预应力混凝土管桩端板的改进 预应力混凝土管桩图集

来源:建站 发布时间:2019-05-15 04:03:12 点击:

  摘要:现有管桩端板为圆环形片状钢板,环面上等径圆周处开有若干张拉螺栓孔,张拉螺栓孔一侧开有与张拉螺栓孔连通的预应力主筋锚孔,预应力主筋穿孔与张拉螺栓孔同为一个孔,为此张拉螺栓与端板有效接触面减少约1/4左右。在张拉工艺中,端板承受较大拉力,张拉螺栓孔处应力集中现象显著,容易引起张拉螺栓拉脱,从而导致整条半成品管桩报废。对现有管桩端板进行适当改进,将张拉螺栓孔与预应力主筋穿孔分开设置,可显著消弱端板上张拉螺栓孔处的应力集中,降低张拉工艺中的废品率;同时近圆心处环形沟槽的设置有利于改善端板与管桩混凝土的粘结力,提高水平荷载作用下端板与管桩混凝土的抗剪性能,降低端板的钢材消耗量。
  关键词:混凝土管桩;端板;张拉螺栓孔;锚孔
  中图分类号:TU528 文献标识码:A文章编号:
  先张法预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)是采用先张法预应力制成的一种细长空心等截面预制混凝土构件。由于其具有竖向承载力高、生产工厂化、沉桩中耐击打、施工速度快等优点,已被应用于工民建中的众多领域[1]。先张法预应力混凝土管桩结构两端的钢件称为端板[2],主要用于管桩生产中预应力主筋的张拉与锚固、施工中的接桩以及锤击或静压法沉桩过程中对管桩端部的保护。为进一步提高预应力张拉工艺的质量,本文探讨一种改进型预应力混凝土管桩端板构造设计。
  1 现有管桩端板构造
  预应力混凝土管桩构造中,端板与桩套箍焊接,预应力主筋锚固在端板上。根据所生产的管桩长度,确定预应力主筋下料长度;根据预应力主筋规格,确定预应力主筋墩头尺寸:墩头直径和墩头厚度。预应力主筋定长、剪切、墩头后,通过滚焊工艺与箍筋焊接成圆形钢筋笼。端板与桩套箍焊接后,装配在钢筋笼两端。预应力主筋锚固在端板上,必然需要在端板上设置预应力主筋穿孔和预应力主筋锚孔;为保证施工中的接桩质量以及沉桩质量,端板外端面要求平整,因此,锚孔需为沉孔。端板与桩套箍装配在钢筋笼两端后,预应力主筋经端板上的预应力钢筋穿孔穿过端板,就位于预应力钢筋锚孔中。张拉机通过联接端板的张拉螺栓给预应力钢筋施加规定的拉力,不同规格的管桩,预应力钢筋规格、数量不同,张拉力也不同。因此,端板上必须设置张拉螺栓孔。
  图1是现有管桩端板构造[2]。管桩端板为圆环形片状钢板,环面上等径圆周处开有若干张拉螺栓孔,张拉螺栓孔一侧开有与张拉螺栓孔连通的预应力主筋锚孔,预应力主筋穿孔与张拉螺栓孔同为一个孔,如图1中所示。锚孔一端为沉孔,用以锚固预应力主筋,如图1中2-2所示。端板外侧锚孔的沉孔尺寸与预应力主筋墩头尺寸相对应,均略大于后者。锚孔数量及在环面中的位置尺寸与组成钢筋笼的预应力主筋数量和钢筋笼的尺寸相对应。图1中左侧外缘焊接桩套箍,右侧面端板外侧,右侧外缘坡口为焊接坡口,接桩时两根管桩通过端板焊接成一体。
  端板按外径分为300 mm、350 mm、400 mm、450 mm、500 mm、550 mm、600 mm、700 mm、800 mm、1000 mm、1200 mm等规格。在制作预应力混凝土管桩过程中,预应力主筋与箍筋通过滚焊工艺组成钢筋笼,将钢筋笼中的预应力主筋穿过管桩端板上的预应力主筋穿孔,并就位在预应力主筋锚孔中。张拉螺栓装配在端板上的张拉螺栓孔中,张拉机通过张拉螺栓来张拉主筋,给主筋施加预应力。端板在预应力张拉工序中以及锤击或静压法沉桩过程中均要承受较大的作用力,所以为了保证端板具有足够的强度和刚度,对预应力混凝土管桩端板规定了其最小厚度。端板最小厚度与预应力管桩规格和力学性能有关,管桩直径大,力学性能高,相应的预应力主筋用量增大,端板厚度增加。通常预应力主筋直径越大,需要选用的端板最小厚度也越大。当预应力主筋直径在7.1 mm~12.6 mm范围时,端板最小厚度在16 mm ~24 mm范围[3]。
