预应力对预应力混凝土管桩和空心方桩轴心受压承载力的影响.pdf

2 0 1 3年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRE I E AND CEMENT PRODUCTS 2 01 3 No 7 J u l y 预应力对预应力混凝土管桩和空心方桩 轴心受压承载力的影响 汤关祚 ， 匡红杰 ( 苏州混凝土水泥制品研究院 ， 江苏省高耐久混凝土工程技术研究中心， 2 1 5 0 0 4 ) 摘要 ： 介绍 了目前预压应力对预应力混凝土 管桩和 空心方桩桩 身轴心受压承栽力设计值的影响所持有 的两种 不同观 点 并指 出按 照文中公 式( 4 ) 计算的预 应力桩轴压承载 力设计值与 实际情况较为相符 ， 值得推 广使 用。 关键词 ： 预应力 ； 轴心受压承栽 力； 预应力混凝 土管桩 ； 空心方桩 Ab s t r a c t ：T w o d i ff e r e n t v i e ws a b o u t t h e i n fl u e n c e o f t h e p r e l o a d i n g s t r e s s o n p i l e b o d y a x i a l c o mp r e s s i o n b e a ti n g c a p a c i t y d e s i g n v a l u e o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i l e s a n d h o l l o w s q u a r e p il e s a t p r e s e n t a y e i n t r o d u c e d Me a n w h i l e ， i t p o i n t s o u t t h a t p r e s tr e s s e d p i l e axi al c o m p r e s s i o n b e a ri n g c a p a c i ty d e s i gn v a l u e g o t b y t h e e q u a t i o n ( 4 ) i n t h i s p a p e r i s c o n s i s t e n t w i t h a c t u al s i t u a t i o n ， a n d t h e c alc u l a t e me tho d i s wo r t h y o f p r o mo t i n g f o r s t a n d a r d d e s i g n a n d e n g i n e e ri n g d e s i gn Ke y wo r d s ： P r e s tr e s s ； A x i a l c o mp r e s s i o n b e a ri n g c a p a c i t y ； P r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i l e s ； Ho l l o w s q u are p i l e s 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 3 ) 0 7 0 0 - 0 4 0前 言 关 于预压应力对预应力混凝土管桩 和空心方 桩 ( 以下简称预应力桩 ) 桩身轴心受压承载力设计 值 ( 以下简称轴压设计值) 的影响 ， 从预应力桩在我 国开始使用至今还没有一个统一 的结果。本文针对 预应力对预应力混凝土管桩和空心方桩 的轴心受 压承载力 的影响进行了分析讨论 ， 希望能引起预应 力桩有关设计 、 生产和使用单位对预应力桩的最主 要指标轴压 承载力设 计值的重视 ，并通过讨 论 、 交流得出一个较统一 、 合理的计算方法。 1 关于轴压设计值的两种不同观点 1 1 第 一种 观 点 第一种观点认为在预应力桩加载前 混凝土己 承受了预压应力 ， 它必然降低混凝土继续承受压力 的能力 ，同一规 格 的预 应力 桩 有 A 型 、 A B型 、 B型 和 C型四个型号 ，因 A型桩所承受的预压应力最 小 ， 它的轴压设计值最大 ， 随预压应力的逐级递增 。 