上海中技樁業(yè)股份有限公司高軍峰

　　1  引言

　　自法國工程師E·弗萊西奈用高強度鋼絲建成預應力混凝土結構之后，預應力混凝土迅速發(fā)展，而奧地利工程師F·安波哥(Fricz.Emperger)則開辟了部分預應力的先河。部分預應力構件具有預應力和非預應力構件的共同優(yōu)點，即具有很好的力學性能，又具有良好的變形性能，因此具有較高的抗震能力，可在地震設防烈度較高的地區(qū)推廣應用。此外，該類產(chǎn)品具有較好的抗水平力能力，可在基坑圍護、堤壩工程、邊坡工程中應用。

　　到目前為止，國內(nèi)外很多專家學者在建筑各個領域?qū)Σ糠诸A應力構件進行了全方位、多角度的研究和論證。

　　在國外，尤其是地震多發(fā)國家，部分預應力構件因其良好的抗震性能已得到廣泛應用，比如在日本，有關建筑行業(yè)協(xié)會已就部分預應力樁進行了大量研究并開發(fā)出部分預應力管樁即PRC樁，如圖1所示。

圖1 PRC樁配筋圖

　　長江拓也等人在日本建筑學會構造系論文集“KFRZ杭の耐震性能に及ぼす軸方向異形鉄筋と橫補強筋の影響”一文中研究了橫向配筋對KFRZ樁抗震性能的影響，得出橫向配筋率的提高可提高樁體耐震性，增強樁體的破壞后性能^{[1、4、5]} 。

　　岸田慎司和青島一樹等學者分別在“KFRZ杭の曲げ性狀に及ぼす軸方向異形鉄筋量と橫補強量の影響”和“KFRZ杭の靱性付加方法に関する研究”中論述了通過實驗方法對KFRZ樁進行變形和力學性能的研究，并通過包絡線和吸收能量的角度分析了KFRZ的橫向補強筋和縱向非預應力筋的作用，可以起到很好的借鑒作用^[2、3] 。

　　近年來，國內(nèi)部分科研院校及企業(yè)對部分預應力管樁做了一些研究，比如浙江大學和浙東建材集團有限公司等，并取得了相應成果。

　　綜合國內(nèi)外經(jīng)驗，尤其是國外地震多發(fā)地區(qū)經(jīng)驗，部分預應力樁較之預應力樁，具有較好的抗震性能，適合抗震設防烈度較高地區(qū)使用，可為建筑物安全性、抗震性提供更充分的保障。

　　2  產(chǎn)品設計與分析

　　以《混凝土結構設計規(guī)范》（ GB 50010-2010）為基礎，結合《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》（GB/T 50476-2008）、《建筑抗震設計規(guī)范》（GB 50011-2010）等規(guī)范、標準，引用材料力學等經(jīng)典力學原理，結合國內(nèi)外先進的研發(fā)設計理念對研發(fā)新樁型進行力學、材料學分析。在此基礎上進行了部分預應力混凝土空心方樁等樁型設計。

圖2 部分預應力空心方樁配筋圖

　　通過技術攻關，主要開發(fā)出外邊長為300mm、325mm、350mm、375mm、400mm、425mm、450mm、475mm、500mm等不同外變長的部分預應力混凝土空心方樁型號及對應的生產(chǎn)工藝。

　　結構設計人員在分析各相關規(guī)范、標準、力學公式的基礎上，聯(lián)合軟件開發(fā)公司開發(fā)出部分預應力混凝土空心方樁力學性能計算軟件，為研發(fā)新樁型奠定了基礎，界面如圖3所示。

圖3 預應力離心空心方樁

　　3  產(chǎn)品測試與分析

　　為加強產(chǎn)品測試數(shù)據(jù)的可靠性和準確性，我們委托國家水泥混凝土制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對部分預應力混凝土空心方樁進行檢測。[Page]

　　試驗樁型混凝土強度等級為C60，預應力PC鋼棒PCB-1420-35-HG符合《預應力混凝土用鋼棒》GB/T5223.3中規(guī)定，螺旋筋采用乙級冷拔鋼絲，標準采用《混凝土制品用冷拔低碳鋼絲》JC/T540，非預應力筋采用HRB400螺紋鋼，直徑φ10和φ18，符合《鋼筋混凝土用鋼 第2部分：熱軋帶肋鋼筋》（GB1499.2-2007）有關規(guī)定并做了進廠檢驗。

　　試驗主要測定部分預應力混凝土空心方樁的抗彎性能，并對其變形性能進行綜合的測定，在此基礎上分析其抗震及抵御不可抗力作用的能力。試驗按照《預應力混凝土空心方樁》JG197-2006推薦檢測方法進行抗彎檢測，對我們研發(fā)的邊長為300mm、400mm、500mm的新樁型進行抗彎檢測。

　　試驗中部分預應力混凝土空心方樁表現(xiàn)出極好的變形能力，主要體現(xiàn)為撓度的改變，和裂縫條數(shù)增加及均勻擴展，具體詳見表1、及圖5、圖6。

　　與此同時，在試驗過程中測得部分預應力混凝土空心方樁和預應力混凝土空心方樁在裂縫開展范圍上有較大不同，預應力混凝土空心方樁方位一般為中心點向外1000mm左右，而部分預應力混凝土空心方樁裂紋范圍最高可達到2400mm，進一步證明了其良好的變形性能。

　　為進一步分析部分預應力混凝土空心方樁抗震性能，結合力學和變形特征，分析樁體在破壞力作用下吸收能量的能力，繪制力-撓度曲線，曲線和橫軸包圍面積即為樁體在破壞力作用下吸收能量，詳見圖7。

