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

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1、安徽建筑2014年第4期(总198期)预应力混凝土空心管桩与填芯管桩抗剪承载力的试验TestStudyandCalculationMethodofShearCapacityfor研究与计算方法探讨PrestressedConcreteHollowPilesandFilledPiles凌应轩(安徽省建筑科学研究设计院，安徽合肥230001)摘要：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，空心管桩的抗剪承栽力比较弱，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

2、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。关键词：预应力混凝土管桩；填芯混凝土；抗剪承载力中图分类号：TU473．11文献标识码：A文章编号：1007—7359(2014)O4—0125—030引言预应力混凝土管桩在工程中得到了非常广泛的应用，随着茺我国高层建筑的迅速发展为其提供了更加广阔应用空间【11。工土工程结构在地震水平力及风荷载的作用下，桩顶会受到水平剪力图1试验装置示意图程的作用，空心管桩抗震性能比较差，脆性明显，因此通

3、常在管桩与基上部浇注一段混凝土与承台相连，填芯混凝土可以改善管桩的础抗剪能力，提高桩端延性。对于环形截面和与填芯混凝土组成处的组合截面，目前规范尚无抗剪承载力的计算方法。因此，本文理进行了试验研究与理论分析，提出了预应力管桩新的抗剪承载力计算公式。图2试件1破坏后图图3试件2破坏后图1荷载试验装置试验采用分级加载的方式加载，荷载分为10级，每级试验装置如图l所示，加载装置由3榀钢反力架组成。其30kN，每级加载后停留2rain～3min，观察桩身有无裂缝，承台是中2榀用于固定桩的承台，起固定端的作用；一榀用于加载端

4、，否发生破坏等。2台千斤顶加载时，使两边荷载同级按比例增起加载的作用。固定端的桩承台与钢梁间用4台千斤顶加载固加，加载大小通过荷载传感器连接到TDS一303数据采集仪控定，加载端用2台千斤顶加载，加载端的千斤顶下分别放有荷制。载传感器，桩头上下放置2台位移计，中间下置有1台位移计。试件1为空心管桩，当加载至破坏荷载的70％左右时，仍为了保证试桩剪切破坏，采重用了超静定加载方案，简支端荷载处于弹性工作状态，跨中荷载位移曲线呈直线变化；当荷载加为中间荷载的0．38倍，加载时按此比例，可使剪切破坏前不发至破坏荷载的80％

5、左右时，桩壁出现细微斜向裂缝；随荷载的生弯曲破坏，保证试验达到预期目的。增加，斜向裂缝迅速扩展，管桩中与斜裂缝相交的箍筋达到屈服后随即拉断，管桩出现脆性剪切破坏(图2)。3试验过程及试验数据试件2为填芯管桩，当荷载加至破坏荷载的70％时，桩壁开裂，其开裂荷载略大于空心管桩；开裂后继续加载，斜向裂缝安3．1试验过程随荷载的增加宽度逐渐变大，裂缝在原有基础上不断扩张，基徽本没有新的裂缝出现，但其扩展速度较空心管桩为慢，随着裂建缝宽度和跨中位移的增加，填芯混凝土承担了部分剪力，其极筑收稿日期：2014—07—18限抗剪承

6、载力较空心管桩提高约20％。填芯管桩也为脆性破作者简介：凌应轩(1979-)，男，安徽五河人，毕业于合肥工业大学，硕坏，但其脆性性质得到较大改善(图3)。士；工程师，主要从事建筑结构设计工作。一2014年第4期(总198期)安徽建筑350I虽30oI25oIZ．一’___一爪鬟蚕2l050oIj，挺’100I一50I1，0●023456023456位移／mm位移／mm350350f．●300300250．l250一．，，、Z200-—●if童200￡，鬟15o囊l5o，，lo0100f，⋯：5O5O}I000．04

7、0．060．08O．100．020．040．060．080．1O0．O2转角／rad转角／tad图4空心管桩荷载一转角曲线图5填芯管桩荷载一转角曲线岩3-2实验数据厂土试验数据(开裂荷载；极限荷载；极限位移)及破坏形态见工表1所列。荷载一位移曲线、荷载一转角曲线分别如图4、5所D程与示。基试验数据(荷载均取左侧剪力)表1础处理alb)D"rr／4t．—————∞b4理论分析及计算公式A4．1空心管桩抗剪承载力的计算分析图6箍筋对抗剪强度的贡献对于预应力混凝土管桩，其抗剪承载力由二部分组成，即混Jr一产生斜拉裂缝时剪

8、切应力凝土项和箍筋项，我们分别对其进行分析。对混凝土取单元体，如图6所示，混凝土发生剪切破坏产对于混凝土环形截面：由材料力学可导出管桩抗剪承载力生斜裂缝时，主拉应力等于混凝土的抗拉强度，即I=。由材的表达式：料力学分析可知(其中应力拉为正，压为负)：Vc=．o0+、／(，2)：+式中：卜管桩壁厚(mm)卜混凝土截面相对中心轴的惯性矩(mm)可导出：r=·、／