張兵　郭震　諶遜龍　黃易銘　張敏

摘 要：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁是目前較多施工場所必不可少的材料之一，分析管樁連接節(jié)點(diǎn)的抗彎能力，可為施工提供一定的安全保障。從5 m預(yù)應(yīng)力混凝土（PHC）管樁中截取部分截樁，以此作為試驗(yàn)管樁，設(shè)計(jì)2個管樁與承臺的連接節(jié)點(diǎn)試件，在連接節(jié)點(diǎn)試件與管樁上裝置傳感器，采集加載后的數(shù)據(jù)，并計(jì)算開裂彎矩與極限彎矩變化，得到試件加載特征。結(jié)果表明，試件1的承載力較強(qiáng)，2組試件的底部應(yīng)變明顯大于試件的中部與頂部，試件頂部受加載影響較小。當(dāng)單向加載不斷增大，2組試件的跨中撓度與撓度增長率隨之提升，逐漸發(fā)生底部位移，但試件1的撓度變化較小，在管樁東西側(cè)裝置傳感器，經(jīng)雙向載荷加載后，2組試件的錨固鋼筋同時發(fā)生應(yīng)變，配備預(yù)應(yīng)力筋能大大增強(qiáng)管樁的抗彎性能。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力；混凝土管樁；連接節(jié)點(diǎn)；抗彎性能；跨中撓度；極限彎矩

中圖分類號：TU378;TQ178 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2023）06-0162-04

Experimental study on the change in bending momentof prestressed concrete pipe pile joints

ZHANG Bing1，GUO Zhen1，CHEN Xunlong1，HUAGN Yiming1，ZHANG Min2

（1.Fujian Institute of Geotechnical Engineering Investingation and Surveying Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350108，China; 2.The Second Geological Exploration Institute of China Metallurgical Geology Bureau，F(xiàn)uzhou 350108，China）

Abstract：Prestressed concrete pipe pile is one of the essential materials in many construction sites at present.The analysis of the flexural capacity of pipe pile joints can provide a certain safety guarantee for construction.A part of the cut-off pile is taken from the 5mPHC pipe pile as the test pipe pile. Two joint specimens of the pipe pile and the cap are designed， and sensors are installed on the joint specimens and the pipe pile to collect the data after loading. The crack moment and the ultimate moment are calculated and the loading characteristics of the specimen are obtained.It is verified by experiments that the bearing capacity of specimen 1 is stronger.The strain at the bottom of increase is obviously larger than that at the middle and top of the specimens，and the top is less affected by loading.As the unidirectional load increases，the mid-span deflection and deflection growth rate of the two specimens increases with it，and the bottom displacement gradually occurs，but the deflection change of specimen 1 is relatively low.A sensor was installed on the east and west side of the pipe pile.After bidirectional loading，the anchoring steel bars of the two specimens experienced strain at the same time，and the strain value of the west side pile was higher.

Key words：prestress；concrete pipe pile；connecting node；bending resistance；mid-span deflection；ultimate bending moment

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁主要通過預(yù)應(yīng)力鋼筋、混凝土、箍筋等材質(zhì)構(gòu)成，具有抗?jié)B性強(qiáng)、抗彎能力較高等特點(diǎn)［1-2］，同時，這一形式的管樁使用壽命較長，廣泛應(yīng)用于施工、建筑領(lǐng)域［3-4］。管樁的連接節(jié)點(diǎn)是一種能夠連接管樁與承臺的連接部件，通過連接節(jié)點(diǎn)，可以使管樁應(yīng)用受力明確［5］，施工更為方便; 通過連接節(jié)點(diǎn)的抗彎性能研究，可以為管樁提供更安全的保障［6-8］。有較多學(xué)者對連接處節(jié)點(diǎn)的抗彎能力進(jìn)行分析，但該方法得到的測試結(jié)果并不精準(zhǔn)。為此本試驗(yàn)研究預(yù)應(yīng)力混凝土管樁連接節(jié)點(diǎn)抗彎性能，對管樁連接節(jié)點(diǎn)的抗彎能力進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁連接節(jié)點(diǎn)研究

1.1 試件設(shè)計(jì)