轴压设计值将逐级递减 ， C型桩预压应力最大 。 它的 轴压设计值最小 ， 持此观点的代表标准有 ： ( 1 ) 江苏省工程建设标准设计 ， 苏 G 0 3 2 0 1 2预 应力 混凝 土管 桩 。 2 0 1 2年 8月 1 E t 实 施 1 。 ( 2 ) 国家建筑标准设计图集 ， 0 8 S G 3 0 6预应力混 凝土空心方桩 ， 2 0 0 8年 9月 1 13实施I2 。 标准( 1 ) 、 ( 2 ) 设计 中预应力桩轴压设计值 的计 算方法见公式( 1 ) ： 一 2 6一 R = ( - O ) A ( 1 ) ( 3 ) 福建省工程建设标准 ， D B J 1 3 8 6 2 0 0 7预应 力混凝土管桩基础技木规程， 2 0 0 7年 8 月 1日实施圈 。 ( 4 ) 福建省工程建设标准设计 ， 闽 2 0 1 2 一 G一 1 2 4 先张法预应力高强混凝土管桩 ， 2 0 1 2年 l 1 月 1日 实施 。 标准( 3 ) 、 ( 4 ) 设计 中预应力桩轴压设计值的计 算方法见公式 ( 2 ) ： R O 7 A - o A ( 2 ) ( 5 ) 湖北省工程建设标准 ， D B 4 2 ， 4 8 9 2 0 0 8预应 力混凝土管桩基础技木规程， 2 0 0 8 年 1 0月 1日实施圈 。 ( 6 ) 辽宁省工程建设标准 ， D B 2 1 T 1 5 6 5 2 0 0 7预 应力混凝土管桩基础技木规程 ， 2 0 0 8年 1月 2 4日 实施同 。 标准( 5 ) 、 ( 6 ) 设计 中预应力桩轴压设计值 的计 算方法见公式 ( 3 ) ： R p = P ( - o r c ) ( 3 ) 式 ( 1 ) 一 ( 3 ) 中： 尺 为预应力桩轴压承载力设计 值 ， k N； 为混凝土轴心抗压强度设计值 ， N mm 2 ； A 为管桩桩身横 截面面积 ， 1 T i m 2 ； 为混凝土有效 预 压应力 ， N m m 2 。有的标准用 表示 ，为了统一说 明 ，本文均采用 O c ； 为沉桩工艺 系数 。苏 G 0 3 2 0 1 2标 准取 0 7 ， 0 8 S G 3 6标 准设 计 图集取 0 8 5 ； p 为系数 。D B 4 2 4 8 9 2 0 0 8标准取 0 3 ， D B 2 1 T 1 5 6 5 2 0 0 7标准取 0 3 3 ； 为管桩桩身混凝土抗压强度 ， 汤关祚 ， 匡红杰 预应力对预应力混凝土管桩和空心方桩轴 t7 受压承载力的影响 P C桩 取 6 0 MP a ， P H C桩取 8 0 MP a 。 以 P HC 6 0 0 m m、 壁厚 1 1 0 m m 的管 桩 和 P H S边 长 6 0 0 mm、 内径 3 6 0 m m的空心方桩为算例 。 分别按 公式( 1 ) 、 ( 2 ) 、 ( 3 ) 计算 ， 结果见表 1 。表中 o c 等均取 自相应标准 中的数值。 从表 1中可见 ， 0 6 0 0 m mx l 1 0 m m P HC桩的轴压 表 1 6 0 0 x l 1 0 m mP H C管桩和边长 6 0 0 mm内径 3 6 0 m m 的空 心方桩计算结果 设 计 值 尺 。 ：苏 G 0 3 2 0 1 2中 C型桩 比 A 型桩 降 1 8 ， 闽 2 0 1 2 一 G 一 1 2 4中 B型桩 比 A型桩降 1 6 8 ， DB 4 2 4 8 9 2 0 0 8和 D B 2 1 T 1 5 6 5 2 0 0 7中 C 型 桩 比 A 型 桩 约 降 7 8 ： 0 8 S G 3 6 中边 长 6 0 0 m m 内径 3 6 0 mm的空心方桩 B型桩 比A型桩降 9 ， 这对 C、 B型桩在我 国的推广应用带来相当大的阻力。 1 2 第 二种 观 点 第二种观点认为同一规格的预应力桩有 A型 、 AB型 、 B型和 C型四个型号 工程实际应用证明轴 压设计值 R 应该是 C型 B型 A B型 A型。 