预应力混凝土空心管桩与填芯管桩抗剪承载力的试验研究与计算方法探讨

预应力混凝土管桩在工程中得到了广泛应用.在水平地震作用下,基础桩顶受到剪力作用,空心管桩的抗剪承载力比较弱,通常在管桩上部埋入钢筋,浇注一段混凝土与承台相连,填芯混凝土改善了管桩的抗剪性能.文章通过试验以及理论分析给出了环形截面的抗剪承载力计算公式,为管桩及其他圆形截面的设计计算提供了理论及试验依据.     

不同高强预应力管桩抗震性能的试验对比

工程中常采用填芯,掺加钢纤维以及配置非预应力筋等方式来增强预应力混凝土管桩的抗弯承载力,但是这些改进后的管桩在地震荷载作用下的受力性能还不明确。通过三组试件的低周往复加载试验,分别从滞回耗能延性和承载力等几个方面研究预应力混凝土管桩(PHC管桩)、预应力钢纤维高强混凝土管桩(SFPHC管桩)、添加普通钢筋的预应力高强混凝土管桩(PRC管桩)的抗震性能以及填芯对管桩抗震性能的影响。试验结果表明:添加普通钢筋能够很好地改善PHC管桩的抗震性能。填芯能够提高PHC和SFPHC管桩在往复荷载作用下的承载力并能增强PRC管桩的耗能能力。各类填芯管桩的延性相对于未填芯管桩均有明显的改善。     

考虑剪跨比及截桩填芯影响的PHC管桩抗剪承载力试验研究

多次震后调查表明,预应力混凝土管桩在地震作用下可发生受剪破坏。针对管桩抗剪问题,基于现行管桩图集中标准PHC管桩设计制作24个管桩试件,进行多种剪跨比下的PHC管桩抗剪承载力试验。基于试验结果,经综合考虑剪跨比、箍筋分布、纵筋配筋率、混凝土有效预压应力、混凝土强度等影响因素,提出考虑剪跨比影响的PHC管桩抗剪承载力建议公式,公式计算值与试验值吻合较好,离散性较小。同时,考虑到目前工程上截桩现象十分普遍,特针对工程上截桩及截桩后填芯的情况进行试验研究,就截桩及填芯对管桩抗剪承载力的影响进行分析,并给出计算建议,为工程建设提供参考。     

预应力混凝土管桩结构抗拉强度的试验研究

以PC-AB500(100)型预应力混凝土管桩为例，对预应力混凝土管桩桩身抗拉强度、管桩钢接头焊缝抗拉强度及填芯混凝土抗拉强度进行了试验研究。通过对三种试验情况所得结果进行分析，提出了管桩抗拉承载力设计值和管桩抗拉极限承载力以及相关的计算公式。     

管桩内孔填芯钢筋混凝土抗拔强度试件的研究

进行了填芯混凝土与管桩内壁抗剪试验研究,根据试验结果分析了桩与填芯混凝土在破坏时的形态,破坏时桩身的受力特征和影响管桩承载力的因素,在试验的基础上,结合新老混凝土粘结性能的研究成果,提出了填芯混凝土与管桩内壁间的平均粘结系数的建议值。     

高强混凝土预应力管桩抗剪承载力的数值模拟

随着工程技术的发展,超高强混凝土在工程中的应用越来越广泛。然而超高强混凝土预应力管桩在国内的应用仍是空白。该文利用大型通用有限元软件ABAQUS对高强混凝土预应力管桩的抗剪承载力进行了深入的研究,并系统地研究了剪跨比和混凝土强度对预应力管桩抗剪承载力的影响。结果表明,剪跨比对抗剪承载力影响较大,提高混凝土强度可以提高管桩的抗剪承载力。     

预应力高强混凝土管桩抗震性能试验研究

通过对4根预应力高强混凝土(PHC)管桩进行低周往复荷载作用下的抗震性能试验研究,分析在桩身填芯、配置非预应力钢筋等措施对管桩的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、延性性能以及刚度退化的影响。研究表明:桩身填芯可以改善管桩的变形能力;在管桩中配置一定数量的非预应力钢筋能够显著提高管桩的极限承载能力,对改善管桩的滞回性能、延性性能以及耗能能力效果更为显著。     

