PRC预制管桩jd.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,混合配筋预应力混凝土管桩（PRC）,试验研究,郑州大学河南建华管桩有限公司,2010年10月,1,项目背景与研究目的,主要研究内容及工作成果,PRC,桩试验研究,理论研究与分析,PRC,桩性能指标与经济效效益分析,研究结论与展望,报告内容,2,I、项目背景与研究目的,3,工作背景,给管桩技术蒙上阴影，引发全国范围的大讨论,现行管桩适用条件与桩基设计问题,采用管桩基础的高层建筑应该具有足够的基础埋深；,1、上海莲花河畔景苑楼房倒塌事件后 果及带给我们的启示,4,5,6,日本设计桩基工程对地下室侧壁承担水平荷载的规定,侧壁土的标贯,地下室层数,N=4,N=20,1,25%,70%,2,50%,100%,3,75%,4,100%,7,日本设计规定表明：,建筑物桩基需要一定的水平承载力，以承担建筑物水平荷载的作用；,在一定条件下，除桩基外，建筑物地下室侧壁土体也可以承担建筑物部分或全部的水平荷载。,8,临近建筑物施工安全与设计责任问题,较厚软土工程采用管桩基础，应通过各种工况与地基工作条件下的稳定性验算，选择合适的管桩型号,。,9,非筏板基础，管桩长细比较大，地基稳定性差，选型不合理。,10,靠近基坑一侧产生弯剪破坏，外侧发生管桩拉断破坏或芯桩拔出破坏，管桩型号过于节省！,11,12,技术标准、规范责任与设计责任问题,没有一部法律规定，按照国家技术标准进行工程设计，就可以不承担法律约束下的技术责任。,社会责任、省钱有度、科学选桩,13,2、预应力管桩市场与技术进步的需要,传统管桩通过,对钢棒均匀施加预应力形成预应力混凝土构件，主要用于竖向承载。,抗弯承载力不足、脆性、抗裂性能差，不能用于边坡、基坑等水平承载，及欠固结土采用桩基的情况,。,工作背景,14,（引自：王重）,日本钢管混凝土管桩ACCS 桩，桩水平承载力大为提高,15,（引自：浙江大学宁波理工学院方鹏飞）,国内开发的,带横隔管桩，提高抗弯能力、延性,16,中交三航局宁波分公司研制的先张法钢绞线预应力混凝土管桩（简称SPHC桩）,17,（引自：王重）,日本研发出扩端预应力混凝土管桩，以提高桩端承载力,18,（引自：王重）,日本研制的变节AG桩，用于提高桩侧阻力,19,增加品种，给用户、设计者更多的选择,工程科技工作者共同的责任,3,、研究目的,20,II、主要研究内容与工作成果,21,编制标准图集、推广使用,研究工作思路,新型管桩项目立项,新型预制混凝土管桩理论研究与分析,新型混合配筋管桩试验研究,抗弯性能,抗弯刚度,抗压性能,抗剪性能,22,1 进行了12组混合配筋预应力管桩抗弯性能试验；,2 提出了混合配筋预应力管桩抗裂弯矩、抗弯承载力标准值和设计值的计算公式，进行了相应的计算分析；,提出了混合配筋预应力管桩抗剪承载力及抗裂剪力的计算公式，进行了相应的计算分析；,主要工作内容,主要工作内容,23,提出了混合配筋预应力管桩桩身材料竖向承载力设计计算公式，并进行了相应的计算分析；,提出了混合配筋预应力管桩抗弯刚度计算公式，给出了标准试验条件下的挠度实测值，供工程参考使用；,编制出河南省工程建设地方标准：混合配筋预应力混凝土管桩标准图集。,主要工作内容,24,III、,PRC桩试验研究,25,1.混合配筋预应力管桩-PRC桩概念的提出,在预应力混凝土管桩中加入一定数量的非预应力钢筋，形成一种新型混合配筋预应力管桩PRC桩。其中，非预应力钢筋采用全截面对称配筋和扇形截面对称配筋。,26,混合配筋钢筋笼成品,27,与传统预应力管桩相比，PRC桩,水平承载力有所提高，变形性能得到改善，适用于一般工业与民用建筑的低承台桩基础，也可用于,基坑、边坡、堤岸、及软土地区的桩基、,刚性桩复合地基工程。,28,试验所用试件共12根，D=500mm和D=600mm两种直径。非预应力钢筋采用扇形轴对称配置。,2.PRC桩试件设计,29,规格型号,样品钢筋,PRC-,500*1210.7（1）,10.7*12+12*8,PRC-,500*1210.7（2）,10.7*12+12*8,PRC-,500*1410.7（1）,10.7*14+12*8,PRC-,500*1410.7（2）,10.7*14+12*8,PRC-,500*1610.7（1）,10.7*16+12*8,PRC-,500*1610.7（2）,10.7*16+12*8,PRC-,600*1610.7（1）,10.7*16+12*8,PRC-,600*1610.7（2）,10.7*16+12*8,PRC-,600*1810.7（1）,10.7*18+12*10,PRC-,600*1810.7（2）,10.7*18+12*10,PC 600*1610.7,10.7*16,PC 500*1610.7,10.7*16,试件型号与配筋表,新型混合配筋预应力管桩试件设计,30,新型混合配筋预应力管桩试件设计,31,32,管桩抗弯试验加载示意图,3.PRC桩试验方案,33,34,试验测试内容,开裂荷载和极限荷载；,各级荷载作用下的裂缝宽度及开展情况；,各级荷载作用下的挠度变形；,各级荷载作用下混凝土应变。