中心布置无粘结预应力钢筋的高强预应力混凝土桩弯曲试验研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com中心布置无粘结预应力钢筋的高强预应力混凝土桩弯曲试验研究边兆军，徐飞萍，陈仁山，杨则英，赵煜41中心布置无粘结预应力钢筋的高强预应力混凝土桩弯曲试验研究编译边兆军，徐飞萍。陈仁山，杨则英。，赵煜(1．山东高速股份有限公司济南黄河大桥管理处，山东济南250014；2．山东大学土建与水利学院，山东济南250061)摘要：在分析轴向力对桥梁桩基应变影响规律的基础上，提出在钢筋混凝土桩横截面中心布置无粘结预应力钢筋(新型桩)以提高桩的抗弯承载能力。为了解新型桩的抗弯性能，制作17根新型桩并对它们进行弯曲试验。分析新型桩的力学特性发现

2、：即使在弯矩作用下纵向钢筋屈服，桩的中性轴也在不断地靠近其形心轴，由于预应力钢筋对桩产生较大的轴向压力，使得受压区混凝土对提高桩的抗弯强度的贡献增加；高强螺旋箍筋、碳纤维布和填充混凝土对混凝土的约束作用提供了足够大的侧向约束力，使得桩的抗弯强度大大提高。室内弯曲试验结果表明，提出的用碳纤维布约束及混凝土填充的预应力钢筋混凝土桩比传统的混凝土预制桩抗弯承载力大。基于研究结果提出了确定新型桩弯矩～曲率关系的解析方法。研究证明，如果采用这种新型桩基础，即使建在易发生液化的软土地基上，桥梁结构在设计地震荷载作用下仍有可能保持完好。关键词：桥梁工程；预制桩；高强混凝土；

3、预应力钢筋；碳纤维布；抗弯强度；弯曲试验中图分类号：U448；U443．159文献标志码：A文章编号：1671—7767(2013)02—0041—081引言区横截面面积增大，提高了桩的抗弯强度。该新型在混凝土桥梁的抗震设计中，塑性铰应布置在桩的混凝土抗压强度为100MPa，纵向钢筋屈服强桥墩底部，而非桩基础上，以保证桥梁在经历大地震度为700MPa，横向钢筋屈服强度为1450MPa，粘后能够修复。然而，如果混凝土桥梁建在易发生土贴碳纤维布以防止混凝土保护层脱落。为进一步了壤液化的地层(如软土)之上，发生大地震时桩基础解该新型桩的弯曲特性，制作试验桩并对其进行

4、弯的破坏仍难以避免。如1995年日本神户地震时，建曲试验，基于研究结果提出确定这种新型桩弯矩～在吹填地基上的很多混凝土预制桩基础结构物就遭曲率关系的解析方法。到了严重的破坏。基于三维数值模拟，Uzuoka等人需L厂、～～／、轴提出在大地震中置于液化土层中的预制混凝土桩基～篙础破坏原因是桩的抗弯强度和延性不足。因此，为应变了最大限度地保持结构震后的可靠性，同时尽可能减少桥梁的维修费用，应增加打人液化土层的预制～厂～～——～：!!!垩曼望竺窒奎L——1一混凝土桩的抗弯强度和延性。蓊L、、～竺—重在日本，大部分桥梁的桩基础由于恒载引起的轴向应力应变轴向应力轴向力很小

5、，随着弯矩增加中性轴会逐渐靠近截面受压边缘。因此，即使这些桩使用的混凝土抗压强度在100MPa以上，也无法使桩的抗弯强度得到提图1桩轴向力对应变分布的影响高。本文提出一种提高钢筋混凝土桩抗弯强度的新方法，即在钢筋混凝土桩横截面中心布置无粘结预2试验桩设计、制作及力学特性应力钢筋如图1所示，在较小轴向力作用下，由于表1为试验桩的材料性能。图2为试验桩的横存在无粘结预应力钢筋，与传统的钢筋混凝土桩相截面示意。水泥采用普通硅酸盐水泥；粗集料采用比，新型桩的中性轴更接近形心轴。因此桩的受压碎石，最大粒径G⋯为15mm。利用离心力形成的收稿日期：2012—05—16基金

6、项目：山东大学自主创新基金(2010TS086)；山东交通科技创新计划项目(2012Y21)编译者简介：边兆军(1971)，男，高级工程师，1995年毕业于山东大学公路与城市道路专业，工学学士(E—mail：zhaoyu4219216@126．com)。学兔兔www.xuetutu.com42世界桥梁2013，41(2)注：Type—A为在等弯矩区+150mm范围内粘贴碳纤维布；Type—B为在整个桩长范围内粘贴碳纤维布。(a)使用直径32舢预应力钢筋的桩(D4—1)(b)使用直径40film预应力钢筋的桩(D4—14)单位：Ill图2试验桩的横截面示意混凝土

7、空心桩(Con-A)所使用的混凝土中加入了硅应力钢筋直径的大小，Con—A的平均厚度通过测量灰以获得高强度，同时便于操作，也能减少离析现象成型的空心桩得到。直径为32mm和40mm的无粘的发生。大流动性混凝土用来填充混凝土填充区域结预应力钢筋的屈服强度分别为1150MPa和1230(Con—B)。共制作17根试验桩，每根长4000mm，MPa。碳纤维布的抗拉强度为4620MPa。直径400mm。制作试验桩的同时成型3个圆柱试制作工艺为：首先利用离心力成型高强混凝土件，每个圆柱试件半径为100mm，高为200mm。空心桩，离心力作用时间为15．5min，空心桩经

8、过试验桩试验的同时测试相应圆柱试件的抗