管桩的力学性能计算

1、建筑设计建筑设计原理原理主编：冯美宇主编：冯美宇主审：甘翔云主审：甘翔云管桩力学性能计算管桩力学性能计算主讲人 毛 永 平6 建筑结构选型建筑结构选型目录目录预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 1预应力管桩的基本知识预应力管桩的基本知识2锤击法施工管桩破损原因锤击法施工管桩破损原因3 3Back预应力管桩力学性能计算预应力管桩力学性能计算46 建筑结构选型建筑结构选型1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构在使用中存在两个问题：一是带裂缝在使用中存在两个问题：一是带裂缝工作，裂缝的存在降低了构件的刚度，而裂缝的开展又使工作，裂缝的存在降低了构件的

2、刚度，而裂缝的开展又使处于高湿度或侵蚀性环境中的构件耐久性有所降低；二是处于高湿度或侵蚀性环境中的构件耐久性有所降低；二是很难合理利用高强度材料。为满足变形和裂缝控制的要求，很难合理利用高强度材料。为满足变形和裂缝控制的要求，需要增大构件的截面尺寸和用钢量，这将导致自重过大，需要增大构件的截面尺寸和用钢量，这将导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。不可能或很不经济。 1.1钢筋混凝土结构的缺点钢筋混凝土结构的缺点 6 建筑结构选型建筑结构选型预应力混凝土预应力混凝土是采用预先加压的方法间接提高混凝土是

3、采用预先加压的方法间接提高混凝土的抗拉强度，克服了混凝土容易开裂的缺点，可延缓混凝的抗拉强度，克服了混凝土容易开裂的缺点，可延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，并取得节约钢土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，并取得节约钢筋，减轻自重的效果。筋，减轻自重的效果。1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 1.2 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念 6 建筑结构选型建筑结构选型按照张拉钢筋与浇捣混凝土的先后顺序，施加预应力的方法可分按照张拉钢筋与浇捣混凝土的先后顺序，施加预应力的方法可分为：先张法、后张法为：先张法、后张法 。（1） 先张法先张法：张拉预应力钢筋：张拉预应力钢筋

4、固定预应力钢筋固定预应力钢筋浇筑混浇筑混凝土凝土 放松预应力钢筋放松预应力钢筋养护钢筋混凝土。养护钢筋混凝土。（2）先张法施工的特点）先张法施工的特点：1）先张法施工工艺简单，可以大批量生产）先张法施工工艺简单，可以大批量生产预应力混凝土构件预应力混凝土构件 ；2）先张法不用工作锚具，可重复利用模板，迅）先张法不用工作锚具，可重复利用模板，迅速施加预应力，节省大量价格昂贵的锚具及金属附件；速施加预应力，节省大量价格昂贵的锚具及金属附件；3）先张法生）先张法生产所用的台座及张拉设备一次性投资费用较大，而且台座一般只能固产所用的台座及张拉设备一次性投资费用较大，而且台座一般只能固定在一处，不够灵活

5、定在一处，不够灵活 。1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 1.3 施加预应力的方法施加预应力的方法6 建筑结构选型建筑结构选型（3）后张法）后张法 ：浇筑混凝土：浇筑混凝土穿预应力钢筋穿预应力钢筋张拉锚固预应张拉锚固预应力钢筋力钢筋压注水泥浆；压注水泥浆；（4）后张法施工的特点和适用）后张法施工的特点和适用：1）后张法不需要台座，所以构件可）后张法不需要台座，所以构件可在工厂预制，也可现场施工，应用比较灵活。在工厂预制，也可现场施工，应用比较灵活。2）后张法构件只能单）后张法构件只能单一逐个地施加预应力，工序较多，操作也较麻烦，而且，后张法的锚一逐个地施加预应力，工序较多，操作也

6、较麻烦，而且，后张法的锚具耗钢量大，锚具加工要求的精度较高，成本较贵。具耗钢量大，锚具加工要求的精度较高，成本较贵。3）后张法适用）后张法适用于运输不便的大、中型构件。于运输不便的大、中型构件。1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 6 建筑结构选型建筑结构选型锚具和夹具锚具和夹具是在制作预应力构件时锚固夹持预应力钢是在制作预应力构件时锚固夹持预应力钢筋的工具。一般认为预应力构件制成后能够取下重复使用筋的工具。一般认为预应力构件制成后能够取下重复使用的称夹具，而留在构件上不再取下的称锚具。锚具多用在的称夹具，而留在构件上不再取下的称锚具。锚具多用在后张法生产的构件中。有时为了简便起见

