一種改進型預應力混凝土管樁抗彎性能試驗加載裝置的研究

韓勤 顏斌 付世虎 卜俊

摘 ? ?要：基于傳統先張法預應力混凝土管樁抗彎性能試驗垂直向下加載的試驗方法的弊端，制作出一種預應力混凝土管樁垂直向上加載試驗方法的改進裝置。對4根預應力混凝土管樁按GB 13476—2009《先張法預應力混凝土管樁》要求的開裂彎矩值、極限彎矩值各分兩組，使用垂直向下加載裝置和垂直向上加載裝置進行抗彎性能試驗，測得裂縫大小及分布情況。結果表明：使用垂直向上加載裝置的試驗方法與垂直向下加載試驗方法所得裂縫分布特征大體相仿，同時操作上使用垂直向上加載裝置更便捷，有效提高了管樁抗彎性能試驗結果的準確度，因此，垂直向上加載試驗方法適合各檢測實驗室推廣。

關鍵詞：預應力混凝土管樁;抗彎性能試驗;改進裝置;垂直向上加載

1 ?試驗概況

1.1 ?試件設計

本次試驗采用四點彎曲試驗方法對來自同品種、同規格、同型號且外觀質量與尺寸允許偏差檢驗合格的4根高強預應力混凝土管樁（PHC-400（95）AB-C80-10）進行抗彎性能試驗，為驗證性試驗，以試驗樁達到設計要求為目的[4]。試驗測試內容主要包括加載過程中的抗裂彎矩、極限彎矩、裂縫發展情況。

按照GB 13476—2009[5]《先張法預應力混凝土管樁》管樁的抗彎性能要求，本試驗所用管樁抗裂彎矩64kN·m，極限彎矩為106kN·m，管樁理論重量為227kg/m，加載設備自重為3.3kN。

1.2 ?試驗加載方式及試驗加載制度

本次試驗分別采用兩種加載方式，其中垂直向上加載采用自鎖式穩壓千斤頂及配套電腦端控制程序，垂直向下加載為傳統手動式千斤頂并配測力傳感器。試驗過程主要采集與記錄樁的加載力值與裂縫發展情況。

本試驗加載制度為：首先按照理論抗裂彎矩的20% 的級差由零加載至抗裂彎矩的80%，每級荷載的持續時間為3min;然后按照抗裂彎矩10%的級差加載至抗裂彎矩，觀察是否有裂縫出現，并測定和記錄裂縫寬度;然后按極限彎矩5% 的級差繼續加載直至樁的極限彎矩，測定和記錄每級荷載作用下的裂縫寬度。樁身抗裂彎矩和極限彎矩判斷參考GB 13476—2009《先張法預應力混凝土管樁》確定。

2 ?試驗裝置

管樁抗彎性能試驗均采用簡支梁對稱加載裝置，支座一端為固定鉸支座，一端為滑動鉸支座，通過布置在千斤頂上的測力傳感器實時記錄控制各分級加載量。

2.1 ?傳統垂直向下加載裝置

目前大部分檢測實驗室采取如圖（1）所示的檢測裝置，即垂直向下加載。圖1中a為1/2加荷跨距，外徑小于1.2m時且單節樁長不大于15m時取0.5m。

垂直向下加載時抗彎彎矩：

[M=P4（35L-2a）+140WL] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：

L——管樁長度（m）;

W——管樁重量（kN）;

P——荷載（kN，考慮加載設備自重）。

2.2 ?改進型垂直向上加載裝置

當采用垂直向上裝置加載時，如圖2所示。但本次試驗使用電腦控制加載方式，只需檢測人員觀察裂縫發展情況，減少了人為操作誤差。本試驗的加載裝置如圖3所示，樁兩端控制0.2L的龍骨可在基座上自由滑動，管樁長度15m以內基本都適用。

垂直向上加載時抗彎彎矩：

[M=P4（35L-2a）-140WL] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式（2）中各參數同式（1）。

2.3 ?兩種裝置比較

改進型垂直向上加載裝置與傳統型垂直向下加載裝置相比，其加載制度與荷載分級原理完全相同，但管樁吊裝方面更安全、快捷，用在管樁對位上時間相對較少，觀測裂縫方面更佳突出分布特征，試驗垂直向上加載裝置加載過程更容易判別抗裂荷載和極限荷載。

3 ?結語

（1）改進型垂直向上加載裝置試驗結果與傳統垂直向下加載試驗得到裂縫最大寬度結果相吻合，達到了設計預期。

（2）改進型垂直向上加載裝置設計原則、加載制度等完全按照規范要求，經過試驗論證，表明本文使用的垂直向上加載裝置貼合實際，適用性極強。

（3）改進型垂直向上加載裝置使用電腦端控制加載系統，試驗效率有所提高，試驗人員安全性也得到保障，觀測裂縫更直接，試驗數據更趨穩定，有極大的實驗室推廣意義。

參考文獻：

[1] Nagai K. Damage to concrete piles in buildings[J].Cement and Concrete Composites，1997（3）：259～279.

[2] 胡銳.混合配筋預應力混凝土管樁抗剪及抗彎承載性能研究[D].武漢大學，2018.

[3] 郭楊，吳平，韓磊，張振華，韓支葉.復合配筋預應力混凝土管樁抗彎性能試驗和數值分析[J]. 地下空間與工程學報，2019（15）：481～488.

[4] 沈琳，蔡紅明，曾超峰，梅國雄，許慶平.PHC 管樁抗彎承載力研究[J].建筑結構，2018（48）：845～849.

[5] GB 13476—2009.先張法預應力混凝土管樁[S].