,35,按理论抗裂弯矩的20%的级差加载至抗裂弯矩的80%；,按抗裂弯矩的10%的级差加载至抗裂弯矩的100%。观察是否有裂缝出现，并测定和记录裂缝宽度。如果在抗裂弯矩达100%时未出现裂缝，则按抗裂弯矩的5%的级差加载至裂缝出现。,按极限弯矩5%的级差继续加荷载直至试验桩破坏，具体表现为受拉区预应力钢筋的拉断或受压区混凝土被压碎，标志试验桩已经破坏，停止试验。,试验加载步骤,36,4、试验过程及现象分析,37,管桩试验过程及现象分析,38,PRC管桩和普通预应力管桩试验结果比较表,管桩试验结果分析,裂缝条数,破坏时裂 缝宽度,破坏形态,破坏,荷载,跨中挠度,PRC-,16,0.65mm,受拉钢筋屈服、受压区混凝土压碎,630kN,41mm,PC,8,1.3mm,预应力钢筋拉断,550kN,34mm,39,管桩试验结果分析,PRC-,600,桩,PC,600,桩,荷载-跨中挠度曲线比较,40,荷载-跨中挠度曲线,比较,管桩试验结果分析,PC-,500,PC 600,PRC-II 600,41,管桩截面应变,管桩试验结果分析,42,PC600桩,PRC-600桩,PRC-600桩,荷载-挠度曲线比较,43,5、,试验结果比较,试件编号,开裂荷载（kN）,极限荷载（kN）,最大挠度值(mm),PRC,-,500*1210.7（1）,185.6,353.9,41.5,PRC,-,500*1210.7（2）,185.6,392.5,42.0,PRC,-,500*1410.7（1）,233.1,421.2,34.1,PRC,-,500*1410.7（2）,233.1,430.8,32.0,PRC,-,500*1610.7（1）,233.1,430.8,32.0,PRC,-,500*1610.7（2）,223.5,517.8,34.0,PRC,-,600*1610.7（1）,322.9,609.1,37.5,PRC,-,600*1610.7（2）,322.9,609.1,39.5,PRC,-,600*1810.7（1）,341.1,580.0,30.0,PRC,-,600*1810.7（2）,330.4,660.4,42.7,PC 500*1610.7,227.4,367.4,32.6,PC 600*1610.7,307.8,529.1,34.4,44,、理论研究与分析,45,1、,抗弯性能理论研究,混凝土离心工艺系数,混凝土有效预压应力（考虑非预应力筋作用）,管桩抗裂弯矩,46,其中，,预应力损失计算,预应力钢筋因松弛引起的的拉应力强度损失,，,。,47,混凝土的徐变及收缩引起的预应力钢筋拉应力强度损失,48,管桩极限抗弯承载力标准值（检验值）,抗弯性能理论研究,49,管桩抗弯承载力设计值,抗弯性能理论研究,50,规格,预应力,钢筋,非预应力钢筋,开裂弯矩,极限弯矩标准值,弯矩设计值,理论值,试验值,试验/理论,理论值,试验值,试验/理论,500,*,100,1610.7,219.1,365.6,1210.7,812,151,180.1,1.19,301,352.3,1.17,244,1210.7,812,151,184.2,1.21,301,364.4,1.21,244,1410.7,812,166,224.8,1.35,331,402.1,1.21,264,1410.7,812,166,224.8,1.35,331,417.2,1.26,264,1610.7,812,180,247.7,1.37,356,435.7,1.22,280,1610.7,812,180,232.1,1.29,356,489.6,1.37,280,600,*,110,1610.7,294.9,512.3,1610.7,812,252,309.3,1.23,477,588.4,1.23,383,1610.7,812,252,309.3,1.23,477,588.4,1.23,383,1810.7,1012,269,292.8,1.09,528,629.3,1.19,422,1810.7,1012,269,315.9,1.17,528,621.9,1.18,422,理论计算值和试验值比较,【试验/理论】平均：开裂弯矩1.25；极限弯矩1.22,抗弯性能理论研究,51,52,2、,抗剪性能理论研究,抗剪承载力理论计算方法1：等效矩形截面法,面积和惯性矩相等效,53,抗剪承载力理论计算2：规范等效截面法,将环形截面按二个圆形截面（直径分别为管桩外径和管桩内径）等效成矩形截面，按现行国家标准混凝土结构设计规范（GB50010-）有关规定计算，二者抗力剪力之差即为管桩抗剪承载力。