7、，将锚具和夹具后张法生产的构件中。有时为了简便起见，将锚具和夹具统称为锚具。统称为锚具。 1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 1.4 锚具和夹具锚具和夹具 6 建筑结构选型建筑结构选型预应力混凝土结构中常用的锚具有：预应力混凝土结构中常用的锚具有： 螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具 夹片式锚具夹片式锚具 镦头锚具镦头锚具 锥形锚具锥形锚具 镦头锚具镦头锚具有钢丝束镦头锚具和单根镦头夹具。钢丝束镦头锚具有钢丝束镦头锚具和单根镦头夹具。钢丝束镦头锚具分分A型和型和B型。型。A型由锚圈和螺母组成，用于张拉端。型由锚圈和螺母组成，用于张拉端。B型为锚板，型为锚板，用于固定端。用于固定端。 镦头锚

8、具镦头锚具是利用钢丝的粗镦头来锚固预应力钢丝的。其特点是是利用钢丝的粗镦头来锚固预应力钢丝的。其特点是锚固性能可靠，锚固力大，张拉操作方便。但要求钢筋或钢丝束的锚固性能可靠，锚固力大，张拉操作方便。但要求钢筋或钢丝束的长度有较高的精度。长度有较高的精度。1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 6 建筑结构选型建筑结构选型1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念（1）高强度；高强度；（2）收缩、徐变小。收缩、徐变小。（3）快硬、早强。快硬、早强。高强混凝土高强混凝土可提高先张法构件钢筋与混凝土之间的粘可提高先张法构件钢筋与混凝土之间的粘结力；提高后张法构件锚固端的局部承压承载力

9、；结力；提高后张法构件锚固端的局部承压承载力； 高强混凝土高强混凝土具有较高的抗拉强度，从而使预应力结构具有较高的抗拉强度，从而使预应力结构具有较高的抗裂强度。具有较高的抗裂强度。 1.5 预应力混凝土要求预应力混凝土要求 6 建筑结构选型建筑结构选型1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念（1）高强度；高强度；（2）具有一定的塑性。具有一定的塑性。（3）良好的加工性能。良好的加工性能。 （4）与混凝土之间能较好地粘结。与混凝土之间能较好地粘结。 （5）供应长度应尽可能长。供应长度应尽可能长。规范规范规定，预应力混凝土构件中的预应力钢材宜规定，预应力混凝土构件中的预应力钢材宜采用钢绞线

10、、钢丝，也可采用热处理钢筋。采用钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。 1.6 预应力钢筋要求预应力钢筋要求 6 建筑结构选型建筑结构选型（1）改善和提高了结构或构件的受力性能；改善和提高了结构或构件的受力性能； （2）节约钢筋、混凝土，减轻结构的自重。节约钢筋、混凝土，减轻结构的自重。 （3）提高结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能提高结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。力。 （4）构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂，构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂，且延性也差些。且延性也差些。 1.7 预应力混凝土的优点与缺点预应力混凝土的优点与缺点 1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本

11、概念Back6 建筑结构选型建筑结构选型 管桩的分类：管桩的分类：1）按照混凝土有效预压应力值）按照混凝土有效预压应力值4Mpa，6MPa，8MPa，10MPa分为分为A,AB,B,C类型；类型；2）按承载性状分类）按承载性状分类 ：端承：端承桩和摩擦桩桩和摩擦桩 ； 桩的常用施工方法桩的常用施工方法:锤击法和静压法锤击法和静压法 管桩桩尖形式：十字型、圆锥型和开口型。管桩桩尖形式：十字型、圆锥型和开口型。 不宜用预应力管桩的工程地质条件：（不宜用预应力管桩的工程地质条件：（1）孤石和障碍物多的地层）孤石和障碍物多的地层不宜应用；（不宜应用；（2）有坚硬夹层时不宜应用或慎用；（）有坚硬夹层时不

12、宜应用或慎用；（3）石灰岩地区不）石灰岩地区不宜应用；（宜应用；（4）从松软突变到特别坚硬的地层不宜应用。）从松软突变到特别坚硬的地层不宜应用。2.1 管桩的应用条件管桩的应用条件 2 预应力管桩的基本概念预应力管桩的基本概念PIC6 建筑结构选型建筑结构选型 工程勘察问题；工程勘察问题； 单桩承载力问题单桩承载力问题 ； 桩间距大小影响管桩的承载力；桩间距大小影响管桩的承载力； 收锤标准问题收锤标准问题 2 预应力管桩的基本概念预应力管桩的基本概念2.2 管桩基础设计应注意的问题管桩基础设计应注意的问题 6 建筑结构选型建筑结构选型 （1）混凝土的蠕变及收缩引起的预应力钢筋拉应力混凝土的蠕变

