后性能。岸 田慎司和青岛一树等学者通过实验 方法对 P R C桩进行了变形和力学性能的研究， 并从包 络线和吸收能量的角度分析了 P R C的横 向补强筋 和纵向非预应力筋的作用 。 近年来 ， 国内部分科研院校及企业对部分预应 力管桩也作了一些研究 ， 如浙江大学和浙东建材集 团有 限公司等 ， 进行 了产 品的研发和生产 ， 并编写 了相关图集 ， 取得了一定的成果。 综合国内外经验 ，部分预应力桩较之预应力 桩 ， 具有较好的抗震性能 ， 适合抗震设 防烈度较高 的地 区使用 ， 可为建筑物安全性 、 抗震性提供更充 预应力主筋 预应力 主筋 1 1 2 2 3 4 分 的保障。本文对已研发出的部分预应力混凝土空 心方桩的类型 、 性能 、 制作工艺( 也适用于部分预应 力混凝土管桩 ) 及应用推广做了介绍分析 。 1 产 品设 计 与分析 以 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 混凝土结构设计规范 为 基础 ， 结合 G B T 5 0 4 7 6 -2 0 0 8 混凝土结构耐久性 设计规范 、 G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 建 筑抗震设计规范 等 ， 引用材料力 学等力学原理 ， 结合 国内外先进 的 研发设计理念对研发的桩型进行力学分析。在此基 础上进行 了部分预应力混凝土空心方桩 等桩 型设计 。 图 1为部分预应力空心方桩配筋图，其 中 R 、 R z 表示倒圆角大小 ； B表示 边长 ； B 。 表示钢 筋轴线 距离 ； D表示内圆直径。 通过 技术 攻 关 ，主要 开 发 出外 边长 为 3 0 0 m m、 32 5 mm 3 5 0 mm 3 75 mm 4 00 mm 4 2 5 mm 、 45 0 mm 4 7 5 m m、 5 0 0 m m等部分预应力混凝土空心方桩及相 应的生产工艺。 结构设计 人员在分析各相关规范 、 标 准 、 力学 螺旋箍筋 ， 螺旋箍 筋 加韶 非加密区 加密区 = 螺 旋 箍 筋 I 螺 旋 箍 筋 = l1 8 0 5 I 12 5 O 出 I l 1 I I-il II 口 l l f 0l 0 IlIIl 1 IIt Vlfi$ illI I l I 盟 I l 一 = I 1主筋 I I 2 一 蠕 2 旋箍筋端部密排 图 1 部分预应力 空心方桩配筋 图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 1 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 0期 为 1 0 5 2 7 k J 、 9 5 1 4 k J 、 3 1 0 8 k J 。 另外 ， 试验桩达到极 限抗弯强度后继续加载直 至 破 坏 ， 主 要 破 坏 形式 为 钢筋 断 裂 ， 破 坏后 因变 形 回弹 ， 荷载降低 ， 稳定后继续加载 ， 测得该产 品残余 强度较高 ， 破坏后抗弯能力可达到极限抗弯强度 的 8 5 左右 ， 具有较好抵御再破坏能力。 经分析， 部分预应力混凝土空心方桩在抗震 、 变 形 、 力学性能上的优势主要体现在以下三个方面 ： ( 1 ) 抗震能力 ： 主要表现为可吸收更多 的地震 能( 即破坏能 ) ， 以对 比桩 为例 ， 可达到原来桩 型的 3 4倍 ( 见 图 6 ) 。 Z 廿 跨 中挠 度 ram 图 6 N W曲线 注 ： 4 0 0 ( 2 4 0 ) A 一 1 8 1 2为在 4 0 0 ( 2 4 0 ) A桩基础上配有直径为 1 8 m m 的螺纹钢筋 的 1 2 m桩 。 