钢纤维高强混凝土三桩承台承载力影响因素分析.pdf
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1、2 0 1 1年 第 1 1期 (总 第 2 6 5 期 ) Nu mb e r 1 1 i n2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 5 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HEORETI CAL RES EARCH 钢纤维高强混凝土三桩承台承载力影响因素分析 雷杰,高丹盈 ,海慧 ( 郑州大学 水利与环境学院,河南 郑州 4 5 0 0 5 2 ) 摘要: 通过 1 0 个钢纤维高强混凝土三桩承台试验, 结合对钢纤维高强混凝土三桩桩基承台受力性能的研究, 对承台开裂荷载和极限 承载力的主要影响因素混凝土强度、 钢纤维体积率、 承台有效厚度、 配筋率及钢纤
2、维类型进行了深入分析。 研究表明: 随着混凝土强度、 钢 纤维体积率、 承台有效厚度的增加, 三桩承台的承载力有明显的提高, 同时配筋率和钢纤维类型对三桩承台承载力也有一定影响。 研究成 果对于建立钢纤维高强混凝土承台承载力计算公式, 完善 纤维混凝土结构技术规程 具有重要意义。 关键词: 钢纤维 ;三桩承台;高强混凝土;承载力;影响因素 中图分类号 : T U5 2 8 0 l 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 1 - 0 0 5 3 0 3 Ana l ys i s on t he i n f l ue nc e f a c t
3、or s of be ar i ng c a pa cit y of t he s t e el f i b er r e i n f or c e d hi g h s t r eng t h c onc r e t e t hr e e -pi l e c aps L EI:l i e , GAO Da n - y i n g, HAl Hu i ( C o l l e g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n dE n v i r o n me n t E n g i n e e r i n g , Z h e n g z h o uU n i
4、 v e r s i t y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 5 2, C h i n a ) Abs t r a c t : By t h e e x p e r i me n t s o f 1 0 mo d e l s pe c ime ns o f s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d h i s t r e n g t h c o nc r e t e t h r e e - p i l e c a p s , t h e me c h a ni c a l b e h a v i o r and t h e i mp
5、o a ant f a c t o r s o n t h e c r a c k i n g l o a d and u l t i ma t e b e a r i n g c a p a c i ty o f the s t e e l fibe r r e i n f o r c e d h i 曲 s e n g t h c o n c r e t e t h r e e p i l e c a p s we r e s t u d i e d I t i n d i c a t e s t h a t wi t h the i n c r e a s e s o f c o nc
6、r e t e s e n g t h, the v o l u me f r a c t i o n o f s t e e l fi b e r , the e ffe c t i v e thi c k n e s s a n d r e i n f o r c e me n t r a t i o o f p i l e c a p , the b e a r i n g c a p a c i ty o f t h r e e p i l e c a p s i mp r o v e s l a r g e l y a n d the t y p e o f s t e e l fi
