一种改进型预应力混凝土管桩抗弯性能试验加载装置的研究
2020-11-06韩勤颜斌付世虎卜俊
韩勤 颜斌 付世虎 卜俊
摘 要：基于传统先张法预应力混凝土管桩抗弯性能试验垂直向下加载的试验方法的弊端，制作出一种预应力混凝土管桩垂直向上加载试验方法的改进装置。对4根预应力混凝土管桩按GB 13476—2009《先张法预应力混凝土管桩》要求的开裂弯矩值、极限弯矩值各分两组，使用垂直向下加载装置和垂直向上加载装置进行抗弯性能试验，测得裂缝大小及分布情况。结果表明：使用垂直向上加载装置的试验方法与垂直向下加载试验方法所得裂缝分布特征大体相仿，同时操作上使用垂直向上加载装置更便捷，有效提高了管桩抗弯性能试验结果的准确度，因此，垂直向上加载试验方法适合各检测实验室推广。
关键词：预应力混凝土管桩;抗弯性能试验;改进装置;垂直向上加载
1 试验概况
1.1 试件设计
本次试验采用四点弯曲试验方法对来自同品种、同规格、同型号且外观质量与尺寸允许偏差检验合格的4根高强预应力混凝土管桩（PHC-400（95）AB-C80-10）进行抗弯性能试验，为验证性试验，以试验桩达到设计要求为目的[4]。试验测试内容主要包括加载过程中的抗裂弯矩、极限弯矩、裂缝发展情况。
按照GB 13476—2009[5]《先张法预应力混凝土管桩》管桩的抗弯性能要求，本试验所用管桩抗裂弯矩64kN·m，极限弯矩为106kN·m，管桩理论重量为227kg/m，加载设备自重为3.3kN。
1.2 试验加载方式及试验加载制度
本次试验分别采用两种加载方式，其中垂直向上加载采用自锁式稳压千斤顶及配套电脑端控制程序，垂直向下加载为传统手动式千斤顶并配测力传感器。试验过程主要采集与记录桩的加载力值与裂缝发展情况。
本试验加载制度为：首先按照理论抗裂弯矩的20% 的级差由零加载至抗裂弯矩的80%，每级荷载的持续时间为3min;然后按照抗裂弯矩10%的级差加载至抗裂弯矩，观察是否有裂缝出现，并测定和记录裂缝宽度;然后按极限弯矩5% 的级差继续加载直至桩的极限弯矩，测定和记录每级荷载作用下的裂缝宽度。桩身抗裂弯矩和极限弯矩判断参考GB 13476—2009《先张法预应力混凝土管桩》确定。
2 试验装置
管桩抗弯性能试验均采用简支梁对称加载装置，支座一端为固定铰支座，一端为滑动铰支座，通过布置在千斤顶上的测力传感器实时记录控制各分级加载量。
2.1 传统垂直向下加载装置
目前大部分检测实验室采取如图（1）所示的检测装置，即垂直向下加载。图1中a为1/2加荷跨距，外径小于1.2m时且单节桩长不大于15m时取0.5m。
垂直向下加载时抗弯弯矩：
[M=P4（35L-2a）+140WL] （1）
式中：
L——管桩长度（m）;
W——管桩重量（kN）;
P——荷载（kN，考虑加载设备自重）。
2.2 改进型垂直向上加载装置
当采用垂直向上装置加载时，如图2所示。但本次试验使用电脑控制加载方式，只需检测人员观察裂缝发展情况，减少了人为操作误差。本试验的加载装置如图3所示，桩两端控制0.2L的龙骨可在基座上自由滑动，管桩长度15m以内基本都适用。
垂直向上加载时抗弯弯矩：
[M=P4（35L-2a）-140WL] （2）
式（2）中各参数同式（1）。
2.3 两种装置比较
改进型垂直向上加载装置与传统型垂直向下加载装置相比，其加载制度与荷载分级原理完全相同，但管桩吊装方面更安全、快捷，用在管桩对位上时间相对较少，观测裂缝方面更佳突出分布特征，试验垂直向上加载装置加载过程更容易判别抗裂荷载和极限荷載。
3 结语
（1）改进型垂直向上加载装置试验结果与传统垂直向下加载试验得到裂缝最大宽度结果相吻合，达到了设计预期。
（2）改进型垂直向上加载装置设计原则、加载制度等完全按照规范要求，经过试验论证，表明本文使用的垂直向上加载装置贴合实际，适用性极强。
（3）改进型垂直向上加载装置使用电脑端控制加载系统，试验效率有所提高，试验人员安全性也得到保障，观测裂缝更直接，试验数据更趋稳定，有极大的实验室推广意义。
参考文献：
[1] Nagai K. Damage to concrete piles in buildings[J].Cement and Concrete Composites，1997（3）：259～279.
[2] 胡锐.混合配筋预应力混凝土管桩抗剪及抗弯承载性能研究[D].武汉大学，2018.
[3] 郭杨，吴平，韩磊，张振华，韩支叶.复合配筋预应力混凝土管桩抗弯性能试验和数值分析[J]. 地下空间与工程学报，2019（15）：481～488.
[4] 沈琳，蔡红明，曾超峰，梅国雄，许庆平.PHC 管桩抗弯承载力研究[J].建筑结构，2018（48）：845～849.
[5] GB 13476—2009.先张法预应力混凝土管桩[S].