得 出此 结 论 的理 由是 ： 当 A 型桩 沉 桩 发 生 困难 时 ， 或 沉桩 过程中桩 的破损率太高时就要更换用 AB型桩 ， 当 AB型桩还不行则用 B型桩 ， 逐级 向上提升 这说明 预应力桩轴压设计值从 A型起是逐级 向上增大的。 如果 预应力 桩轴压设 计值 A型桩 最大 ， 逐级 递 减 ， 则 轴压设计值大的 A型桩打不下去而轴 压设计值小 的 A B型 、 B型能打下去应该是讲不通的。如果是顶 压 或抱 压 沉 桩更 不 好理 解 。现 因试 验 数 据 不 多 ， 从 安全考虑 同一规格 的预应力桩不分 A型 、 A B型 、 B 型和 C型桩 ， 轴压设计值均相 同。预应力桩轴压设 计值( 未考虑压曲影响) 可按公式( 4 ) 计算 ： = 彬 ( 4 ) 式中 ， 、 A同公式 ( 1 ) ； 为综合折减系数 。 持这观点的代表有以下标准 ： ( 1 ) 国家建筑标准设计 图集 ， 1 0 G 4 0 9预应力混 凝土管桩 ， 2 0 1 0年 9月 1日实施用 。 ( 2 ) 广东省工程建设标准 ， D B J T 1 5 2 2 2 0 0 8锤 击 式 预 应 力 混 凝 土 管 桩 基 础 技 术 规 程 2 0 0 8年 1 2 月 1 0日实 施嗍 。 ( 3 )云南省工程建设标准 ， D B J 5 3 T 一 2 2 2 0 0 7 先 张法 预应 力 混 凝 土管 桩 基 础技 木 规 程 2 0 0 8 年 3 月 1 13 实 施 。 ( 4 ) 天津市工程建设 标准 ， D B 2 9 1 1 0 2 0 1 0预 应力混凝土管桩技木规程， 2 0 1 0年 l 0月 1日实施 ； ( 5 ) 天津市工程建设标准设 计 ， 津 1 0 G 3 0 6先张 法预应力混凝土管桩 ， 2 0 1 0年 1 2月 2 7日实施 。 ( 6 ) 江苏省工程建设标准设计 ， 苏 G T 1 7 2 0 1 2 先 张法 预应 力 离 心混 凝 土空 心 方 桩 。 2 0 1 2年 8月 l H实 施 。 ( 7 ) 四川 省工 程 建设 标 准 ， D B 5 1 5 0 7 0 2 0 1 0先 张法 预应 力 高强 混凝 土 管桩 基 础技 木 规程 ， 2 0 1 0年 1 2月 1日实施 ” 。 ( 8 ) 安徽省工程建设标准 D B 3 4 T 1 1 9 8 2 0 1 0先 张法预应力混凝土管桩基础技木规程 2 0 1 0年 8月 9日实 施【 。 ( 9 ) 山东省工程建设 标准 ， D B J 1 4 0 4 0 2 0 0 6预 应 力混 凝土 管 桩基 础技 木 规程 2 0 0 8年 5月 1日实 施【 。 ( 1 0 ) 吉林省工程建设标准 ， D B 2 2 T 4 9 7 2 0 1 0静 压 预应力 混 凝土 管桩基 础技 木 规程 2 0 1 0年 1 1 月 1 2 7 2 0 1 3年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 7期 日实 施【 垌 。 公式( 4 ) 表面上看似乎未考虑预压应力对预应 力桩轴压设计值的影响， 实际我们称它为综合折减 系数 ， 不但考虑沉桩工艺 的影 响 ， 还考虑混凝土残 留预压应力对预应力桩轴压承载力设计值 的影响。 现说明如下 ： 预应力桩轴压承载力设计值表达式应该是 ： R = 一 ) A ( 5 ) = 一 争 = 一 6 0 0 p ( 6 ) A 式中 ， R 为预应力桩轴压承载力设计值 ， k Ni 为混凝土轴心抗压强度设计值 ， N mm z ， 对 C 8 0级混 凝土取 3 5 9 N mm 2 ； A为管桩桩身横截面面积 ， m m ； P为含钢率 ； 为混凝土应力到抗压强度标准值时 混凝土中的残留预压应力值 ， N ram ； 为混凝土有 效预压应力 ， N m m2 ： A 。 