,抗剪性能理论研究,54,55,管桩编号,理论计算公式1,理论计算公式2,公式1/公式2,PRC-I 400B95,164.3,167.1,0.98,PRC-I 400D95,179.9,183.1,0.98,PRC-I 500AB100,242.3,236.6,1.02,PRC-I 500B100,248.5,242.8,1.02,PRC-I 500C100,254.7,248.9,1.02,PRC-I 500D100,266.6,260.8,1.02,PRC-I 600AB110,327.4,313.9,1.04,PRC-I 600B110,333.6,320.0,1.04,PRC-I 600C110,339.8,326.0,1.04,PRC-I 600D110,357.6,343.4,1.04,PRC-I 700AB110,420.2,392.9,1.07,PRC-I 700B110,433.1,405.3,1.07,PRC-I 700C110,445.3,417.1,1.07,PRC-I 700D110,478.9,449.4,1.06,PRC-I 800B110,506.9,466.8,1.08,PRC-I 800C110,518.1,477.5,1.08,抗剪承载力理论计算结果比较,抗剪性能理论研究,56,日本管桩规范抗剪承载力计算公式：,水平承载管桩达到抗弯承载力时的剪力实验值,57,构件型号,日本公式Q(N)）,实验值V,t,等效矩形,V,u1,（2-20）,规范等效,V,u2,（2-21）,Vt/Q,Vt/V,u1,PRC 500*1210.7（1）,339637,185570,226305,221867,0.55,0.82,PRC 500*1210.7（2）,339637,196260,226305,221867,0.58,0.87,PRC 500*1410.7（1）,379197,229850,238540,233862,0.61,0.96,PRC 500*1410.7（2）,360074,210595,232536,227976,0.58,0.91,PRC 500*1610.7（1）,360074,225515,232536,227976,0.63,0.97,PRC 500*1610.7（2）,379197,258910,238540,233862,0.68,1.09,PC 500*1610.7,379197,188275,238540,233862,0.5,0.79,理论公式计算值及与试验比较,58,构件型号,日本公式 Q(N)）,实验值V,t,等效矩形,V,u1,（2-20）,规范等效,V,u2,（2-21）,Vt/Q,Vt/V,u1,PRC 600*1610.7 （1）,530708,342200,313468,301411,0.64,1.09,PRC 600*1610.7（2）,530708,330200,313468,301411,0.62,1.05,PRC 600*1810.7（1）,508433,319260,307097,295285,0.63,1.04,PRC 600*1810.7（2）,508433,319260,307097,295285,0.63,1.04,PC 600*1610.7,508433,277250,307097,295285,0.55,0.9,59,斜裂剪力理论计算方法,将环形截面按二个圆形截面（直径分别为管桩外径和管桩内径）等效成矩形截面计算，忽略箍筋的作用，二者抗力剪力之差即为管桩抗裂剪力。其中混凝土强度取桩身混凝土轴心抗拉强度标准值。