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预应力矩形桩在基坑支护中作用机理与计算

1.4主要研究内容及意义

目前预应力矩形支护桩在天津等个别城市有一定的应用，但应用还是相对较 少。传统的基桩两个主轴方向的承载力相同，但对于基坑工程中，其两方向所受 的力是不同的，支护桩的纵向与横向方向的水平力有很大差异，两个方向巨大差

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HG/T 2745-2012 2-羟基-3-萘甲酸2.1预应力矩形桩的设计计算方法

2.1.1混凝土的有效预压应力计算

2.1.1.1预应力损失计算

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

式中：n 代表松弛系数，为2.5%

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公式中：mm一表示放张后混凝土预压应力，N/mm²

2.1.1.2混凝士有效预压应力

1、预应力放张以后钢筋拉应力为α（N/mm²）

f,，一表示抗拉强度，N/mm²; Ap、A。一分别表示钢筋、管桩混凝土横截面积，mm²； n'一表示预应力筋与放张时混凝土两方面弹性模量之比 2、预应力筋的有效拉应力pc（N/mm²）

3、预应力矩形桩混凝土的有效预压应力ce（N/mm²）

A, ce 1+n

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注：（a）公称直径：设计采用的直径，按有效面积换算成圆的直径，本文均用公称直径表 示； （b）基本直径：钢筋的外接圆直径： （c）公称截面积：横截面面积等于圆形光面钢筋公称直径的面积，本文均按公称截面 积计算。

2. 1.2.2 矩形支护桩截面特征

矩形支护桩的截面换算计算：

2.1.2.3桩身抗裂弯矩计算

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

/3元 h D 3 = O

文献[25]对95根管桩测抗裂弯矩的研究及HKFZ/KFZ先张法预应力混凝土空 心方桩图集指出抗裂弯矩计算公式：

M.. =(o.. +YY2fi)yW

公式中：M.r一表示桩身抗裂弯矩； αce一表示桩身截面混凝土有效预压应力； Y1,2,Y3一分别表示混凝土构件的截面抵抗矩塑性影响系数、离心工艺系数 制作偏差截面抵抗矩增大系数；在这里设定%取1.35,取1,%取1； 一表示桩身混凝土抗拉强度标准值； W。一表示桩换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩。

2.1.2.4极限弯矩计算

由上面矩形桩截面特征分析，计算弯矩计算按照工字型截面计算： 1、如果受压区高度x≤h，应该根据宽度作为受压翼缘来运算宽度b，的矩 形截面（b=b,):

2、当受压区高度x>h,时，应按照下式计算：

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式中：M一抗弯弯矩（kN·m）； 取0.94； fck一混凝土轴心抗压强度设计值（MPa）； p。一受压区纵向预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力 钢筋应力（MPa）； bf、hj一分别表示I形截面受压区翼板宽度与翼缘高度（mm）； fpy一预应力钢筋抗压强度设计值（MPa)；b一I形截面的腹板宽度（mm)； A、a，一分别表示受压区纵向预应力钢筋截面面积、合力点至截面近边的 距离（mm）; x一混凝土受压区高度（mm）；h一截面有效高度（mm）。 3、极限弯矩（M.）

2.2预应力矩形桩试验

2.2.1试验变量的选取

2.2. 1. 1 内径大小

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

2.2.1.2布筋方式

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2.2.2试验方案设计

2.2.2.1试验方案设计

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

1、加载方案 步骤1：需要加载至开裂弯矩百分之八十（加载过程需要根据开裂弯矩的百 分之二十的级差），此外，对于每级荷载而言，各个持续时间均是180秒；随后 还需要加载至开裂弯矩的百分之百（加载过程需要根据开裂弯矩的百分之十的级 差），当然，180秒依然是每级荷载的持续时间，还需要仔细观看内部能否存在裂