　　另外，試驗樁達到極限抗彎強度后繼續(xù)加載直至破壞，主要破壞形式為預應力鋼筋斷裂，破壞后因變形回彈，荷載降低，穩(wěn)定后繼續(xù)加載，測得該產(chǎn)品殘余強度較高，破壞后抗彎能力可達到極限抗彎強度的85%左右，具有較好抵御再破壞能力。

　　經(jīng)試驗分析，部分預應力離心空心方樁在抗震、變形、力學性能上優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三個方面：

　　1）抗震能力：主要表現(xiàn)為可吸收更多的地震能（即破壞能），以對比樁為例，可達到原來樁型的3～4倍；

　　2）變形性能：主要體現(xiàn)在裂縫和撓度兩個方面，部分預應力離心空心方樁在裂縫數(shù)量和裂縫開展方面都具有良好的性能，增加裂縫數(shù)量從而延緩裂縫寬度的和縱向的開展；撓度方面，依據(jù)本次試驗結果，在非預應力比例較小情況下，最大撓度得到較為明顯的提高，非預應力比例加大，構件抗彎剛度得到大幅度提高，撓度相對減小；

　　3）力學性能：計算和試驗表明配有HRB400φ10的400(240)A-10-12極限彎矩為原來樁型的139.8%，配有HRB400φ18的400(240)A-18-12極限彎矩為原來樁型的222.3%，提高幅度較為明顯。[Page]

　　4  制作工藝

　　部分預應力離心空心方樁和部分預應力管樁均采用原預應力樁生產(chǎn)線，在生產(chǎn)過程中積累了較為豐富的經(jīng)驗，在此基礎上調(diào)整了部分工藝并對原有設備進行了局部改造，主要為滾焊工藝的改造，增加了非預應力筋滾焊工藝，提高了生產(chǎn)效率，如圖8所示。

　　5  應用與推廣

　　我們開發(fā)出的部分預應力混凝土空心方樁理論依據(jù)合理，試驗檢測認證充分，該類型產(chǎn)品具有較好的抗震、變形和力學性能，可在抗震設防烈度較高的地區(qū)推廣使用，具有很好的市場推廣價值。

　　部分預應力混凝土空心方樁進行了一些工程應用，取得了良好的效果，企業(yè)也獲得了相應的效益。

　　目前，在一些地區(qū)預應力混凝土管樁在適用范圍進行了一定調(diào)整，應用區(qū)域受到一定限制（如抗拔樁和一些抗震地區(qū)），且整個行業(yè)競爭激烈，企業(yè)必須通過加強市場開拓提高自身競爭力，在這個條件下，部分預應力混凝土預制樁的開發(fā)是個不錯的方向，值得借鑒。

　　6  小結

　　通過以上分析可以得出：

　　1）部分預應力離心空心方樁產(chǎn)品的開發(fā)具有很好的理論依據(jù)和現(xiàn)實基礎。

　　2）通過部分預應力離心空心方樁抗彎能力的計算和試驗檢驗，進一步驗證了部分預應力離心空心方樁較預應力離心空心方樁有很好的抗震能力，變形性能突出，力學性能較好；該類型構件破壞后殘余強度較高，具有一定的抵御再破壞能力，可在地震設防烈度較高地區(qū)使用。

　　3）部分預應力離心空心方樁生產(chǎn)工藝成熟，在對原有生產(chǎn)線進行工藝調(diào)整和設備改造的基礎上，實現(xiàn)了部分預應力離心空心方樁的規(guī)?；a(chǎn)。

　　4）部分預應力管樁的開發(fā)與部分預應力離心空心方樁同步，依據(jù)同樣的規(guī)范、標準，進行研發(fā)、設計和產(chǎn)品定型，并在同等條件下進行計算和制作，確保開發(fā)出的部分預應力管樁具有同等優(yōu)越的抗震、變形和力學性能，從這個層面上來講，部分預應力管樁具有同等的市場推廣價值。

　　參考文獻

　　[1] 長江 拓也，岸田 慎司，香取 慶一，林 靜雄 KFRZ杭の耐震性能に及ぼす軸方向異形鉄筋と橫補強筋の影響,日本建筑學會構造系論文集 (538), 123-129, 2000-12-30；

　　[2] 岸田 慎司，松浦 康人，長江 拓也，香取 慶一 ，林 靜雄 KFRZ杭の 曲げ性狀に及ぼす軸方向異形鉄筋量と橫補強量の影響 : その2. 変形性能と履歴性狀，學術講演梗概集. B-1, 構造I, 荷重?信頼性,応用力學?構造解析,基礎構造,シェル?立體構造?膜構造 2000, 813-814, 2000-07-31；

　　[3] 青島 一樹，真島 正人，長瀧 慶明，是永 健好，KFRZ杭の靱性付加方法に関する研究 : その1 中空部充填効果について，學術講演梗概集. B-1, 構造I, 荷重?信頼性,応用力學?構造解析,基礎構造,シェル?立體構造?膜構造 1999, 563-564, 1999-07-30；

　　[4] 長江 拓也，岸田 慎司，香取 慶一 ，林靜雄，せん斷破壊性狀が卓越する KFRZ 杭の強度と変形性能 : 長期軸力作用下における場合，日本建筑學會構造系論文集 (559), 205-210, 2002-09-30；

　　[5] 長江 拓也 , 岸田 慎司 , 柳瀬 高仁 , 香取 慶一 , 林 靜雄，KFRZ杭の耐震性能と橫補強筋量の関系 : 杭徑および軸力が異なる場合，日本建筑學會構造系論文集 (551), 95-102, 2002-01-30。