用于复合地基的预应力混凝土管状增强体设计试验研究.pdf
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1、2 0 1 5年第 1 0期 1 0月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA C ONC RE I 1E AND C E ME NT P RODUC I 2 0 1 5 No 1 0 Oc t o b e r 用于复合地基的预应力混凝土管状增强体 设计试验研究 蔡黎 明 , 周集建 , 孙加辉 , 梁 锋 , 李广 强 。 ( 1 河南省建筑设计研究院有限公司, 郑州 4 5 0 0 1 4 ; 2 河南科正基础工程有限公司, 郑州 4 5 0 0 0 3 ; 3 河南建科百合管桩有限公司 , 郑州 4 5 0 0 0 0 ) 摘要 : 对用于静 压法施工的复合地基的预 应力混 凝土
2、管状增强体进 行了设计试验研 究。结果表明 , 根据预应 力 管状增 强体在复合 地基 中的受力状 态和 吊装 、 运 输、 施 工过程 的受 力状 态 , 与传统 管桩相 比采用较低 配筋 率是可行 的 也有一 定的经济性 。 关键词 : 预应力混凝土管状增强体 : 复合地基 : 设计试验研 究 Ab s t r a c t :B a s e d o n t h e s t r e s s s t a t u s o f t h e r e i n f o r c e me n t a n d t h e s t a t i c c o mp r e s s i v e c o n s t
3、r u c t i o n me t h o d a k i n d of p r e s t r e s s e d t u b u l a r r e i n f o r c e me n t o f c o mp o s i t e f o u n d a t i o n i s d e s i g n e d a n d t e s t e d r h e r e s u l t s s h o w t h a t c o n s i d e ri n g t h e s t r e s s s t a t u s o f p r e s t r e s s e d t u b u l
4、 a r r e i n f o r c e me n t i n c o mp o s i t e f o u n d a t i o n a n d i n l i f t i n g , tra n s p o r t a t i o n a n d c o n s t ruc t i o n p r o c e s s ,i t i s f e a s i b l e a n d h a s c e rta i n e c o n o mi c v a l u e t h a t d e s i g n e d t h e p r e s tre s s e d t u b u l a
5、 r r e i nfo r c e me n t h a s l e s s s t e e l b a r s c o mp a r e d wi t h t h a t o f t h e t r a d i t i o n a l p i l e Ke y wo r d s : P r e s tre s s e d c o n c r e t e t u b u l a r r e i nfo r c e me n t ; C o mp o s i t e f o u n d a t i o n ; De s i g n a n d e x p e ri me n t 中图分类号 :
6、 T U 5 2 8 。 7 9 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 5 J 1 0 3 5 一 O 4 0前 言 近年来 , 有不少工程项 目采用预应力混凝土管 桩【 】 作为增强体 的复合地基 , 并建成投入使用 , 安全 性得到验证 , 取得 了较好 的经济效益 。这些项 目包 括十几层到三十层的办公楼 、 住宅楼等。一些 国家 标准 、 行业标准和地方标准对预应力混凝土管桩复 合地基也有了相关的规定。基于复合地基 的受力情 况 与预应力混凝土管桩相 比 。 笔者希望降低桩身 预应力钢筋 的配筋率 , 满足复合地基的使用要求 即 可。本文针对用
