增設連接墻的雙樁基礎水平承載特性試驗研究
馬成龍，曾國紅，郭昭勝，白曉紅
（太原理工大學建筑與土木工程學院，山西太原030024）
[摘要]樁基承受水平地震作用時，樁與承臺處的彎矩和剪力值都為最大，為避免連接處過早發(fā)生破壞，需要對連接處構造進行加強。通過制作普通雙樁基礎和增設連接墻雙樁基礎兩種形式的縮尺模型，進行低周往復加載對比試驗，對兩種試件在各級荷載下的荷載一位移曲線和樁身彎矩分布進行比較，得出增設連接墻的雙樁基礎水平承載力、耗能能力及抗彎剛度都
較普通雙樁基礎有大幅度提高，且連接墻的存在使樁身彎矩峰值所在位置發(fā)生改變。
[關鍵詞]雙樁基礎；連接墻；承載力；樁身彎矩 [中圖分類號] TU473. 1+1
0 引言
樁基是一種常見的深基礎形式，具有沉降值小、穩(wěn)定性好、承載力大、適應性強等特點，因此在高層建筑、工業(yè)廠房、橋梁碼頭等工程中應用廣泛。從國內外大量的樁基震害案例中分析發(fā)現，在地震作用下樁基會承受巨大的水平荷載，最容易產生破壞的是樁與承臺的節(jié)點及樁頭附近，這是因為在水平地震力作用下，傳給樁基很大的彎矩和剪力，樁頭部位、承臺下部的彎矩和剪力值都為最大，所以最易發(fā)生破壞。針對以上情形，國內外學者對于水平地
震作用下樁與承臺連接節(jié)點構造形式進行了相關研究，我國建筑樁基技術規(guī)范對樁的配筋率、樁嵌入承臺深度及鋼筋錨固長度等都有詳細的規(guī)定；日本提出地下設附帶支撐、地下設附帶墻體以及樁頭加固三種措施來提高樁基礎的抗震能力；宣懷珍、賀武斌等通過對預應力混凝土填芯管樁在其與承臺結合部位設置加強環(huán)，并采用擬靜力試驗的研究方法，對管樁在試驗過程中的破壞機理、延性和剛度退化等抗震性能進行分析，得出加強環(huán)的設置使填芯管樁在承載力、截面延性系數上都有較大程度提高；朱海堂、丁自強的研究表明，樁帽混凝土強
度、管樁埋入樁帽內的長度和管樁外徑是連接節(jié)點受彎承載力的主要影響因素，樁帽鋼筋籠環(huán)向箍筋和管樁周圍環(huán)向箍筋對連接節(jié)點受彎承載力也有一定程度的影響；戎賢、藺頗等對四個不同改造措施的PHC管樁承臺試件進行低周往復加載試驗，得出樁身混凝土摻入鋼纖維可顯著提高PHC管樁抗震性能，而樁身纏繞碳纖維布和樁身加非預應力筋的改進方式對其抗震性能影響不大；王曉偉、赫中營等進行了平面布置2x3鋼筋混凝土高樁承臺基礎模型試件在砂土中的往復荷載擬靜力試驗，得出邊樁最先屈服，邊樁樁頂截面最先達到極限曲率，
對抗震設計起控制作用。綜上可知，以研究樁基礎抗震行為為主要目的的試驗中，針對樁土作用下雙樁基礎連接節(jié)點加固的研究相對缺乏，而雙樁基礎在橋梁工程中應用非常廣泛。本試驗通過對承臺下雙樁與承臺下雙樁增設連接墻兩種形式下的縮尺模型進行低周往復水平加載，研究兩種形式下樁基的荷載一位移曲線、樁身彎矩隨荷載的變化，為進一步研究樁與承臺連接節(jié)點的抗震性能提供一定理論依據。
1試驗概況
1.1 試件設計
1.1.1 土工槽及砂土參數