,抗剪性能理论研究,60,抗剪性能理论研究,61,推导理论方法,3、桩身材料竖向承载力理论研究,管桩规范方法,62,计算结果比较,管桩编号,管桩规范公式1,理论推导公式2,公式1/公式2,PRC-I 400B95,2100,1859,1.13,PRC-I 400C95,2100,1664,1.26,PRC-I 500AB100,2900,2740,1.06,PRC-I 500B100,2900,2703,1.07,PRC-I 500C100,2900,2667,1.08,PRC-I 500D100,2900,2428,1.19,PRC-I 600AB110,3900,3695,1.05,PRC-I 600B110,3900,3658,1.06,PRC-I 600C110,3900,3622,1.07,PRC-I 600D110,3900,3303,1.18,PRC-I 700AB110,4700,4472,1.05,PRC-I 700B110,4700,4398,1.07,PRC-I 700C110,4700,4326,1.08,PRC-I 700D110,4700,3821,1.23,PRC-I 800B110,5500,5176,1.06,PRC-I 800C110,5500,5103,1.08,桩身竖向承载力理论研究,平均,1.1,63,4、管桩抗弯刚度及挠度试验结果和理论分析,（1）管桩短期抗弯刚度理论计算规范公式,64,（2）管桩挠度有限元计算分析,65,（3）管桩挠度理论计算、有限元计算和试验结果比较,PRC-500*1210.7型桩的荷载-挠度曲线图,66,PRC-600*1610.7型桩的荷载-挠度曲线图,67,PRC-600*1810.7型桩的荷载-挠度曲线图,68,PRC-700*1810.7型桩的荷载-挠度曲线图,69,、主要性能指标及经济效益分析,70,抗裂弯矩,与先张法预应力混凝土管桩（GB13476-）相比提高5%,10%。,71,弯矩设计值,与先张法预应力混凝土管桩（GB13476-）相比平均提高了28%。,72,桩身强度提供的竖向抗压承载力,与先张法预应力混凝土管桩（GB13476-）相比，提高了1020%。,73,标准试验条件下延性,比传统PC桩增加8%30%。,管桩编号,挠度（mm）荷载（kN）试验值,开裂挠度,开裂荷载,破坏挠度,破坏荷载,PRC-500AB100,7.6,185.6,44,392.5,PRC-500B100,6.9,233.1,32,430.8,PRC-500C100,8.5,233.5,34,517.8,PRC-600AB110,8.4,322.9,37,609.1,PRC-600B110,9.0,330.4,46.7,660.4,PC600,9.0,307.8,34.4,529.1,PC500,8,227.4,32.6,367.4,74,裂缝宽度与耐久性,与先张法预应力混凝土管桩（GB13476-）相比，在工作条件下裂缝宽度减少50%，为解决管桩作为受弯构件、受拉构件时的裂缝宽度控制，即耐久性控制设计问题，提供了条件。,75,与普通PHC桩联合使用，形成上下组合桩，可以较好解决管桩抗弯即水平承载力不足的问题,76,上部采用PRC桩下部采用PHC桩（或PC桩）,PRC桩,PHC桩,相对,软土,77,中部采用PRC桩上下部采用PHC桩（或PC桩）,PRC桩,PHC桩,软土,78,PRC桩用于深基坑工程支护结构,79,应用于双排桩-锚杆支护结构体系,80,洞庭湖护岸工程采用PRC阻滑桩,PRC桩,淤泥质粉质粘土,粉细砂,粉质粘土,洞庭湖堤身土,81,也可采用组合阻滑桩，节约投资,PRC桩,PHC桩,淤泥质粉质粘土,粉细砂,粉质粘土,洞庭湖堤身土,82,、研究结论与展望,83,1）PRC桩采用混合配筋方式，提高了离心预应力管桩的桩身承载力，提高了管桩延性，通过对裂缝宽度的限制改善了管桩的工程耐久性，为拓宽预应力混凝土管桩在建筑、水利、交通等工程领域的使用范围创造了条件。,84,2）PRC桩抗弯承载力介于普通PHC与离心钢管混凝土桩（SC管桩）或实芯钢管混凝土桩之间，与“先张法”钢绞线预应力混凝土管桩（SPHC管桩）相当，可根据工程设计条件与施工要求单独使用，也可与其他型号的预应力管桩混合使用，具有较好的技术与经济效益。,85,3）本项目研究方向着重于混合配筋预应力管桩的截面承载力、工作延性及裂缝宽度的试验与理论研究，管桩的最终使用性能离不开管桩的生产与施工技术和环节，管桩产品的研制应与管桩施工技术的开发相互适应、彼此促进、共同提高。,86,4）应加强高性能混凝土材料在预应力管桩中的应用研究；加强提高PRC预应力管桩端板力学性能与快速连接技术及其耐久性研究，以提升混合配筋预应力混凝土管桩的整体技术水平。,87,谢谢各位！,Thanks for attention!,88,