李杰

中國一冶集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430000

PRC 管樁具有強(qiáng)度高、承載力大、便于工廠化生產(chǎn)等特點(diǎn)，將其應(yīng)用到管道支架中，具有施工速度快、造價低的優(yōu)勢．通過試驗(yàn)研究了PRC 管樁支架端部在集中荷載作用下承載能力、變形性能及剛度變化情況，并通過對比試驗(yàn)研究了套箍對管樁支架端部受力性能的影響．試驗(yàn)研究表明，帶套箍管樁支架端部承載能力及剛度得到有效的提升，可廣泛應(yīng)用于管道支架結(jié)構(gòu)．

1 試驗(yàn)方案及承載力試驗(yàn)

（1）試件設(shè)計(jì)。管樁支架共設(shè)計(jì)3個試件，由某建華管樁有限公司生產(chǎn)，分別為PRC-1400（外徑400 mm，壁厚95 mm）、PRC-4500（外徑500 mm，壁厚100 mm）、PRC-1600（外徑600 mm，壁厚110 mm）。

（2）測點(diǎn)布置及現(xiàn)場試驗(yàn)。加載試驗(yàn)采用門反力架、200 t推力油缸及弧形支座，加載頭采用固定鉸支座，鉸支座中心與支架端頭中心重合。試驗(yàn)中采用IMP數(shù)采設(shè)備采集應(yīng)變及位移，應(yīng)變片及位移測點(diǎn)布置見圖1 和圖2 所示。

圖1 管樁端部剛性試驗(yàn)加載圖

圖2 應(yīng)變片布置

試驗(yàn)采用單調(diào)連續(xù)分級加載法，先進(jìn)行預(yù)加荷載10kN，檢查試驗(yàn)裝置及儀器儀表是否工作正常．然后進(jìn)行正式加載，采用20kN 進(jìn)行逐級加載，每級荷載加載時間2min，加載結(jié)束后每級荷載持荷3min，再進(jìn)行下一級荷載．加載到管樁支座端位移持續(xù)增加、而荷載不增加或減小時結(jié)束，并記錄最大荷載。

2 分析試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象描述

（1）PRC-1600 管樁套箍端進(jìn)行加載時，荷載達(dá)到10kN 時，發(fā)現(xiàn)套箍邊緣與混凝土接縫處有微裂縫出現(xiàn)，加載到230kN 時，沿支座外側(cè)邊緣兩側(cè)各145 mm處，弧頂出現(xiàn)2條對稱的裂縫，該裂縫是由于彎矩引起的拉裂裂縫。此后隨著荷載增加，裂縫寬度及長度不斷發(fā)展，且不斷有新的裂縫產(chǎn)生。當(dāng)加載到420kN 時，新增1條端部斜裂縫。此后，隨著荷載增大，正截面裂縫和斜截面裂縫寬度和長度都逐漸增加。荷載達(dá)到840kN 時，斜裂縫寬度較大，支座外邊緣管樁下部混凝土突然壓碎，撓度急劇增大，試件破壞。非套箍端進(jìn)行加載時，荷載達(dá)到26kN 時，發(fā)現(xiàn)套箍邊緣與混凝土接縫處有微裂縫出現(xiàn)，加載到220kN 時，離支座邊緣外側(cè)160 mm處，出現(xiàn)微裂縫．當(dāng)加載到240kN 時，出現(xiàn)第1條端部斜裂縫。此后，隨著荷載增大，正截面裂縫和斜截面裂縫寬度和長度都逐漸增加，且裂縫數(shù)量逐漸增多．荷載達(dá)到680kN 時，斜裂縫迅速增大，支座外邊緣管樁下部混凝土小部分突然壓碎，撓度急劇增大，試件破壞。

（2）PRC-1500 管樁。PRC-1500 管樁套箍端加載時，當(dāng)荷載達(dá)到110 kN時，在支座處管樁弧頂位置出現(xiàn)第1條裂縫，此后隨著荷載增加，裂縫長度及寬帶不斷增加。荷載達(dá)到244 kN時，出現(xiàn)第1條斜裂縫．荷載達(dá)到360 kN時，弧頂裂縫逐漸發(fā)展為斜裂縫。荷載達(dá)到540 kN時，斜裂縫處已有小碎塊混凝土剝落．荷載達(dá)到583 kN支座處受壓混凝土壓碎，管樁試件破壞，達(dá)到極限承載力。PRC-1500 管樁非套箍端在荷載作用下，當(dāng)荷載達(dá)到140kN 時，管樁弧頂支座外側(cè)100 mm處出現(xiàn)第1條裂縫，在荷載達(dá)到180kN 時，管樁弧頂離支座350 mm處，又出現(xiàn)1條正截面裂縫．荷載達(dá)到359kN 時，出現(xiàn)第1條斜裂縫，此后隨著荷載增加，正截面裂縫及斜截面裂縫不斷發(fā)展．荷載達(dá)到550kN時，支座處出現(xiàn)混凝土剝落現(xiàn)象，試件即將出現(xiàn)破壞，最后荷載達(dá)到559．6kN，試件達(dá)到極限荷載，支座處混凝土壓碎，試件破壞。

（3）PRC-1400 管樁PRC-1400 管樁套箍端加載時，當(dāng)荷載達(dá)到60kN 時，在管樁弧頂支座外側(cè)100 mm處出現(xiàn)第1條正截面裂縫，在荷載達(dá)到100kN 時，在支座外側(cè)300 mm處出現(xiàn)第2條裂縫，此條裂縫在荷載達(dá)到120kN 時，向斜向發(fā)展．此后隨著荷載增加，裂縫寬度及長度都在增加，并出現(xiàn)新的裂縫。當(dāng)荷載達(dá)到280kN 時，在持荷過程中，支座根部混凝土突然壓碎，構(gòu)件失去承載能力

2.2 開裂荷載極限荷載分析

根據(jù)PRC-1600、PRC-1500、PRC-1400 管樁兩端承載力試驗(yàn)情況，列出環(huán)箍與混凝土裂縫處、管樁上弧頂處、斜裂縫的開裂荷載和端部承載力的極限荷載，對于PRC-1600 管樁與PRC-1500 管樁環(huán)箍與混凝土接縫處的開裂荷載環(huán)箍端小于普通端，主要是因?yàn)?，環(huán)箍端的套管比普通端長得多，在同樣荷載作用下，彎矩也大得多，故開裂荷載與普通端相比較小。3個管樁試件環(huán)箍端管樁上弧頂?shù)拈_裂荷載與普通端開裂荷載接近，主要是因?yàn)樵撎幍拈_裂是由于彎矩引起的，該處的彎矩在相同荷載作用下相等，故此處的開裂荷載接近；PRC-1600 管樁環(huán)箍端的斜裂縫開裂荷載遠(yuǎn)大于普通端斜裂縫開裂荷載，PRC-1500 管樁與PRC-1400 管樁斜裂縫開裂荷載接近。PRC-1600 管樁套箍端的極限承載力遠(yuǎn)大于普通端承載力，主要因?yàn)槠浼艨绫却笥?小于3，屬于剪壓破壞，套箍的增加提高了其抗剪承載能力。PRC-1500 管樁和PRC-1400 管樁桿件直徑較小，其剪跨比較大，構(gòu)件破壞主要發(fā)生在支座根部的彎曲正截面破壞，套箍對其承載力影響較小。

總之，管樁端部套箍的設(shè)置，增加了對管樁端部混凝土的約束，增大了端部剛度和端部的抗剪承載能力，提高了管樁支架的安全性和可靠性。