復合配筋預制實心方樁的樁身抗裂性能

陳曉東 曾 凱

(浙江大學建筑設計研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

復合配筋預制實心方樁的樁身抗裂性能

陳曉東 曾 凱

(浙江大學建筑設計研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

通過試驗，從樁身受彎與樁身軸心受拉兩方面，計算分析了復合配筋預制實心方樁的樁身抗裂性能，指出預制實心方樁在原有配筋基礎上加配預應力鋼筋，能較大地改善樁身抗裂性能。

預制實心方樁，配筋，抗裂性能，樁身

自1910年日本人用震動法制造350 mm×350 mm×6 000 mm的預制混凝土方樁以來，這一樁型在工程應用上已有100余年歷史，且曾在我國大規模應用，然而自20世紀90年代起，預應力混凝土管樁、預應力混凝土空心方樁等得到了大力推廣，發展迅猛，使得原有的預制混凝土實心方樁的市場一再萎縮。業內人士一直在探索如何對預制實心方樁進行改良以使其能更好地適應市場需求，其中進行復合配筋(在原有非預應力配筋的基礎上加配一定數量的預應力鋼筋使其成為部分預應力構件)是一個重要思路，它能改善預制實心方樁的諸多性能，尤其是樁身抗裂性能。

本文進行理論計算及對比試驗的復合配筋預制實心方樁樁身截面如圖1所示，具體的幾何參數及截面配筋等見表1。

表1 復合配筋預制實心方樁幾何參數表

方樁規格混凝土強度等級邊長Bmm預應力鋼筋①非預應力鋼筋②螺旋箍筋③BpmmBsmmPRS400AC504004?D10.74?16?b4@100299292PRS450AC504508?D9.08?12?b5@100349342PRS500AC505008?D9.08?14?b5@100399392注:1)Bp表示預應力鋼筋中心點之間距離,Bs表示非預應力鋼筋中心點之間距離;2)非預應力鋼筋采用HRB400級熱軋帶肋鋼筋,預應力鋼筋采用抗拉強度不小于1420MPa,35級延性低松弛預應力混凝土用螺旋槽鋼棒

1 樁身受彎時的抗裂性能(抗裂彎矩標準值)

預制實心方樁受彎時，樁身抗裂彎矩標準值的計算公式為：

Mcr,k=(σce+γftk)W0

(1)

根據式(1)計算所得的各樁型樁身抗裂彎矩標準值見表2。由表2可知，當實心方樁的截面確定后，增加非預應力鋼筋的配筋(表中“加配預應力筋未張拉”相當于增加了非預應力鋼筋的配筋量)僅能輕微增大樁身的抗裂彎矩，而一旦施加了預應力，樁身抗裂彎矩均出現了較大幅度的提高。由浙江大學土木工程測試中心所做對比試驗的結果證實了以上結論(見表3)，且實測所得抗裂彎矩的提高幅度大于理論計算結果，這主要是因為未施加預應力的實心方樁的開裂彎矩實測值均比理論計算值低。

表2 預制實心方樁樁身抗裂彎矩理論值

表3 預制實心方樁試件開裂彎矩實測值 kN·m

2 樁身軸心受拉時的抗裂性能(抗裂拉力標準值)

一般認為，在軸心受拉時，整個樁身截面均勻受拉，樁身抗裂拉力標準值的計算公式為：

Ncr,k=(σce+ftk)A0

(2)

其中,Ncr,k為樁身軸心受拉時抗裂拉力標準值；A0為樁身截面換算面積，A0=An+(Ep/Ec)Ap+(Es/Ec)As，An，Ap，As分別為樁身截面中的凈混凝土面積、預應力筋面積和非預應力筋面積；Ec，Ep，Es分別為混凝土、預應力筋和非預應力筋的彈性模量。

