组合劲性混凝土桩支护体系研究.pdf
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1、组合劲性混凝土桩支护体系研究 束冬青 , 蔡 敏 ( 安 徽省建 设 工程勘 察设 计院, 安 徽 合 肥 2 3 0 0 0 1 ) 0 前言 用于深基坑支护的排桩支护结构的桩型一般为钢筋混凝 土灌注桩( 以下简称钢筋混凝土桩) , 成孔工艺包括机械钻孔和 人工挖孔 , 配筋形式为沿圆周均匀配筋或不均匀配筋, 这样的 桩型存在以下问题: 钢材利用率低; 桩身延性较差 , 承载力 难以充分发挥; 混凝土用量大, 经济性较差; 施工工艺较落 后。 针对以上问题, 我们总结多年工程实践经验, 并经过试验研 究和数值分析 ,开发出一种新的桩型 组合劲性混凝土桩 ( 以下简称劲性混凝土桩 ) 。组合劲
2、性混凝土桩桩径一般为 4 0 0 mm 6 0 0 mm, 桩身材料为细石混凝土内置组合型钢。 组合型 钢由2根相对放置于受拉区和受压区的槽钢组成。实际工程 中,组合劲性混凝土桩与预应力锚杆共同组成半刚性支护体 系组合劲性混凝土桩 一锚体系。 1 组合劲性混凝土桩特点分析及与现状技术 的比较 1 1 钢材利 用率 传统钢筋混凝土桩的纵 向钢筋采用 H R B 3 3 5或 H R B 4 0 0 中和轴 ( b ) ( c ) ( d ) 图 1 组合劲性混凝土桩与传统桩 型截 面比较 带肋钢筋, 截面配筋型式为图 1 ( a ) 、 ( b ) 所示, 树根桩是在桩中 心配置 1 根槽钢或工
3、字钢, 如图 1 ( c ) 所示。 第一种( a ) 为均匀配筋 , 适用于承受竖向荷载的桩基, 当用 于围护结构时, 桩承受的是水平荷载 , 等同于上部结构梁的受 力 , 从图 1中可以看出, 不均匀配筋 的( b ) 相对于均匀配筋的 ( a ) 来说 , 钢材利用率有所提高。第三种( c ) 是将钢材集中配置 在中和轴附近, 原本主要用于承受垂直荷载 , 当承受水平荷载 时型钢的利用率很低。只有( d ) 配筋型式的钢材全部位于受拉 区和受压区, 钢材利用率为 1 0 0 。 1 _ 2桩身的受力机理和延性 传统钢筋混凝土桩每根钢筋与中和轴的距离都不同, 当桩 体受弯时, 最外侧钢筋先
4、受力 , 内侧的钢筋依次受力 , 这样 , 当 最外侧的钢筋达到极限破坏时, 内侧的钢筋可能还没有达到屈 服强度 , 这时桩身已经发生破坏了。 钢材不能共同受力, 强度不 能得到完全的发挥, 桩身承载力较低。 另外, 钢筋混凝土桩中的 配筋为 H R B 3 3 5 级和 HR B 4 0 0级钢筋, 桩身延性较差。而劲性 桩中配置的型钢 , 全部钢材能够共同参与受力 , 充分提高了桩 身承载力, 同时, 内置的型钢为 Q 2 3 5 级 , 使得桩身延性更好。 为了求证以上分析结论, 我们对杆件的工作性状做了数值 模拟, 针对两种不同的桩型采用了钢材等强度代换。 1 。3支护体系 传统钢筋混
5、凝土桩 一锚体系采用大直径围护桩, 锚杆较稀 疏 , “ 桩刚锚柔” 往往造成围护桩的承载力还未充分发挥锚杆就 失效 了。 劲性混凝土桩延性好 ,能与群锚形成半刚性支护体系, 桩 与锚协同变形,使围护桩与锚杆的承载力都得到充分发挥, 见 图 2 。 冉 冉 ( a ) ( b ) a 钢 筋混凝土桩 一锚体 系 b 组合劲性混凝 土桩 一锚体 系 图 2 支护结构 变形比较 2 数值模 拟 比较 2 1单桩数值模拟 本次数值分析主要采用 F L A C 3 D软件。 e 厦 O 一0 一 一0 0 匠 醐一 0 0 0 图3 单桩数值计算模型 O 0 0 5 1 0 1 5 2 O 2 5 距
6、桩端距离( m) ( a ) 变形 0 0 05 l _ O 1 5 2 0 2 5 距桩端距离( m) ( b ) 拉应力 图 4 两种桩型变形及拉应 力比较 2 1 1 模型建立 模型桩长 5 m, 桩径 0 6 m, 桩内配置 2根 2 2 a 槽钢。桩水平 放置在两个支承上( 图3 ) , 桩中间单点加荷, 分别施加 2 0 0 k N、 3 0 0 k N、 4 0 0 k N集 中竖 向荷载。 2 1 2模拟结果 同样在 2 0 0 k N荷载作用下, 劲性混凝土桩的中点变形量比 钢筋混凝土桩小 5 9 1 , 型钢底边缘中点处最大拉应力比钢筋 混凝土桩的小 2 9 8 9 ,上边
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