  预应力高强混凝土管桩主筋采用抗拉强度不低于1420 MPa、非比例延伸强度不小于1280 MPa的预应力钢棒,施加的张拉力为其抗拉强度的70%。在张拉工艺中,端板承受的拉力较大。现有端板构造中,预应力主筋穿孔与张拉螺栓孔同为一个孔,则张拉螺栓孔与张拉螺栓有效接触面减少约1/4,端板张拉螺栓处应力集中现象显著,在张拉工艺中容易引起张拉螺栓拉脱,从而导致整条半成品管桩报废。
  2 改进型管桩端板构造
  改进型管桩端板是一个圆环形片状钢板,环面等径圆周处开有若干张拉螺栓孔和预应力主筋锚孔,见图2。图2中,1为环形钢板,2为环形沟槽,3为预应力主筋锚孔,4为张拉螺栓孔,5为与预应力主筋锚孔相联的预应力主筋穿孔,6为施工中接桩用端板焊接半U型坡口,7为桩套箍装配台阶。在环形钢板1近中部位置处开有若干预应力主筋锚孔3及与其相联的预应力主筋穿孔5,数量与预应力主筋锚孔相同的张拉螺栓孔4。环形钢板1内侧近圆心处开有环形沟槽2,环形钢板1外缘右侧设有接桩焊接半U型坡口6,外缘左侧设有桩套箍装配台阶7。端板外侧预应力主筋锚孔3为沉孔,沉孔尺寸与预应力主筋墩头尺寸相对应,均略大于后者。预应力主筋锚孔3的数量及在环面中的位置尺寸与组成钢筋笼的预应力主筋数量和钢筋笼的尺寸相对应。
  改进型端板张拉螺栓孔与预应力主筋穿孔分开设置,与现有端板构造相比,具有如下特点:
  首先,张拉螺栓孔与张拉螺栓有效接触面增加,明显消弱了端板张拉螺栓处的应力集中,降低预应力张拉中由于张拉螺栓拉脱造成整条半成品管桩报废的几率。
  其次,张拉工艺中在端板受力相同的情况下,可以适当减小端板厚度,从而减少了端板的钢材耗用量。端板上张拉螺栓环周处受力最大,在其近圆心内侧设置环形沟槽2,在其外侧设置接桩焊接坡口6和桩套箍装配台阶7,不影响端板张拉工艺中受力和使用中的承载能力;这种设计能够保证桩套箍的装配效率和桩套箍与端板的焊接质量以及施工中接桩焊接质量,同时还降低了端板的钢材耗用量;
  第三,环形沟槽2的设计有利于提高端板与管桩混凝土的粘结力,因为端板与混凝土材料的粘结为物理相互作用力,粘结力小,环形沟槽2的设计增加了端板与混凝土的物理相互作用力,特别是提高了水平荷载作用下端板与管桩混凝土间的抗剪切性能。
  与现有端板构造相比,改进型端板中张拉螺栓孔与预应力主筋穿孔分开设置,增加了端板加工中的张拉螺栓孔钻孔工作量。但是,张拉螺栓孔单独设置的益处远高于端板加工中钻孔工作量增加的成本。2011年以来,公司在大直径管桩上使用改进型端板以来,张拉工艺中张拉螺栓拉脱的现象很少。
  3 结论
  对现有管桩端板进行适当改进,将张拉螺栓孔与预应力主筋穿孔分开设置,可增大张拉螺栓与端板有效接触面积,显著消弱端板上张拉螺栓孔处的应力集中,避免张拉螺栓被拉脱,降低张拉工艺中的废品率。
  与现有管桩构造相比,在张拉工艺中端板受力相同的条件下,可适当减小端板厚度,降低端板的钢材消耗量。
  端板近圆心处环形沟槽的设置有利于改善端板与管桩混凝土的粘结力,提高水泥荷载作用下端板与管桩混凝土间的抗剪性能,进一步降低端板的钢材消耗量。
  参考文献
  [1] 邢皓枫, 赵红崴, 叶观宝, 等. PHC管桩工程特性分析[J]. 岩土工程学报,2009, 31(1): 1.
  [2] JC/T 947-2005, 先张法预应力混凝土管桩用端板[S]. 北京:中国建材工业出版社, 2004.
  [3] GB 13476-2009. 先张法预应力混凝土管桩 [S]. 北京:中国标准出版社, 2010.
   作者简介:朱克平(1968~),男,江苏常州人,工程师,大学本科,长期从事于预制桩的生产和施工

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