4 0 0 ( 2 4 0 ) A 一 1 0 1 2为在原来 4 0 0 ( 2 4 0 ) A桩基础上 配有 直径为 1 0 ra m 的螺纹 钢筋的 1 2 m 桩。 4 0 0 ( 2 4 0 ) A 一 1 2为外边长 为 1 2 m的 A桩 。 ( 2 ) 变形性能 ： 主要体现在裂缝和挠度两个方 面 ， 部分预应力混凝土空心方桩在裂缝数量和裂缝 开展方面都具有 良好的性能， 增加裂缝数量从而延 缓裂缝宽度 的开展 ； 挠度方面 ， 依据本次试验结果 ， 在非 预 应力 比例较 小情 况 下 ， 最 大挠 度得 到较 为 明 显的提高 ， 非预应力 比例 加大 ， 构件抗弯刚度得到 大 幅度提 高 ， 挠 度相 对减小 。 ( 3 ) 力学性能： 计算和试验表明配有 HR B 4 0 0 01 0 的 4 0 0 ( 2 4 0 ) A一 1 0 1 2极限弯矩 ( 1 5 8 k N m) 为原来 桩 型 极 限 弯 矩( 1 1 3 k N m) 的 1 3 9 8 ， 配 有 H R B 4 0 0 01 8 mm 的 4 0 0 ( 2 4 0 ) A一 1 8 1 2极 限弯 矩 ( 2 5 1 5 k N m)为原来桩型极 限弯矩 ( 1 1 3 k N m) 的 2 2 2 3 ， 提高幅度较为明显。 3制 作工 艺 部分预应力混凝土空心方桩采用的工艺是在 原 预 应 力 桩 生 产线 基 础 上 ， 调 整 了部 分 工 艺 ， 并 对 原有设备进行 了局部改造 ， 主要增加了非预应力筋 滚焊工艺 ， 同时 ， 对张拉工艺也进行 了一定改进 ， 提 高了生产效率 ， 部分预应力混凝土空心方桩工艺流 程 图如图 7所示 。 一 3 6一 定长切断 螺纹钢筋 水泥 、 砂石 、 外加剂 竿 1 钢筋骨架 L + i 钢筋骨架 掣 f J l J I 清模 、 涂 l隔离剂 成品堆场 H压蒸养护 H拆 模 l一预应力放张 图 7 部分预应力混凝土空心方桩工艺流程 图 4应 用与 推广 检验结果表明， 部分预应力混凝土空心方桩具 有 较 好 的 抗震 、 变 形 和 力 学 性 能 ， 可 在 抗 震 设 防 烈 度较高的地区推广使用 ，具有较好 的市场推广价 值 。同时也 对部 分预应 力混凝 土 空心方 桩进 行 了一 些工 程应用 ， 取 得 了 良好 的效果 。 目前 ， 一些地区预应力 昆凝土管桩的适用范围 进行 了一定调整 ， 应用区域受到一定 限制 ( 如抗拔 桩和一些抗震地区) ， 且整个行业竞争激烈 ， 企业须 通过加强市场开拓提高 自身竞争力 。在这个条件 下 ， 部分预应力混凝土预制桩 的开发是一个较好的 发 展方 向 。 5结语 ( 1 ) 部分预应力混凝土空心方桩产品的开发具 有较好的理论依据和现实基础 。 ( 2 )通过部分预应力混凝土空心方桩( 外边长 4 0 0 m m) 抗弯能力的计算和试验 ， 验证了部分预应力 混凝土空心方桩 的抗震 能力 、变形性能 和力学性 能。该类型构件破坏后残余强度较高 ， 具有一定 的 抵御再破坏能力 ， 可在地震设防烈度较高地区使用。 ( 3 ) 在对原有生产线进行工艺调整和设备改造 的基础上 ， 实现了部分预应力混凝土空心方桩 的规 模 化生 产 。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 O 一 2 8 作者简介 ： 高军峰 ( 1 9 7 9 一 ) ， 男 ， 工程师 。 通讯地址 ： 上海市虹 口区广粤路 4 3 7号 2幢 联系方式 ： 1 3 8 1 8 8 2 1 2 0 4 E - ma i l ： g a f z p z c h i n a c o m 一 一 一 一 一 一 一 一 舳 加 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m