为预应力桩 中预应力钢筋面 积 ， mm 2 ； 为 预应 力 桩沉 桩 工艺 系数 ； 为混 凝 土 应力到抗压强度标准值时的压缩应变值 ( 不包含混 凝土收缩 、 徐变 ) 取 0 0 0 3 ； 为预应 力钢筋弹性横 量 N m m 取 2 x l 0 5 N mm 2 。 从公式 ( 4 ) 和( 5 ) 可以解出 ， 见公式( 7 ) 。 ( 7 ) 由上述公式 ( 5 ) 、 ( 6 ) 和( 7 ) 可 以算出预应力桩的 轴压承载力设计值 R 。同样 以 P HC O 6 0 0 m m、壁厚 1 1 0 ram的管桩和 P H S边长 6 0 0 mm、 内径 3 6 0 ram的 空心方桩为算例 ， 计算结果见表 2 。 从表 2可见 ，对同一规格的预应力桩不管是 A 表 2 6 0 0 m m x l l O mm P HC管桩和 P H S边长 6 0 0 m m内径 3 6 0 m m方桩计算结果 分类 型号h m m 。 A p , m m 2 O c l ( N l m m 2 )p 1 d ( N m m ) f ( N m m ) k R k N 标准号 A AB P HC B C 4 6 6 2 6 8 3 4 9 8 1 0 5 3 0 7 5 1 0 4 1 2 6 1 42 1 7 6 2 1 O 2 2 5 4 24 8 4 24 6 4 24 4 42 48 1 0 G 4 0 9 DB J 厂 I 1 1 5 2 2 2 o 0 8 DB J 5 3 T 2 2 2 0 0 7 津 1 O G3 O 6 DB 5 1 ， 5 0 7 0 2 0 1 0 DB 3 4 T1 1 9 8 2 01 0 DB J 1 4 0 4 0 2 0 0 6 DB 2 2 厂 l 4 9 7 2 01 0 以上 取 = O 7 DB 2 9 1 1 0 2 0 1 0 取 = 0 6 1 2 8 0 1 8 0 0 2 5 0 o 4 1 2 5 6 6 7 6 4 0 5 0 0 7 0 0 9 6 1 1 2 1 4 6 1 8 8 5 55 4 5 56 2 5 5 5 6 苏 G F F 1 7 2 0 1 2 取 = 0 6 型、 A B型、 B型和 C型桩的尺。 计算结果均比较接近。 再按公式( 4 ) 计算表 2中的算例 ， 计算结果如下 ： 0 6 0 0 m mx 1 l O mm P H C管桩轴压 承载力设计 值 R。 按 1 0 G 4 0 9标准计算 ： R = A= 0 7 x3 5 9 x1 6 9= 42 4 7 k N P H S边长 6 0 0 ram、内径 3 6 0 m m方桩轴压承载 力设计值 。 按苏 G I 一 1 7 2 0 1 2标准计算 ： R = A= O 6 3 5 9 2 5 8 = 5 5 6 2 k N 按公式 ( 4 ) 的计算结果和表 2中的轴压承载力 设计值 R 。 非常接近 ， 为简化计算 ， 在各标准设计推 荐公式 ( 4 ) 计算预应力桩轴压承载力设计值是完全 可 以的 2结语 ( 1 ) 预应力桩轴压承载力设计值与加荷到混凝 土压应力达到强度标准值时仍在混凝土中的残留预 一 2 8一 压应力值有关 ，故在计算公式 中不能直接减去预应 力桩未承受压力时的有效预压应力 ，应减去的是残 留预 压应力 值 。因有效 预压 应力 值 随着预 应力 桩加 荷的增加而减小 。 ( 2 ) 预应力桩因预压应力 的作用 ， 在沉桩过程 中， 能降低桩的损坏情况 ， 故沉桩工艺系数应随预压 应力的增加而提高， 见表 2中 值的变动情况 。 ( 3 ) 按照公式( 4 ) 计算 的预应力桩轴压承载力设 计值与实际情况较为相符 ，应在标准设计或工程设 计 中推广使用。 参考文献 ： 【 1 连云港市 建筑设计研究 院有限公司， 江苏东浦管 桩有 限公 司 苏 G 0 3 2 0 1 2预应力 混凝土 管桩【 S 】 南京 ： 江苏科 学技 术 出版社， 2 0 1 2 2 】中国建筑科 学研究 院，中国建筑 科学研究 院0 8 S G 3 0 6预 9 6 3 7 2 3 4 4 7 7 7 7 O O 0 0 9 5 3 9 6 3 1 2 3 6 6 6 O 0 0 9 5 3 O 8 5 2 A c S H P