根據式(2)計算所得的各樁型樁身抗裂拉力標準值見表4。同樣，由表4可知，當實心方樁的截面確定后，增加非預應力鋼筋的配筋對提高樁身抗裂能力貢獻甚微，而一旦施加了預應力，樁身抗裂拉力均出現了一定幅度的提高。

表4 軸心受拉時預制實心方樁樁身抗裂拉力理論值

表5 軸心受拉時預制實心方樁試件開裂拉力實測值

表5為浙江大學土木工程測試中心所做的對比試驗的結果。該結果同樣表明，在施加預應力后，實心方樁的樁身抗裂能力有明顯提高，但提高幅度并無理論計算得出的結果大，這主要是因為施加預應力后試件實際測得的開裂拉力值均比理論計算值小，而未施加預應力構件實測的開裂拉力值不小于理論計算值。

在此提出一個假設：如圖2所示，由于鋼筋的分布不是全截面均勻分布，而是沿截面周邊分布，使得鋼筋周邊區域的彈性模量較大，而截面核心區為純混凝土區域，彈性模量較小，因此在實心方樁軸心受拉時，并不是整個樁身截面均勻受拉，而是主要由鋼筋所在的區域(圖2中陰影區)承受拉力，由此進一步假定在開裂臨界狀態，拉力完全由陰影區混凝土來承受，核心區混凝土不參與，即計算抗裂拉力時，用陰影區截面面積代替全截面面積，從而得到計算樁身抗裂拉力標準值的公式：

Ncr,k=(σce+ftk)Al

(3)

其中，Al為周邊鋼筋所在區域的面積，Al=B2-(B-4a)2，a=0.5[B-(Bs+Bp)/2]，B，Bs，Bp的含義見前文圖1及表1。

根據式(3)計算所得的各樁型施加預應力后抗裂拉力標準值及對應樁型的開裂拉力實測值(見表6)，可見兩者吻合得較好，但由于試驗數據尚不充分，目前還無法判定上述假定及式(3)是否真正成立，后續需要更多試驗結果來驗證。

表6 根據式(3)計算值與實測開裂拉力的比較 kN

3 結語

1)理論計算和對比試驗結果均表明：在加配預應力筋(即進行復合配筋)并施加預應力后，預制實心方樁的受彎抗裂性能和受拉抗裂性能均有明顯的提升，從而證明進行復合配筋是改善現有預制實心方樁性能的一個有效方法，值得推廣。

2)試驗發現，復合配筋且施加預應力后，各預制實心方樁軸心受拉時的開裂拉力實測值均低于理論計算值。本文通過分析提出了新的計算假定及基于該假定的抗裂拉力計算公式。由新公式計算所得結果與現有試驗結果吻合得較好，但需要更多的試驗數據來驗證。

[1] 阮起楠.預制混凝土方樁生存與發展的思考[J].廣東建材,2000(11):5-7.

[2] 王 離.淺談我國預制樁的發展與應用[J].混凝土管樁生產技術創新專輯,2013(3):101-107.

[3] 王振波,戴煒俊.預應力混凝土實心方樁抗彎性能試驗研究[J].江蘇建筑,2016(1):36-39.

[4] GB 50010—2010,混凝土結構設計規范[S].

[5] 蘇G/T22—2012,先張法部分預應力方樁[S].

Abstract: According to the tests, the paper analyzes the pile crack-resistance performance of the pile bending and pile axial tensioning, and points out the prefabricated solid square pile is reinforced with the prestressed reinforcement based on the former reinforcement and it can bitterly improve the pile crack resistance.

Key words: prefabricated solid square pile, reinforcement, crack resistance, pile

Cracking resistance of prefabricated solid square pile with mixed reinforcement

Chen Xiaodong Zeng Kai

(ArchitecturalDesignInstituteCo.,Ltd,ZhejiangUniversity,Hangzhou310028,China)

2016-03-13

陳曉東(1980- )，男，工程師； 曾 凱(1986- )，男，工程師

1009-6825(2016)15-0070-03

TU473

A