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缝的产生，最终需要实际测定，并且裂缝的宽度还需要实际记载。 步骤2：倘若，在开裂弯矩的百分之百时未曾产生裂缝，那么，则必定要加 载至裂缝出现（在加载过程需要根据开裂弯矩的百分之五级差），此外，180秒同 样是每级荷载的持续时间。最终需要进行实际测定，并且将裂缝宽度如实记载下 来。 步骤3：在此步骤中，需要加载至如下三种情况（均是根据极限弯矩的百分 之五级差继续加载的）就开始让观测数据这一过程开始停止，此外，180分钟仍 日为每级荷载的持续时间，过后需要对各个现象进行观测，最终记录相应的数据。 （说明：记录受拉区混凝土裂缝宽度达到0.2mm、0.3mm、1mm时的荷载值；若 为第一种情况，则可继续加载，直至达到第二种或第三种的情况之一为止，但无 须继续观测裂缝宽度，只记录最终的荷载值。） 情况一：达至0.15cm的受拉区混凝土裂缝宽度； 情况二：被拉断的受拉钢筋； 情况三：被破坏的受压区混凝土。 2、确定极限荷载与确立开裂荷载 开裂荷载：止当处于加载过程中首次呈现出裂缝时，被当作开裂荷载的实测 值是前一级荷载，倘若于规定的荷载持续时间中首次呈现裂缝的时候，应当选取 前一级荷载和本级荷载的平均数值当作开裂荷载的实测值；此外，正当规定的荷 载持续时间完结之后首次产生裂缝之时，被当作开裂荷载实测值是本级荷载。 极限荷载：正当于规定的荷载持续时间完结之后出现第三步所列情况其中之 时，此时极限荷载实测值必定为荷载值，而正常处于加载过程中呈现如上三种 情况之一时，前一级荷载值应当被用于作为荷载实测值，此外，若正当于规定的 荷载持续时间中呈现如上三种情况之一时，应取本级荷载值与前一级荷载值的平 均值作为极限荷载实测值。 3、试验过程观测要求 桩上划分100x100mm的网格，在整个试验流程中，需要精确地观测每一根 试验桩，而相应的准确数据如下所示： （1）管桩初始的裂缝的荷载与位置需要仔细观察，同时，有关斜裂缝的荷 载与位置也需要仔细观测，并且在描绘裂缝的时候需要使用到黑板笔，用途是标 出相应的荷载值； （2）主裂缝位置和方向。 4、桩身查矩的计算

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

式中：M为桩跨中弯矩值(kN·m)；W为桩重(kN)；L为支护桩长度(m); P为集中荷载（应考虑加载设备重量）。

2.2.2.2测试内容

2.2.3试验结果及分析

2.2.3.1试验破坏形态及主要试验结果

通过8根矩形支护桩的抗弯试验，观察到所有试验桩的破坏规律和变形特点 基本一致。加载初期跨中挠度缓慢增长，加载到计算开裂弯矩对应荷载值附近， 桩身跨中首先出现一条裂缝，继续加载在桩身其他位置裂缝基本呈现关于跨中对 称的裂缝，且已出现裂缝位置的裂缝继续开展，裂缝长度和宽度逐渐增加，同时

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上图（a），（b）是短边配筋，配筋分别为9.0mm、10.9mm。对于1#号桩， 从开始加载至桩身破坏，共出现8条可见的裂缝。第一条裂缝（裂缝（1））出现 在施加62.71kN荷载过程中，取其前一级加载荷载对应的弯矩80.65kN·m为开裂 弯矩。由于跨中部分弯矩最大，裂缝最先从跨中位置附近出现，随着荷载的增加 逛身裂缝深度不断延伸，且远离跨中的位置也逐渐出现裂缝。2和1井相比裂 缝条数明显增加，且出现裂缝的范围也明显变宽。这主要是因为两根桩的开裂弯 矩差别不大，极限弯矩相差较大，2#极限弯矩较大，在达到相应桩身开裂弯矩 后，2#桩加载的荷载级数及最终数值较大，产生较多弯矩；同时也可以看出，增 加钢筋直径（或增加配筋率）用利于混凝土材料性能的发挥

2.2.3.2试验结果分析

第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性

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从图中可以看出，相同荷载作用下，桩身挠度呈现抛物线形状，跨中挠度最 大，支座处挠度接近于零；随着荷载的增加桩身挠度不断增加，但在加载后期挠 度增加速度明显高于加载初期，这是因为桩身混凝土受力出现裂缝，桩身刚度下 降。

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NB/T 25073-2017 氢冷发电机供氢系统防爆安全验收导则9不同内径挠度弯矩曲

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在生产过程中设置三种配筋直径：9.0mm、10.7mm、12.6mm供不同工程选择。

2.3数值模拟结果分析

2. 3. 1 模型创建及验证

GB/T 30202.1-2013 脱硫脱硝用煤质颗粒活性炭试验方法 第1部分 堆积密度第2章预应力矩形桩构件的受力和变形特性