独柱式四桩承台破坏模式及抗裂性能的试验研究.docVIP

 独柱式四桩承台破坏模式及抗裂性能的试验研究 Ξ 健1 龙佩恒1 张连普2 刘庆仁2 王 ( 11 土木工程系 ,北京 100044) ( 21 北京市政设计研究总院 ,北京 100035) 摘 要 : 通过模型试验研究 ,确定了独柱式四桩承台的破坏模式和力学计算模型 ,在分析试验结果的基 础上 ,提出了改善承台混凝土抗裂性能的技术措施及方法. 研究结果对城市桥梁现行的独柱式四桩承台 设计方法的改进具有一定的指导意义 . 关键词 :桩基 ;承台 ;模型 ;抗裂性 中图分类号 : U 443 . 2 文献标识码 :A 和改善抗裂性能的技术方法 ,试验结论对现行的承 台设计方法的改进具有一定的指导意义. 0 引言 桩基承台是将桩基础和桥墩连接为整体并将桥 梁上部荷载传递给桩基的重要构件. 承台受力复杂 , 影响因素很多 ,在工程设计中采用何种计算模式对 计算结果影响很大 ,并直接影响结构的安全使用. 目 前国内外采用的计算方法有 : 我国桥梁设计规范采 用“桁架法或深梁法”,美国和前苏联采用“以板梁理 论为基础的受弯构件计算方法”,英国和加拿大采用 “桁架 (拉压杆) 力学模型”等 . 独柱式四桩承台作为 城市桥梁广泛采用的承台结构形式 ,其特点是承台 所受墩柱作用荷载大 ,桩间距和桩柱间距小的特点 , 其受载破坏模式与常用桩基承台的计算方法存在一 定的差异 ,目前 ,独柱式四桩承台的破坏模式尚没有 确定的力学模型 ,如何确定其力学模型一直困扰着 设计人员 ,致使在设计过程中只能采用最保守的计 算模式 ,以确保设计的安全性 ,在一定程度上存在材 料浪费的问题 ,同时承台开裂后 ,钢筋混凝土结构的 耐久性是影响其使用寿命的关键 ,特别是埋于地下 的混凝土结构受地下水和腐蚀性物质的侵蚀 ,混凝 土材料退化 、钢筋锈蚀问题将进一步加剧混凝土裂 缝的扩展. 因此 ,提高混凝土结构的抗裂性能对改善 承台使用性能延长结构的使用寿命具有重要作用. 针对这一问题 ,本文进行了独柱式四桩承台破坏模 式及抗裂性能的试验研究 ,以确定其力学计算模式 1 模型试验 111 模型尺寸 实验模型与原型几何比例为 1/ 4 ,模型尺寸 、平 面及立面图如图 1 、2 所示. 112 模型材料 承台模型分别采用普通混凝土和钢纤维混凝土 材料 。(见表 1) 113 实验加载方法 将出现肉眼可见 ( 约 0 . 002 mm) 裂缝时荷载定 义为初裂荷载 ,将裂缝达到 0 . 2 mm 时的荷载定义为 开裂荷载 ,将加荷至试件变形无法稳定 、无法持荷而 卸载时所达到的荷载定义为极限荷载 . 每一个承台模型在实验加载前首先读取钢筋和 混凝土应力测点初读数. 加载级差为 200 kN ,通过现 场观测与实验监控 ,初期裂缝产生之后加载级差改 为 100 kN ,直至终极荷载 3 000 kN 或承台完全破坏. 加载情况如图 3 、4 所示 ,利用油压千斤顶加压 , 模拟墩底垂直力荷载. 在各级荷载下 ,用静态电阻应 变仪量测混凝土及钢筋测点的应变值 ,用放大镜量 测裂缝宽度值 ,并记录裂缝开展与分布情况及模型 初裂荷载 、开裂荷载及极限荷载值. 图 1 承台平面图( cm) 图 2 承台立面图( cm) 表 1 承台模型材料 承台底层配筋 ( mm2 / m2 ) 外形尺寸 ( m) 承台编号 承台材料 宽 高 配筋率 主筋及局部加强配筋及方式 底层为 19Φ12 、桩顶 6Φ12 钢筋 底层为 19Φ12 、桩顶 6Φ12 钢筋 底层为 19Φ12 、桩顶 6Φ12 钢筋 普通混凝土 普通混凝土 普通混凝土 1 2 3 1 . 35 1 . 35 1 . 35 0 . 55 0 . 55 0 . 55 35 . 06 35 . 06 35 . 06 第一组 底层为 19Φ12 底层为 19Φ12 4 5 1 . 35 1 . 35 0 . 55 0 . 55 21 . 49 21 . 49 普通混凝土 普通混凝土 第二组 6 1 . 35 0 . 55 21 . 49 底层为 19Φ12 钢纤维混凝土 第三组 7 1 . 35 0 . 55 21 . 49 底层为 19Φ12 钢纤维混凝土 图 3 承台加载图示 图 4 加载过程 2 承台的破坏模式 面下方率先出现裂缝 ,裂缝宽度为 0 . 02 mm. 裂缝扩 展到承台厚度的 1/ 5 左右 ,如图 5 、6 . 加载达到2 000 kN 时 ,承台四个侧面均出现裂缝 ,裂缝扩展到承台 厚度的 2/ 5 ,裂缝宽度 0 . 05～0 . 1 mm. 承台底面裂缝 211 第一组模型 当加载吨位至 1 600kN 时 ,在相邻桩间承台侧 由边缘向中心方向发展