7、于静压法施工的复合地基的预应力 混凝土 管状增 强体 ( 以下简称管状增强体 , 不得用 于桩基础 ) 进行了专门的设计试验研究和验证工作。 1设 计和构 造 1 1 受力特点 与预应力混凝土管桩相 比, 用于生产 、 运输和 施工阶段的受力工况是相似 的。在使用阶段 , 预应 力混凝土管桩与基础承台刚性连接 ,桩身受压 、 受 弯 和受剪工况单独或 同时出现 ,桩身 除抗轴 向力 外 , 对抗弯 、 抗剪能力要求较高 ; 作为复合地基增强 体 , 由于褥垫层 的作用 , 增强体只考虑抗压工况 。 1 2 设计选型 结合河南省 的工程建设情况和地质情况 。 考虑 预应力混凝土管状增强体复合地基
8、主要用于百米 以下的建筑工程。根据建筑物地基压力范围和复合 地基承载力特征值需求 , 结合现有预应力混凝土管 桩产品标准 , 确定管状增 强体 为三种规格 , 分别是 (外 径 X壁 厚 ) : 3 0 0 m m x 8 O m m、 4 0 0 m m x 9 5 m m、 5 0 0 mmx 1 0 0 m m。按照使用经验和施工便捷性 , 单节 管状增强体长度不小于 1 0 m。 与预应力混凝土管桩采用 的生产工艺 、 材料一 致 , 管状增强体混凝土强度等级采用 C 8 0 , 预应力钢 筋采用抗拉强度标准值不小于 1 4 2 0 MP a低松弛螺 旋槽钢棒 , 箍筋采用冷拔低碳钢丝
9、。经试算 , 管状增 强体规格参数见表 1 阁 。 1 3 受力控制条件 预制构件作为复合地基增强体 ,要考虑生产 、 运输 、 施工 和使用 阶段 的受力工况 , 以及受弯最小 配筋率条件。 ( 1 ) 生产 、 运输和施工阶段 在生产 和运输 阶段 有两端钩 吊、 两支点堆放 工况 ; 在施工阶段 , 有单点起 吊、 静压施工工况 。经 过分析 比较 , 两端钩 吊时桩身弯矩最大 、 剪力最大 , 静压施工时桩身压力最大。 两端 钩 吊时 : 一 3 5 2 0 1 5年第 1 0期 混凝土与水泥制品 总第 2 3 4期 注 : 1 抗裂弯矩检验值即为开裂弯矩标 准值 ; 极 限弯矩检验值
10、 即为极限弯矩标准值。 2 钢筋的混凝土保护层厚度为最外层钢筋的混凝 土保 护层厚度 。 3 外径 3 0 0 ram的增 强体 桩长最长 1 0 m, 桩 身起 吊弯矩相对较 大 , 桩身配筋率与普通管桩相当。 = L o 式 中 : 一 荷载标准组合计算的桩身最大弯矩 ( 跨 中弯矩) , k N i n ; 动力系数 , 取值 1 5 ; 桩身每延 i n自重 , k N m; 桩 身 长度 , i n 。 按 照 G B 5 0 6 6 6 -2 0 1 l 混凝 土 结构 工 程施 工规 范 第 9 2 3条和设计要求 , 桩身起 吊时跨 中正截 面 边缘 的混凝土法 向压应力应满足
11、 : O c 0 8 f c ( 2 ) + O r c e ( 3 ) 式 中 : o r e 荷 载标 准组合作用下正截 面边 缘的混 凝土 法 向压应 力 , MP a ; 一 混凝土轴心抗压强度标准值 , MP a ; 广换算截面弹性抵抗矩, i n ; 混凝土有效预压应力 , MP a 。 桩 身起 吊时跨 中正截 面边缘 的混 凝土法 向拉 应 力应 满 足 : 丘 ( 4 ) 一 O c ( 5 ) 式 中 : 荷 载 标 准 组 合 作 用 下 正 截 面 边 缘 的 混 凝 土 法 向拉应力 MP a ; 考 虑 混凝 土离 心 工艺 影 响 及截 面抵 抗 矩 塑性影响的综
12、合系数 , 对 C 8 0取 1 9 。 静压施工时最大压桩力 由经验控制。 ( 2 ) 使用阶段 管状增强体桩身材料强度允许 的单 桩竖 向抗 压承载力满足式 ( 6 ) 嘲 的要求 ; 当复合地基承载力进 行基础埋深的深度修正时 管状增强体桩身材料强 度允许的单桩竖向抗压承载力满足式 ( 7 ) 翻 的要求 。 一 3 6一 尺 。 ( 6 ) 警 f 1 + ( 7 ) 式 中 : R 厂一 管 状 增 强 体 单 桩 竖 向抗 压 承 载 力 特 征 值 , k N; 厂一 管状增强体试块 同条件养护 的立方体抗 压强度平均值 , k P a : 管状增强体桩身横截面面积 , I I
13、1 ; A 管 状增 强体单 桩 承载力 发挥 系数 : 一 基底以上土的加权平均重度 、地下水位 以下取 有效 重度 , k N m 。 ; d 基础埋 置 深度 , I l l ; 一 深度修正后的复合地基承载力特征值 , kP a。 ( 3 ) 管状增强体桩身最小配筋率需满足的条件 抗裂弯矩标准值网 : 尬咄 - ( O c e + 丘 ) W。 ( 8 ) 式 中 : 抗裂弯矩标准值 , k N 1T I ; 混凝土有效预应力 , MP a ; 考 虑混 凝 土 离 心工 艺 影 响及 截 面 抵抗 矩 塑性影响的综合系数 , 对 C 8 0取 I 9 ; 混凝土轴心抗拉强度标准值 ,
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