本文采用PHC管樁作為實(shí)驗(yàn)管樁，預(yù)應(yīng)力鋼筋選用預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼棒，共設(shè)計(jì)2個管樁連接節(jié)點(diǎn)，均為截樁樁頂與承臺連接節(jié)點(diǎn)。承臺配備了雙層雙向鋼筋，在管樁連接節(jié)點(diǎn)試件中，試件2并未配備預(yù)應(yīng)力筋，在進(jìn)行抗彎試驗(yàn)時，加載力為500 kN［11］。表1為每個試件的參數(shù)指標(biāo)。

通過圖1描述管樁與承臺的連接效果。其中，2個連接節(jié)點(diǎn)試件分別應(yīng)用于樁頂與承臺的連接。

1.2 試件制備

利用實(shí)驗(yàn)室完成試件的加工制作，其中，本文所使用的PHC管樁通過5 m長管樁截斷制成。樁內(nèi)填芯與承臺混凝土同時澆筑［11］，澆筑時實(shí)測強(qiáng)度為62.1 MPa。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

本文設(shè)計(jì)簡支梁對稱加載裝置實(shí)現(xiàn)試件加載，在該裝置中，支座兩端為加載支座，具體支座樣式分別如圖2所示。

本文在在試驗(yàn)過程中所采用的檢測儀器：DK09-TOP-904綜合測試儀;H27802裂縫測寬儀;200 t液壓千斤頂;7.5 m卷尺;0～50 mm百分表;0～100 mm百分表

1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁連接節(jié)點(diǎn)彎度計(jì)算

1.4.1 開裂彎矩計(jì)算

當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁連接節(jié)點(diǎn)受彎時，假設(shè)裂縫控制等級為二級［14-15］，則連接節(jié)點(diǎn)開裂彎矩標(biāo)準(zhǔn)值可通過式（1）計(jì)算：

Mcr，k=（σce+γftk）W0（1）

式中：連接節(jié)點(diǎn)開裂彎矩為Mcr，k；樁身截面混凝土預(yù)壓應(yīng)力為σce；樁身混凝土抗拉強(qiáng)度為ftk；γ為受工藝影響的綜合系數(shù)；連接節(jié)點(diǎn)截面彈性抵抗矩為W0。

1.4.2 極限彎矩分析

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試件承載力特征分析

分析2個試件在不同加載方向上的承載力變化情況，結(jié)果如表2所示；其中，“+、-”表示加載方向。

由表2可知，通過開裂彎矩可以得到試件在兩方向上的承載力，其中，試件1的承載力明顯大于試件2。這是由于試件1配備了預(yù)應(yīng)力筋的緣故，因此試件1經(jīng)兩方向加載后的抗彎性能較強(qiáng)。

2.2 試件應(yīng)變分析

在每個試件的頂部、中部、底部分別裝置傳感器，分析2個試件在單方向不同載荷加載下各部位的應(yīng)變情況，結(jié)果如圖4所示。

從圖4（a）、（b）可以看出，隨著加載載荷的不斷提升，2組連接節(jié)點(diǎn)試件的頂部、中部的應(yīng)變變化不大，主要承擔(dān)部分拉應(yīng)力；而2組試件的底部應(yīng)變值不斷擴(kuò)大，說明隨著加載力度的加大，試件開始出現(xiàn)微裂縫，導(dǎo)致試件抗彎能力變低，試件1的應(yīng)變變化明顯低于試件2，在加載過程中試件2的應(yīng)變幅度明顯較高，說明試件1受到加載影響較小，抗彎能力較強(qiáng)。

2.3 連接節(jié)點(diǎn)試件撓度分析

分析2組試件在加載過程中的撓度以及撓度增長率，得到載荷-跨中撓度曲線變化，以此分析試件在開裂時相應(yīng)的載荷，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，當(dāng)載荷不斷加大，2組試件的跨中撓度與撓度增長率均處于上升狀態(tài)。其中，試件2的撓度始終高于試件1，說明在加載過程中，試件2的豎向變形要大于試件1。因此在抗彎測試中，試件2會提前發(fā)生變形，導(dǎo)致?lián)隙仍龃蟆?/p>

2.4 試件屈服位移與極限位移分析

通過雙向水平載荷進(jìn)行加載，分析2組試件加載時，試件與樁體連接處的位移情況，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，試件2屈服位移處于-20～20 kN，而極限位移處于-40～40 kN；同時，試件1的位移要明顯低于試件2，說明在雙向加載過程中試件1的位移變化較小，因此具有較高的抗彎能力。

