一種改進(jìn)型預(yù)應(yīng)力混凝土管樁抗彎性能試驗(yàn)加載裝置的研究

韓勤 顏斌 付世虎 卜俊

摘 ? ?要：基于傳統(tǒng)先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁抗彎性能試驗(yàn)垂直向下加載的試驗(yàn)方法的弊端，制作出一種預(yù)應(yīng)力混凝土管樁垂直向上加載試驗(yàn)方法的改進(jìn)裝置。對4根預(yù)應(yīng)力混凝土管樁按GB 13476—2009《先張法預(yù)應(yīng)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(jìn)行抗彎性能試驗(yàn)，測得裂縫大小及分布情況。結(jié)果表明：使用垂直向上加載裝置的試驗(yàn)方法與垂直向下加載試驗(yàn)方法所得裂縫分布特征大體相仿，同時(shí)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(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，因此，垂直向上加載試驗(yàn)方法適合各檢測實(shí)驗(yàn)室推廣。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁;抗彎性能試驗(yàn);改進(jìn)裝置;垂直向上加載

1 ?試驗(yàn)概況

1.1 ?試件設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)采用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法對來自同品種、同規(guī)格、同型號(hào)且外觀質(zhì)量與尺寸允許偏差檢驗(yàn)合格的4根高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC-400（95）AB-C80-10）進(jìn)行抗彎性能試驗(yàn)，為驗(yàn)證性試驗(yàn)，以試驗(yàn)樁達(dá)到設(shè)計(jì)要求為目的[4]。試驗(yàn)測試內(nèi)容主要包括加載過程中的抗裂彎矩、極限彎矩、裂縫發(fā)展情況。

按照GB 13476—2009[5]《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》管樁的抗彎性能要求，本試驗(yàn)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(shè)備自重為3.3kN。

1.2 ?試驗(yàn)加載方式及試驗(yàn)加載制度

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

本試驗(yàn)加載制度為：首先按照理論抗裂彎矩的20% 的級(jí)差由零加載至抗裂彎矩的80%，每級(jí)荷載的持續(xù)時(shí)間為3min;然后按照抗裂彎矩10%的級(jí)差加載至抗裂彎矩，觀察是否有裂縫出現(xiàn)，并測定和記錄裂縫寬度;然后按極限彎矩5% 的級(jí)差繼續(xù)加載直至樁的極限彎矩，測定和記錄每級(jí)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(yù)應(yīng)力混凝土管樁》確定。

2 ?試驗(yàn)裝置

管樁抗彎性能試驗(yàn)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(dòng)鉸支座，通過布置在千斤頂上的測力傳感器實(shí)時(shí)記錄控制各分級(jí)加載量。

2.1 ?傳統(tǒng)垂直向下加載裝置

目前大部分檢測實(shí)驗(yàn)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(shí)且單節(jié)樁長不大于15m時(shí)取0.5m。

垂直向下加載時(shí)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(shè)備自重）。

2.2 ?改進(jìn)型垂直向上加載裝置

當(dāng)采用垂直向上裝置加載時(shí)，如圖2所示。但本次試驗(yàn)使用電腦控制加載方式，只需檢測人員觀察裂縫發(fā)展情況，減少了人為操作誤差。本試驗(yàn)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(dòng)，管樁長度15m以內(nèi)基本都適用。

垂直向上加載時(shí)抗彎彎矩：

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

式（2）中各參數(shù)同式（1）。

2.3 ?兩種裝置比較

改進(jìn)型垂直向上加載裝置與傳統(tǒng)型垂直向下加載裝置相比，其加載制度與荷載分級(jí)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(shí)間相對較少，觀測裂縫方面更佳突出分布特征，試驗(yàn)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(jié)語

（1）改進(jìn)型垂直向上加載裝置試驗(yàn)結(jié)果與傳統(tǒng)垂直向下加載試驗(yàn)得到裂縫最大寬度結(jié)果相吻合，達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。

（2）改進(jìn)型垂直向上加載裝置設(shè)計(jì)原則、加載制度等完全按照規(guī)范要求，經(jīng)過試驗(yàn)論證，表明本文使用的垂直向上加載裝置貼合實(shí)際，適用性極強(qiáng)。

（3）改進(jìn)型垂直向上加載裝置使用電腦端控制加載系統(tǒng)，試驗(yàn)效率有所提高，試驗(yàn)人員安全性也得到保障，觀測裂縫更直接，試驗(yàn)數(shù)據(jù)更趨穩(wěn)定，有極大的實(shí)驗(yàn)室推廣意義。

參考文獻(xiàn)：

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[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(jié)構(gòu)，2018（48）：845～849.

[5] GB 13476—2009.先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[S].