预应力填芯管桩抗弯性能与延性特征的试验

在水平地震作用下,管桩与桩帽接合部要承受较大的弯矩和剪力的作用,现有的管桩标准图均在管桩顶部1m范围内按构造的要求设置填芯混凝土以提高空心管桩的承载能力,改善桩端延性,但目前对填芯混凝土管桩承载力和延性的了解甚少。通过对两组试件在低周反复荷载作用下的试验,研究填芯桩与非填芯桩的抗弯性能和延性特征。试验表明,填芯管桩的截面延性系数和抗弯承载能力均较非填芯管桩截面有较大的提高。     

预应力混凝土管桩抗弯及抗剪性能试验研究

通过一系列原型试验,对预应力混凝土管桩的抗弯及抗剪性能进行研究。抗弯试验结果显示,试验所采用的预应力混凝土管桩抗弯性能明显优于规范值,在弯矩作用下桩身裂缝分布于跨中约3m范围内。管桩弯曲断裂时呈脆性破坏性状,最大应力处位于跨中纯弯段内,裂缝出现前跨中界面应变基本符合平截面假定,裂缝出现后中性轴上移。桩身破坏后仍具有较高的抗弯承载力,但裂缝出现后桩身刚度明显降低。抗剪试验显示试验桩的抗剪性能优于规范值,断裂处为大致45°的剪切破碎带。抗剪试验中管桩的应力主要集中在剪弯段内,管桩破坏后仍具有较高的抗剪承载力。     

复合配筋混凝土预制方桩抗剪性能试验研究

创新研发了复合配筋混凝土预制方桩,通过施加预应力提高桩身的抗裂性能,配置非预应力钢筋增强桩身的抗弯承载力和延性,采用实心而非空心截面且合理配置箍筋提高桩身的抗剪性能。对3种常用规格共9根方桩试件进行足尺度抗剪性能试验,对比研究预应力和非预应力混凝土预制方桩在抗裂性能、抗剪承载力、变形性能及破坏特征等方面的差异。结果表明:施加预应力可显著提高混凝土预制方桩试件斜截面的开裂剪力,限制并延缓桩身裂缝的发展,提高方桩的极限抗剪承载力,降低斜截面抗剪破坏的变形能力;方桩试件的极限抗剪承载力试验值较GB 13476—2009《先张法预应力混凝土管桩》推荐算式的计算值大50%以上;试件破坏形式有两种:斜截面抗剪破坏和正截面抗弯破坏。因此,此新型预制方桩能够有效解决预应力混凝土管桩水平承载力低、普通混凝土预制方桩抗裂性能差的问题。     

玻璃纤维筋与钢筋复合配筋预应力混凝土管桩承载性能试验研究

针对预应力钢筋混凝土管桩（普通管桩）水平承载力不足的问题,开发研制了采用玻璃纤维筋与钢筋复合配筋预应力混凝土管桩（复合配筋管桩）,进行了复合配筋管桩与普通管桩受弯和受剪性能的对比试验。受弯试验结果表明：GFRP筋的配置较大幅度改善了普通管桩的承载性能;与普通管桩相比,复合配筋管桩的开裂弯矩和极限弯矩均有显著的提高,且其裂缝分布范围小、数量少且长度略短于普通管桩;两种类型桩裂缝出现前跨中截面应变符合平截面假定,破坏时复合配筋管桩受压区混凝土破碎而管桩的预应力筋被拉断。受剪试验结果显示：配置GFRP筋较大幅地改善了普通管桩的受剪性能,其开裂剪力有显著的提高;两种类型桩破坏过程相似,均是支座处先出现裂缝,并沿与桩长方向大致30°夹角方向开展延伸,当延伸至加载点垂直面时,以平行于桩长方向继续扩展,最后形成贯通面。对比试验结果表明,采用玻璃纤维筋与钢筋复合配筋预应力混凝土管桩在受弯和受剪性能方面均有不同程度的提高,可有效解决普通管桩水平承载力不足的问题。     