2.5 試件剛度退化分析

通過雙向加載驗(yàn)證不同試件的剛度變化，分析結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，在0載荷下，試件1的剛度達(dá)到40 kN·mm以上；而試件2的剛度處于35 kN·mm，低于試件1。當(dāng)加載載荷達(dá)到200 kN時，2個組試件的剛度迅速下降；而試件1的剛度保持在5 kN·mm左右，試件2的剛度已下降至5 kN·mm以下。經(jīng)不斷加載后，試件1的剛度始終高于試件2，說明試件1的可用性要好于試件2。

2.6 連接節(jié)點(diǎn)錨固鋼筋、箍筋應(yīng)變

2連接節(jié)點(diǎn)試件中的錨固鋼筋的應(yīng)變情況，結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，西側(cè)正向錨固鋼筋的應(yīng)變幅度相對較大，說明該側(cè)錨固受壓時壓力較大，反向東側(cè)錨固鋼筋的應(yīng)變較低；同時，錨固鋼筋的應(yīng)變曲線較為飽滿，這是由于受壓時承臺內(nèi)混凝土的粘結(jié)作用為錨固鋼筋承擔(dān)了部分壓力。2個試件錨固鋼筋的應(yīng)變幾乎一致，未出現(xiàn)較大變化，由此可以明確表明錨固鋼筋的應(yīng)變值變化。

3 結(jié)語

研究預(yù)應(yīng)力混凝土管樁連接節(jié)點(diǎn)抗彎性能試驗(yàn)，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁連接節(jié)點(diǎn)試件，利用加載裝置對試件進(jìn)行不同形式的受壓測試，得到試件被加載后的抗彎能力，以此完成抗彎性能分析。

結(jié)果表明，試件1的承載力明顯大于試件2，這是由于試件1配備了預(yù)應(yīng)力筋的緣故，因此試件1經(jīng)2方向加載后的抗彎性能較強(qiáng)。2個試件的底部應(yīng)變明顯大于試件中部與頂部，試件頂部受加載影響較小。當(dāng)單向加載不斷增大，2個試件的跨中撓度與撓度增長率隨之提升，逐漸發(fā)生底部位移，但試件1的撓度變化較小，經(jīng)雙向載荷加載后，2個試件的錨固鋼筋同時發(fā)生應(yīng)變，其中西側(cè)樁體應(yīng)變值較高；配備預(yù)應(yīng)力筋能大大增強(qiáng)管樁的抗彎性能。

【參考文獻(xiàn)】

［1］沈琳，曾超峰，梅國雄，等.透水管樁抗彎性能試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2020，50（7）：130-135.

［2］馬加驍，張明義，王永洪.預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁樁身受力特性測試技術(shù)研究進(jìn)展［J］.工程地質(zhì)學(xué)報，2020，28（4）：896-906.

［3］周家偉，王云飛，龔順風(fēng)，等.彈卡式連接預(yù)應(yīng)力混凝土方樁接頭受彎性能研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2020，50（13）：121-127.

［4］齊金良，龔順風(fēng)，周兆弟，等.螺鎖式預(yù)應(yīng)力混凝土異型方樁連接接頭受彎性能研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（8）：105-109.

［5］吳平，郭楊，朱大勇，等.配置BFRP筋復(fù)合配筋PHC管樁受彎和受剪性能試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2021，42（4）：147-156.

［6］郭楊，吳平.復(fù)合配筋預(yù)應(yīng)力混凝土管樁受彎與受剪性能試驗(yàn)研究［J］.施工技術(shù)，2021，50（2）：95-101.

［7］趙長春，張留軍，龔維明，等.預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁抗震能力改善措施的試驗(yàn)研究［J］.工業(yè)建筑，2021，51（1）：131-134.

［8］干鋼，曾凱，俞曉東，等.先張法預(yù)應(yīng)力離心混凝土鋼絞線樁及其機(jī)械連接接頭的抗拉性能試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2021，51（3）：115-120.

收稿日期：2023-02-09；修回日期：2023-05-04

作者簡介：張 兵（1986-），男，工程師，研究方向：樁基基礎(chǔ)，地質(zhì)勘測;E-mail：769804447@qq.com。

引文格式：張 兵，郭 震，諶遜龍，等.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁連接節(jié)點(diǎn)抗彎性能試驗(yàn)研究[J].粘接，2023，50（6）：162-165.