本試驗采用普通與增設連接墻兩種形式下雙樁與承臺的縮尺模型，在土工槽中進行試驗，土工槽尺寸為1200'mm×1200mm×1190mm，如圖1所示。
樁土之間作用與土的特性密切相關，本試驗采用均質砂土，試驗前用2mm篩子對砂土進行過篩，風干后測得不均勻系數Cu=4. 962 <5，砂土均勻性較好；砂土壓實后，密實度實測得1. 689g/cm3，內摩擦角200。
1.1.2基樁和承臺參數
基樁采用高強混凝土灌漿料預制而成，同條件養(yǎng)護三組試塊28d測得強度平均值為62. 2MPa，樁長900mm，直徑D=45mm;縱筋和箍筋均采用鍍鋅鐵絲，樁身縱筋配筋率1. 85%，縱向主筋錨固長度90mm，不彎折，箍筋形式采用螺旋式，螺距平均為20mm，基樁具體配筋如圖2所示。
承臺采用同種高強混凝土灌漿料澆筑，實測強度為48. 8MPa，承臺尺寸為315mm x135mm×135mm，鋼筋籠采用鍍鋅鐵絲制成，其中縱筋上下兩排各7根，保護層厚度為10mm。連接墻與樁一起預制而成，并用鍍鋅鐵絲進行配筋，墻厚22. 5mm；樁嵌入承臺深度為45mm，兩樁間距180mm。試驗所用鍍鋅鐵絲抗拉強度設計值測得f y=346MPa。普通和連接墻形式雙樁承臺具體配筋如圖3所示。
1.2 測點布置和試件加載
1.2.1 測點布置
位移計水平布置2個，1號位移計距離承臺頂面100mm，用以測量承臺頂部水平位移，2號位移計布置在加載點，用以測量加載點水平位移；每根樁平行于加載方向通長均勻設置應變片，用以測量樁身應變并計算樁身彎矩，樁身應變測點布置如圖4所示；連接墻主要受剪，故在其上設置應變片測量其應變。所有數據通過IMP數據采集系統同步進行采集。
1.2.2試驗加載
本次試驗未對樁基施加豎向荷載，用一圓鋼管作為上部結構，圓管通過底部焊接鋼板用預埋螺栓固定在承臺上，并通過一鋼套管固定在電液伺服液壓作動器上，由作動器產生推拉操作，對樁基產生彎矩與剪力，加載點距離承臺頂面540mm，具體試驗加載裝置如圖1所示。
參考《建筑基樁檢測技術規(guī)范》試驗加載方式和水平位移測量的有關規(guī)定，試驗加載方法采用雙向多循環(huán)加載，并采用位移加載法，分級位移值取2mm，每級荷載首先在西側施加，施加后持荷1min后測讀各類測點值，然后卸載至0，停1min測讀殘余各類測點值，至此完成第一個單向（西側）加卸載循環(huán)；然后在東側按相同要求施加荷載與測試，此時一個完整的雙向加卸載循環(huán)結束。如此循環(huán)3次，完成一級荷載的位移觀測。本次試驗共進行10級加載，最大位移加至20mm。
2 試驗結果分析
2.1 荷載·位移滯回曲線分析
滯回曲線反應試件在整個低周往復荷載作用下的耗能能力和變形，是描述試件抗震性能的重要指標。通過在上部結構布置的水平位移計和對應荷載值繪制普通雙樁與連接墻雙樁荷載一位移滯回曲線，如圖5所示。從圖中可知，普通形式和連接墻形式在水平位移達到20mm時承載力均沒有出現明顯下降趨勢，荷載隨著位移的增加大致成線性變化，說明試件仍處在彈性階段；當水平位移達到20mm時，普通形式和連接墻形式所受荷載分別為1.64kN和2. 28kN，對應承臺頂部彎矩分別為0.8856kN.m和1.2312kN .m，連接墻使雙樁基礎水平承載力提高約40%；連接墻形式滯回曲線包圍面積更大并且相對更加飽滿，經過計算，普通與增設連接墻雙樁基礎等效粘滯阻尼系數分別為0.15和0.18，說明增設連接墻雙樁基礎的變形和耗能能力更好，抗震性能得到改善。