7、 b e r h a s a l s o r e ma r k a b l e e ff e c t s o n the b e a r i n g c a p a c i ty , wh i c hp r o v i d e s the e x p e r ime n t a l b asi s an d t h e the o r e t i c s u p p o r t f o r c a l c u l a t i n gl o a d c a p a c i t y T h i s a c h i e v e me n t h a s a r e f e r e n c ef o
8、r t h e t e c h - n i c a l s p e c i fic a t i o n f o r fib e r r e i nf o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e K e y wo r d s : s t e e l fi b e r ; t hre e p i l e c a p s ; h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e ; b e ari n g c a p a c i ty; in fl u e n c e e ff e c t s 0 引言 由于桩基础具有承载力高、
9、能减少地基不均匀沉降和抗震 性能好等优点 , 高强混凝土构件具有较高的强度和刚度 , 结构 自 重轻, 材料致密坚实 , 抗渗性能和抗冻性能等也优于普通强 度混凝土【1 , 因此, 在近年来的高层、 超高层建筑中, 高强度桩基 础受到关注并被采用。 承台作为桩基础中承上启下的关键受力 构件 , 一直受到工程和科研界的关注和研究 , 但研究对象几乎 都针对于普通强度混凝土承台, 对高强及纤维高强混凝土桩基 承台的研究是一个现实而崭新的课题。 本研究是郑州大学开展的 钢筋高强纤维混凝土桩基承台 受力性能研究 的一部分 , 通过观察和记录不同条件下承台裂 缝的开展与分布, 承台底部中点挠度 、 侧边
10、混凝土应变和底部 受拉钢筋应变等, 对纤维高强混凝土三桩桩基承台承载力及其 主要影响因素混凝土强度 、 钢纤维体积率 、 承台厚度 、 配筋率、 钢纤维类型等进行了试验研究和理论探讨, 研究结果对扩大高 强纤维混凝土在桩基承台中的应用 , 完善 纤维混凝土结构技 术规程 有重要的理论意义和实用价值。 1 试 验 概 述 1 1 试件制作 三桩承台试件共制作 l 0个 , 模型比率为 1 : 5 , 截面尺寸采 收稿日期: 2 0 1 1 5 _ 0 4 基金项目:高等学校博士点基金项 目( 2 0 0 6 0 4 5 9 0 0 5 ) 用边长 8 3 1 玎 n的等边三角形, 桩的中心距为
11、4 5 0 m m, 承台厚 度 2 0 0 - 4 0 0 i n m, 除承台C T 3 4 1 采用 C 4 0 、 C T 3 4 3采用 C 8 0 , 其 余构件均采用 C 6 0 钢筋混凝土 , 采用 4 2 5 级或 3 2 5 级( 仅用于 C 4 0混凝土) 普通硅酸盐水泥、 中砂、 1 0 - 2 0mm碎石制成 , 钢纤 维为佳密克斯钢纤维, 将其乱向掺入混凝土基体。 承台底部采 用板带配筋方式, 钢筋采用 HR B3 3 5级螺纹钢筋, 钢筋直径为 ,1 2 、 1 4 、 +1 6 。 短柱采用截面尺寸为 1 5 0 mmx l 5 0 mmx l 5 0 mm 的
12、钢筋混凝土方柱 , 柱头配置 4 +1 2 纵筋( H R B 3 3 5级) , 短柱与 承台整浇在一起。 桩用直径 1 1 0 m l T l 的圆钢轴模拟 , 圆钢轴顶 部嵌入承台试件 1 0 ton i 。 承台底部保护层厚度为 4 0 mlT l , 其他 部位保护层厚度为 2 5 m 。 混凝土采用机械搅拌, 自然养护。 模板采用竹胶加厚高强模板。 制作试件时 , 每拌混凝土分别留 1 5 0 mmx l 5 0 mmx l 5 0 mi l l 立方体的试块 1 组, 钢筋分别留试样 以测定其材性( 实际屈服强度和极限抗拉强度) 。 试验主要考虑 了承台厚度、 钢纤维体积率、 混
