机械连接预应力混凝土实心方桩抗震性能研究进展＊

2017-11-30许平王美华蔡金华徐小旭李晓宇

科技与创新 2017年14期

关键词：管桩抗震承载力

许平，王美华，蔡金华，徐小旭，李晓宇

（宿迁学院建筑工程学院，江苏宿迁223800）

机械连接预应力混凝土实心方桩抗震性能研究进展＊

许平，王美华，蔡金华，徐小旭，李晓宇

（宿迁学院建筑工程学院，江苏宿迁223800）

针对机械连接预应力混凝土实心方桩特点进行了介绍。目前，国内外学者针对预应力混凝土管桩的桩身抗震和节点抗震进行了大量研究，而针对机械连接预应力混凝土实心方桩的抗震性能研究较少，限制了机械连接预应力方桩在工程实际中的应用，特别是在抗震设防烈度较高的地区的使用。后续研究的主要方向应该是对T-YRS的桩身进行抗震性能的研究、对T-YRS与承台的连接部位进行抗震性能的研究。

机械连接；预应力；混凝土方桩；抗震性能

随着我国的建筑工业化进程的发展，各种预制构件的生产、研究和推广也不断推陈出新。而在基础工程这部分，预制桩的发展也在不断更新换代，其中，包括预制混凝土桩、钢桩和钢管混凝土桩。其中，预制混凝土桩又包括方桩和管桩，其使用更加广泛。

机械连接预应力方桩（T-YRS）是在预应力实心方桩的基础上，在桩端植入螺帽以及插拔式的接头。在利用预应力实心方桩成熟的生产工艺的基础上，机械连接的方式更加能提高实心方桩在实际工程中的施工效率，缩短工期，节约成本，保证施工的质量。因此，对机械连接预应力混凝土实心方桩的研究很有实际意义。

1 机械连接预应力混凝土实心方桩

机械连接预应力混凝土实心方桩是结合长线台预制混凝土实心方桩和机械连接预应力管桩的基础上，由江苏力引建筑新材料股份有限公司研发的一种新桩型。传统预制桩上、下两节桩之间一般采用焊接方式连接，这种连接方式具有劳动强度大、施工时间长、焊接质量无法保证和连接钢板易锈蚀的特点，而机械连接预应力混凝土实心方桩采用卡扣式连接件，避免了上述缺点。

2 钢筋混凝土预制桩抗震性能研究现状

机械连接预应力方桩作为一种新桩型，它的抗震性能值得深入研究。由于在国家相关标准中，未对机械连接预应力方桩的抗震性能进行详细要求，这就限制了机械连接预应力方桩在工程实际中的应用，特别是在抗震设防烈度较高的地区的使用。目前国内外研究多集中在预制管桩和空心方桩的桩身和承台节点抗震性能研究。

2.1 桩身抗震性能研究现状

目前，关于T-YRS的桩身的抗震性能的研究很少，而对于PHC管桩和空心方桩的研究与应用相对较多，国内外的研究也较成熟。

Muguruma通过试验研究了PHC管桩的弯曲延性。试验结果表明，预应力筋的延伸率越高，PHC的抗弯承载力就越高，箍筋采用较高的配箍率能够改善PHC的延性。

陈彦等对预应力离心方桩和预应力混凝土管桩作单桩承载力的进行了对比试验。结果表明，预应力离心方桩的实际承载能力能够满足工程的需要，具有较强承载性能。

齐晓光通过对预应力高强混凝土管桩进行低周反复加载试验，分析了配箍特征值，以及不同钢纤维混凝土对预应力高强混凝土管桩性能的影响。研究表明，随着配筋率的增加和钢纤维的改善，提升了预应力高强混凝土管桩试件的滞回性能，有利于结构抗震。

戎贤等通过对PHC管桩进行低周往复加载，分析其承载力、滞回曲线、延性等抗震性能指标，研究了桩径、有效预应力及配置非预应力筋对PHC管桩抗震性能的影响。研究结果表明，PHC管桩的抗震性能随着桩径的增加而降低。随着桩身有效预应力的提高，试件破坏的脆性特征及刚度退化现象减弱，抗震性能有所改善。而配置一定数量的非预应力筋可使其抗震性能得到明显改善。

王铁成等通过不同高强预应力管桩进行低周往复加载试验，分析了不同类型预应力管桩的耗能、延性以及承载力。试验结果表明，普通钢筋能够改善管桩的抗震性能，填芯能够提高管桩在往复荷载作用下的承载力以及耗能能力。

李光明通过对预应力混凝土管桩（PHC）的结构性能测试、单桩及多桩基础的振动台试验、现场水平承载力试验、高地震烈度的时程分析，表明了预应力混凝土管桩（PHC）的应用应提高抗弯承载力，并采取必要措施加强预应力混凝土管桩（PHC）的水平位移的限制。