2.2樁身彎矩隨荷載的變化分析
樁身彎矩可以通過測得樁身每一斷面測點處的
由于試驗采用低周往復加載，所以取西側加載時樁身彎矩進行比較，此時規(guī)定西側樁為后樁，東側樁為前樁，加載簡圖如圖6。圖7和圖8分別為西側各級荷載下普通雙樁基礎與增設連接墻雙樁基礎樁身彎矩圖，由于從第7級荷載開始，樁身出現裂縫導致部分應變片破壞，所以取前6級荷載進行比較，圖中位移為各級荷載下承臺頂部實測位移，各級荷載下承臺頂部對應位移見表1。從圖中可以看出：兩類模型下雙樁的樁身彎矩都主要集中在樁上部0. 18m(4D)以上，0.09m( 2D)以下樁身彎矩迅速減小，到樁底附近彎矩最小，且彎矩值隨著水平位移的增加而逐漸增大；每根樁最大彎矩值點的位置基本不發(fā)生變化。另外，比較圖7(a)與圖7(b)可知，對于普通雙樁而言，后樁最大彎矩發(fā)生在樁與承臺連接處，而前樁最大彎矩發(fā)生在連接處下0. 09m( 2D)處左右，且每級荷載下后樁樁身最大彎矩均大于前樁樁身最大彎矩，以承臺頂部水平位移5. 93 mm時進行比較，后樁樁身最大彎矩比前樁樁身最大彎矩大10%左右。這是由于西側加載時兩樁受力情況不同，后樁處于壓彎狀態(tài)，而前樁處于拉彎狀態(tài)。由圖8(a)與圖8(b)可知，由于連接墻的存在，兩樁的整體性加強，彎矩分布情況類似，且樁與承臺連接處彎矩都變得很小，最大彎矩均出現在連接處以下0. 09m(2D)處左右即連接墻的下部變截面處，后樁樁身彎矩峰值位置與普通形式相比明顯下移。圖9為兩種形式下樁1 -1處即墻身底部樁身彎矩的比較。從圖中可以看出連接墻形式下兩樁1 -1處在各級荷載下彎矩明顯增大，后樁平均增幅24%，前樁平均增幅達到47%。這是由于連接墻的存在提高了雙樁基礎的抗彎剛度，同樣變形下，增設連接墻的樁身內力更大。連接墻上的應變較小，在第10級荷載下觀測最大只能達到85με，且墻身未見任何開裂，而樁身應變在第10級荷載下最大已達到1874με，連接墻與樁身的抗彎剛度之比為7.6，說明連接墻可以視作剛體。
3 結語
在未施加豎向荷載的情況下，通過對兩種形式雙樁基礎的縮尺模型進行低周往復加載試驗并進行相應受力性能分析，可以得出以下結論：
1)增設連接墻對雙樁基礎承載力提高較大，變形和耗能能力更好。
2)普通雙樁基礎進行西側加載時，后樁樁身最大彎矩發(fā)生在樁與承臺連接處，前樁樁身最大彎矩發(fā)生在連接處以下0. 09m(2D)處左右。
3)當施加西側荷載時，增設連接墻雙樁基礎后樁樁身最大彎矩位置較普通雙樁基礎下移，發(fā)生在連接墻下部即樁的變截面處，樁與承臺連接位置處彎矩值變得很小。
4)增設連接墻提高了雙樁基礎的抗彎剛度，相同位移變形下樁身彎矩變大。
5)連接墻加強了雙樁的整體性，墻上應變較小，可以視為剛體。
下一篇:返回列表
