PRC 管桩支架端部承载力试验研究

李杰

中国一冶集团有限公司 湖北武汉 430000

PRC 管桩具有强度高、承载力大、便于工厂化生产等特点，将其应用到管道支架中，具有施工速度快、造价低的优势．通过试验研究了PRC 管桩支架端部在集中荷载作用下承载能力、变形性能及刚度变化情况，并通过对比试验研究了套箍对管桩支架端部受力性能的影响．试验研究表明，带套箍管桩支架端部承载能力及刚度得到有效的提升，可广泛应用于管道支架结构．

1 试验方案及承载力试验

（1）试件设计。管桩支架共设计3个试件，由某建华管桩有限公司生产，分别为PRC-1400（外径400 mm，壁厚95 mm）、PRC-4500（外径500 mm，壁厚100 mm）、PRC-1600（外径600 mm，壁厚110 mm）。

（2）测点布置及现场试验。加载试验采用门反力架、200 t推力油缸及弧形支座，加载头采用固定铰支座，铰支座中心与支架端头中心重合。试验中采用IMP数采设备采集应变及位移，应变片及位移测点布置见图1 和图2 所示。

图1 管桩端部刚性试验加载图

图2 应变片布置

试验采用单调连续分级加载法，先进行预加荷载10kN，检查试验装置及仪器仪表是否工作正常．然后进行正式加载，采用20kN 进行逐级加载，每级荷载加载时间2min，加载结束后每级荷载持荷3min，再进行下一级荷载．加载到管桩支座端位移持续增加、而荷载不增加或减小时结束，并记录最大荷载。

2 分析试验结果

2.1 试验现象描述

（1）PRC-1600 管桩套箍端进行加载时，荷载达到10kN 时，发现套箍边缘与混凝土接缝处有微裂缝出现，加载到230kN 时，沿支座外侧边缘两侧各145 mm处，弧顶出现2条对称的裂缝，该裂缝是由于弯矩引起的拉裂裂缝。此后随着荷载增加，裂缝宽度及长度不断发展，且不断有新的裂缝产生。当加载到420kN 时，新增1条端部斜裂缝。此后，随着荷载增大，正截面裂缝和斜截面裂缝宽度和长度都逐渐增加。荷载达到840kN 时，斜裂缝宽度较大，支座外边缘管桩下部混凝土突然压碎，挠度急剧增大，试件破坏。非套箍端进行加载时，荷载达到26kN 时，发现套箍边缘与混凝土接缝处有微裂缝出现，加载到220kN 时，离支座边缘外侧160 mm处，出现微裂缝．当加载到240kN 时，出现第1条端部斜裂缝。此后，随着荷载增大，正截面裂缝和斜截面裂缝宽度和长度都逐渐增加，且裂缝数量逐渐增多．荷载达到680kN 时，斜裂缝迅速增大，支座外边缘管桩下部混凝土小部分突然压碎，挠度急剧增大，试件破坏。

（2）PRC-1500 管桩。PRC-1500 管桩套箍端加载时，当荷载达到110 kN时，在支座处管桩弧顶位置出现第1条裂缝，此后随着荷载增加，裂缝长度及宽带不断增加。荷载达到244 kN时，出现第1条斜裂缝．荷载达到360 kN时，弧顶裂缝逐渐发展为斜裂缝。荷载达到540 kN时，斜裂缝处已有小碎块混凝土剥落．荷载达到583 kN支座处受压混凝土压碎，管桩试件破坏，达到极限承载力。PRC-1500 管桩非套箍端在荷载作用下，当荷载达到140kN 时，管桩弧顶支座外侧100 mm处出现第1条裂缝，在荷载达到180kN 时，管桩弧顶离支座350 mm处，又出现1条正截面裂缝．荷载达到359kN 时，出现第1条斜裂缝，此后随着荷载增加，正截面裂缝及斜截面裂缝不断发展．荷载达到550kN时，支座处出现混凝土剥落现象，试件即将出现破坏，最后荷载达到559．6kN，试件达到极限荷载，支座处混凝土压碎，试件破坏。

（3）PRC-1400 管桩PRC-1400 管桩套箍端加载时，当荷载达到60kN 时，在管桩弧顶支座外侧100 mm处出现第1条正截面裂缝，在荷载达到100kN 时，在支座外侧300 mm处出现第2条裂缝，此条裂缝在荷载达到120kN 时，向斜向发展．此后随着荷载增加，裂缝宽度及长度都在增加，并出现新的裂缝。当荷载达到280kN 时，在持荷过程中，支座根部混凝土突然压碎，构件失去承载能力

2.2 开裂荷载极限荷载分析

根据PRC-1600、PRC-1500、PRC-1400 管桩两端承载力试验情况，列出环箍与混凝土裂缝处、管桩上弧顶处、斜裂缝的开裂荷载和端部承载力的极限荷载，对于PRC-1600 管桩与PRC-1500 管桩环箍与混凝土接缝处的开裂荷载环箍端小于普通端，主要是因为，环箍端的套管比普通端长得多，在同样荷载作用下，弯矩也大得多，故开裂荷载与普通端相比较小。3个管桩试件环箍端管桩上弧顶的开裂荷载与普通端开裂荷载接近，主要是因为该处的开裂是由于弯矩引起的，该处的弯矩在相同荷载作用下相等，故此处的开裂荷载接近；PRC-1600 管桩环箍端的斜裂缝开裂荷载远大于普通端斜裂缝开裂荷载，PRC-1500 管桩与PRC-1400 管桩斜裂缝开裂荷载接近。PRC-1600 管桩套箍端的极限承载力远大于普通端承载力，主要因为其剪跨比大于1小于3，属于剪压破坏，套箍的增加提高了其抗剪承载能力。PRC-1500 管桩和PRC-1400 管桩杆件直径较小，其剪跨比较大，构件破坏主要发生在支座根部的弯曲正截面破坏，套箍对其承载力影响较小。

总之，管桩端部套箍的设置，增加了对管桩端部混凝土的约束，增大了端部刚度和端部的抗剪承载能力，提高了管桩支架的安全性和可靠性。