张伟对劲性填芯混凝土管桩和普通填芯混凝土管桩进行数值模拟，通过对比两者的滞回曲线，研究发现，劲性填芯混凝土管桩耗能能力的水平承载能力能够提高37.8%.通过调整劲性填芯参数，组合出了最经济的型钢埋置深度、横向型钢长度以及竖向型钢长度。

从上述文献可以看出关于机械连接预应力方桩桩身的抗震性能的研究较少。

2.2 桩-承台节点抗震性能研究现状

桩与承台的连接点，在地震作用下处于最大弯矩处，受力是最不利的，震害也是主要集中在这里。目前，针对机械连接预应力方桩-承台连接节点抗震性能研究很少，因此，有必要对桩-承台的连接节点进行研究。

陈艳风通过设计5个PHC管桩与承台组合体试件节点进行低周往复的拟静力试验，对PHC管桩与承台组合体试件节点的破坏形态、承载力、延性性能、刚度退化、耗能能力等抗震指标进行了研究。研究结果表明，桩身根部与锚固钢筋连接处是节点的薄弱部位、受力较大。

贺武斌等通过对制作的加强型与普通填芯混凝土管桩水平往复加载对比试验，研究了荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、裂缝发展变化及抗弯能力。研究表明，加强型试件连接处水平承载力、位移及延性等都比普通试件好。

朱海堂等通过对多个预应力混凝土管桩与桩帽连接节点的受弯试验研究，分析了连接节点受弯承载力的主要影响因素，探讨了连接节点受弯承载力的计算模式和计算公式。

李艳艳等对5个预制桩身-承台的组合体试件节点进行低周往复拟静力加载试验，分析了破坏特征、承载力、延性、滞回曲线及耗能性能等抗震指标。研究结果表明，在桩身内安放钢筋笼并深入承台的锚固钢筋可改善管桩-承台组合体试件的整体性。

杨志坚通过对PHC管桩-承台节点进行了低周反复试验和数值模拟，分析了节点破坏形态，进而对滞回特征，刚度退化以及延性进行了分析，从而研究了管桩-承台节点的抗震性能。

综上所述，目前，关于机械连接预应力方桩（T-YRS）-承台节点的研究还很少，研究主要集中在预应力管桩和空心方桩。

3 结束语

综上所述，目前，关于机械连接预应力混凝土实心方桩（T-YRS）抗震性能研究还很少。对比已经研究成熟的管桩，T-YRS后续研究方向需要集中针对桩身的抗震性能研究和桩身与承台的连接处的抗震性能进行深入研究，从而更加全面了解和掌握这种新桩型的力学性能，为机械连接预应力混凝土实心方桩的工程应用和推广提供试验数据。

［1］Muguruma H.Improving the flexural ductility of pretensioned high strength spun concrete piles by lateral confiningofconcrete.ProceedingsofthePacific Conference on Earthquake Engineering，1987（01）.

［2］陈彦，周建凡，贾燎.预应力离心方桩的抗弯性能和承载力试验研究［J］.武汉理工大学学报，2007，29（05）.

［3］齐晓光.预应力高强混凝土管桩抗震性能的试验及理论研究［D］.天津：河北工业大学，2012.

［4］戎贤，徐晓哲，李艳艳.预应力高强混凝土管桩抗震性能试验研究［J］.工业建筑，2013，43（07）.

［5］王铁成，王文进，赵海龙，等.不同高强预应力管桩抗震性能的试验对比［J］.工业建筑，2014，44（07）.

［6］李光明.高地震烈度软土预应力管桩（PHC）桩基础的抗震特性研究［D］.天津：河北工业大学，2013.

［7］张伟.水平往复荷载下劲性填芯高强混凝土管桩承载性能数值模拟分析［D］.太原：太原理工大学，2015.

［8］陈艳风.预应力高强混凝土管桩-承台组合体试件节点抗震性能试验研究［D］.天津：河北工业大学，2014.

［9］贺武斌，崔向东，郭昭胜，等.桩头加强型预应力管桩与承台连接处受弯性能试验研究［J］.工业建筑，2014，44（01）.

［10］朱海堂，丁自强，张启明.预应力混凝土管桩与桩帽连接节点受弯性能试验研究［J］.土木工程学报，1997，30（04）.

［11］李艳艳，陈艳风，刘坤，等.预应力高强混凝土管桩-承台组合体节点抗震性能试验研究［J］.建筑科学，2014，30（01）.

［12］杨志坚.预应力高强混凝土管桩抗震性能研究［D］.天津：天津大学，2014.

〔编辑：张思楠〕