13、凝土强度等级、 配筋率等 4 类主 要变化参数, 共 4个系列, 试件总计 l 0个( 见表 1 ) 。 承台平面布 置及配筋示意图见图 1 ( 以底部纵筋配置 4 b 1 2为例) 。 1 2 试验装置及测试方法 整个试验系统由加载装置、 应变测量装置和数据采集装置 组成。 加载装置为郑州大学 1 0 0 0 t 微机控制电伺服长柱压力试 验机。 承台的开裂荷载和极限荷载, 由压力机读取数据。 用静态 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 1 承 台平面布置及配筋示意图( 单位 : mm) 表 1 钢纤维高强混凝土三桩承台的主要试验参数及试验数据表 注
14、为混凝土基体立方体抗压强度; p 为底部纵向钢筋配筋率; 为钢纤维体积率; 为试件的开裂荷载; 为试件的极限荷载; W h 。 为承台 的距 厚 比, 其中 为桩 中心至最近柱边的水平距离 , h 。 为承台有效高度。 电阻应变仪测定钢筋和混凝土的应变值及构件。 数据由应变仪 接微型计算机采集、 输出。 用百分表测定承台跨中挠度。 采用逐 级加载方式 , 试件承受的最大荷载按照现有承台规范规程公式 进行估算, 每级荷载增量为预估破坏荷载的 1 0 1 5 , 在构件 开裂后减半, 每级加荷后持荷 3 5 mi n , 观察记录裂缝开展情况, 采集荷载、 挠度、 应变量等观测量。 1 3 试件参
15、数及试验结果 试验实测参数与主要试验结果见表 1 。 试验结果表明, 高强 钢纤维混凝三桩承台的破坏形态主要为冲切破坏或剪切破坏, 图 2 、 3 所示为典型试件破坏时的裂缝分布与破坏形态。 图 2 试件 C T 1 2 破坏时裂缝分布图 2 承台承载力的主要影响因素 综合试验过程的观察分析和试验结果的归纳统计 , 笔者认 5 4 图 3 试件 C T 2 4破坏 时裂缝分布图 为影响钢纤维高强三桩承台开裂荷载和承台极限承载力的主 要因素有: 承台有效厚度 、 钢纤维体积率 、 混凝土强度( 抗劈拉 强度) 、 承台距厚比、 配筋率、 钢纤维类型。 同时, 根据试验体会 , 认为钢纤维类型也是
16、影响极限承载力的一个重要因素。 2 1 承台有效厚度 试验表明: 对于钢筋钢纤维高强混凝土承台, 承台有效厚 度仍是影响承台承载力的主要因素之一。 三桩承台第一组试件 ( 编号为 C T 3 1 ) 的配筋率、 混凝土强度 、 钢纤维掺人率以及平 面几何尺寸等均相同, 仅承台有效厚度 h 。 从 1 6 0 mm变化到 3 6 0 n ff r l , 承台的极限承载 P u 、 开裂荷载 和承台有效厚度 h 。 的关系曲线如图4所示。 三桩承台的破坏形态为冲切破坏或剪 切破坏。 由图 4 所示可见 , 承台开裂荷载、 极限承载力均随着承 台有效厚度的增加而增长。 当 h 。 较小时, 、 随
17、 h 。 的增加增长 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m h0 ra m 图 4 P u ( 。 ) 一 ( ( 。 ) 一 n o ) 关 系曲线 明显, h 。 达一定数值后承载力受承台有效厚度的影响减弱。 2 2 钢纤维体积率 钢纤维高强三桩承台的破坏主要是由于桩柱连线范围内 的钢纤维混凝土柱的主拉应力超过钢纤维混凝土抗拉强度而 使混凝土柱产生劈裂破坏或者由于斜截面剪切破坏 , 但二者都 可归结为破坏拉应力超过混凝土的抗拉强度而遭到破坏。 有研 究结果表明【2 _ 3 】 : 当纤维体积率为 2 0 时高强混凝土抗拉强度 能提高 5 0 左右; 如采用高弹模纤
18、维 , 高强混凝土的抗剪强度 可提高一倍左右, 同时剪切韧性提高 4 5倍 , 高强混凝土的抗 压强度也有 2 0 左右的提高。 可见 , 钢纤维的掺入显然能有效阻 止混凝土裂缝的产生, 从而抑制裂缝宽度的大小并遏制裂缝的 发展, 并提高承台的极限承载力。 开裂荷载、 极限荷载和钢纤维体积率的关系从三桩承台第 二组试件( 编号为 C T 3 1 ) 可以得到直观的反映, 见图 5 。 从图 5 可见 , 对于高强钢纤维三桩承台构件 , 钢纤维的增强作用还是 很明显的, 承台的开裂荷载、 极限荷载都随着钢纤维体积率的 增加而呈线性增长。 而这和实际观测的试验现象也是很吻合 的, 这也从一个侧面采
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