预应力高强混凝土管桩施工

结合具体工程实例,介绍了沿海滩涂地区软基中预应力高强混凝土管桩的施工方法和质量控制措施,并对桩基进行了检测,指出沿海滩涂地区应用高强预应力管桩可以有效提高地基承载力。     

预应力混凝土开口管桩的极限承载力分析

预应力混凝土开口管桩在沉桩过程中存在土塞作用,因此其受力机理比闭口管桩更加复杂。根据现行规范中的经验公式以及修正公式计算单桩极限承载力时,开口管桩的计算值常常低于或高于载荷试验的结果。根据西安一高层建筑预应力开口管桩的设计和桩基检测结果,对单桩极限承载力计算公式的取值进行分析,阐述了"土塞效应"对单桩竖向极限承载力的影响,对计算公式中的侧阻力及端阻力进行修正,所得到的承载力计算值与试桩结果较为吻合。通过研究,建立了基于土塞效应下根据土的物理指标与承载力参数计算管桩承载力的修正公式。     

昆明地区管桩承载力时间效应的数值分析

结合昆明某小区工程实例,根据预应力混凝土管桩的特点,对单桩竖向极限承载力静载试验数值模拟结果进行了分析,得出了管桩在昆明地区承载力的时效性,为预应力混凝土管桩的应力提供了指导。     

高强度预应力混凝土管桩静力压桩的质量控制

结合具体工程实例,介绍了高强度预应力混凝土管桩静力压桩施工工艺,阐述了施工中的质量控制要点,指出高强度预应力混凝土管桩静力压桩法施工具有低噪声、无振动、无污染、造价低、施工速度快等优点,静压管桩技术应用水平将会不断提高。     

复合配筋管桩抗震性能试验研究

传统PHC管桩在地震作用下表现出脆性破坏特征,限制了其使用范围。已有室内试验研究结果表明,通过在PHC管桩中加入非预应力钢筋形成复合配筋管桩可提高其抗震性能。目前针对管桩破坏机理以及抗震性能的研究,主要采用室内模型试验或振动台试验,未能充分考虑实际工程中桩的受力条件和土体的作用。为研究复合配筋管桩的抗震性能,在软土地区对PHC管桩和复合配筋管桩进行了现场足尺抗震性能试验研究。试验比较了常规管桩以及掺入不同含量非预应力钢筋的复合配筋管桩的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、曲率分布等数据,分析复合配筋管桩的抗震性能。研究结果表明：与PHC管桩相比,复合配筋管桩的抗震性能得到明显改善,且对于提高管桩延性来说,存在最优的非预应力筋配筋率。     

静压法高强预应力管桩施工质量控制与处理

主要探讨预应力高强混凝土管桩在房建地基加固的应用,阐述了管桩的施工工艺与方法,就如何保证预应力管桩施工质量做一介绍,指出高强混凝土预应力管桩具有质量可靠、单桩竖向承载力高等优点,值得大力推广应用。     

预应力钢绞线超高强混凝土管桩受弯性能研究

为解决普通预应力超高强混凝土管桩水平承载力低和变形能力差的问题,提出了预应力钢绞线超高强混凝土管桩。通过3种常用桩型6根试件的足尺受弯性能试验、有限元分析,对比了预应力钢绞线超高强混凝土管桩与普通预应力超高强混凝土管桩在抗裂性能、受弯承载力、变形能力及破坏特征等方面的差异。研究结果表明：以钢绞线替代钢棒作为主筋可以有效提高管桩受弯状态下的变形能力和承载力;预应力钢绞线超高强混凝土管桩均以受压区混凝土压碎破坏,而普通预应力超高强混凝土管桩均以预应力钢棒拉断破坏;所建立的数值模型可以合理预测管桩的受弯性能,模拟得到的桩身裂缝分布与试验结果吻合较好。     

预应力混凝土管桩抗拔静荷载试验中试桩的设计

结合某具有代表性和典型性的预应力混凝土管桩竖向抗拔静荷载工程实例,阐述抗拔试桩的设计和验算方法,指出设计中容易忽视的地方,并提出了相关的建议,对预应力混凝土管桩静荷载试验中抗拔试桩和锚桩的设计具有一定的指导意义.