13、及收缩引起的预应力钢筋拉应力强度损失强度损失 ； （2）预应力钢筋因松弛引起的拉应力强度损失预应力钢筋因松弛引起的拉应力强度损失 。 2.3 预应力混凝土的损失预应力混凝土的损失 Back2 预应力管桩的基本概念预应力管桩的基本概念6 建筑结构选型建筑结构选型6 建筑结构选型建筑结构选型静压桩机6 建筑结构选型建筑结构选型锤打桩机6 建筑结构选型建筑结构选型6 建筑结构选型建筑结构选型Back6 建筑结构选型建筑结构选型 桩径选择方面对长径比欠考虑；桩径选择方面对长径比欠考虑； 桩型的选择方面不合理；桩型的选择方面不合理； 对桩尖选择欠考虑，也不出桩尖图；对桩尖选择欠考虑，也不出桩尖图； 对单

14、桩承载力特征值的选取；对单桩承载力特征值的选取； 对桩锤选择欠合理；对桩锤选择欠合理； 收锤标准选择不合理；收锤标准选择不合理；3.1 设计的选用方面设计的选用方面 3 锤击法施工管桩破损原因锤击法施工管桩破损原因6 建筑结构选型建筑结构选型 桩顶部破损的情况；桩顶部破损的情况；混凝土强度过低，针状含量过高，风化石过多；混凝土强度过低，针状含量过高，风化石过多；箍筋强度不够，直径偏小，加密区长度不足，间距偏大或不均匀；箍筋强度不够，直径偏小，加密区长度不足，间距偏大或不均匀；预应力镦头突出端头板，预应力钢筋先受力，侧向变形过大是螺预应力镦头突出端头板，预应力钢筋先受力，侧向变形过大是螺旋筋失效

15、；旋筋失效；端头板倾斜，桩偏心受压，局部应力过大；端头板倾斜，桩偏心受压，局部应力过大；端板或桩套箍与桩身结合存在漏浆、空洞或蜂窝，桩顶抗压强度端板或桩套箍与桩身结合存在漏浆、空洞或蜂窝，桩顶抗压强度不足；不足；3.2 管桩的制作质量方面管桩的制作质量方面 3 锤击法施工管桩破损原因锤击法施工管桩破损原因6 建筑结构选型建筑结构选型3 锤击法施工管桩破损原因锤击法施工管桩破损原因 桩身中下部破损的情况；桩身中下部破损的情况； 桩的预应力钢筋配筋不足或者存在脱头、断筋；桩的预应力钢筋配筋不足或者存在脱头、断筋； 桩的预压应力过低；桩的预压应力过低； 桩身的合缝漏浆；桩身的合缝漏浆； 端板倾斜，接

16、桩时形成折线，打桩时形成一个水平分力端板倾斜，接桩时形成折线，打桩时形成一个水平分力而使桩接驳处折断；而使桩接驳处折断；6 建筑结构选型建筑结构选型 流动性淤泥深厚，上部土层又较密实；流动性淤泥深厚，上部土层又较密实； 坚硬夹层；坚硬夹层； 有孤石、球状风化花岗岩，填土中含未经破碎的建筑垃有孤石、球状风化花岗岩，填土中含未经破碎的建筑垃圾、废旧基础等；圾、废旧基础等； 一硬即硬地层，表面倾斜较大的岩层；一硬即硬地层，表面倾斜较大的岩层；3.3 地质因素方面地质因素方面 3 锤击法施工管桩破损原因锤击法施工管桩破损原因6 建筑结构选型建筑结构选型 桩尖及其与桩端板的焊接；桩尖及其与桩端板的焊接； 不考虑地质的特点，统一采用一类桩尖；不考虑地质的特点，统一采用一类桩尖； 桩接驳焊接的不规范；桩接驳焊接的不规范； 桩接驳时两端板面没有密合；桩接驳时两端板面没有密合； 桩的起吊、拖运不规范；桩的起吊、拖运不规范； 桩穿越淤泥层不用低捶或者空锤；桩穿越淤泥层不用低捶或者空锤； 打桩时不注意桩帽的摆动，不及时调整垂直度；打桩时不注意桩帽的摆动，不及时调整垂直度；3.4 施工方面施工方面 3 锤击法施工管桩破损原因锤击法施工管桩破损原因6 建筑结构选型建筑结构选型 桩锤过大、桩落距过大；桩锤过大、桩落距过大； 桩帽内的桩垫过薄；桩帽内的桩垫过薄；