CN101761089B - 纤维筋混凝土抗拔桩 - Google Patents
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Abstract
一种纤维筋混凝土抗拔桩，包括：混凝土桩身，在混凝土桩身的一个端部上设有桩头，在混凝土桩身内设有外部套设套管的FRP纤维筋且所述FRP纤维筋的一端延伸至桩头内，所述FRP纤维筋的另一端反向延伸至混凝土桩身之外；在桩头内设有第二支承板，位于桩头内的FRP纤维筋一端由第二锚具固定在第二支承板上；在FRP纤维筋的另一端上套设第一支承板并由第一锚具将FRP纤维筋的另一端固定在第一支承板上。本发明的FRP纤维筋没有施加预应力，其周围包有一圈套管，与混凝土之间无粘结，两者之间可以产生相对滑移。FRP纤维筋下端通过桩底部支承板和锚具被拉紧，上端通过承台内支承板和锚具被固定在承台中，承台与桩体混凝土完全脱开。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维筋混凝土抗拔桩。
背景技术
伴随经济的飞速发展，城市空间日趋紧缺，引发了地下空间开发的热潮，各类地下工程的安全使用无一例外地受地下水浮力的影响，因此抗拔桩在工程中得到了越来越广泛的应用。抗拔桩处于地下，周围有土体和地下水等，为了防止地下水和化学物质对钢筋的侵蚀，设计规范对抗拔桩的裂缝控制有严格要求。目前抗拔桩一般采用混凝土灌注桩和混凝土预制桩这两种形式，其截面的配筋率受抗裂要求控制。按照《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中对抗拔桩裂缝的规定：对于严格要求不出现裂缝的一级裂缝控制等级预应力混凝土基桩，在荷载效应标准组合下，混凝土不应产生拉应力，即基桩提供的抗拔承载力全部由施加的预应力提供；对于一般要求不出现裂缝的二级裂缝控制等级预应力混凝土基桩，在荷载效应标准组合下的拉应力不应大于混凝土轴心受拉强度标准值；对于允许出现裂缝的三级裂缝控制等级基桩，按荷载效应标准组合计算的最大裂缝宽度不应大于最大裂缝宽度限值。按上述要求得到的开裂承载力都要比抗拔桩所能承受的极限承载力低很多，并且按开裂要求进行配筋的抗拔桩，其截面中的钢筋抗拉强度有较大富余，很不经济。
目前，纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer/plastic，简称FRP)在土木与建筑工程结构中得到广泛应用。工程结构中常用的FRP主要为碳纤维(carbon fiber)、玻璃纤维(glass fiber)和芳纶纤维(aramid fiber)增强的树脂基体，分别简称为CFRP、GFRP、AFRP。不同类型的FRP筋性能有所不同，但是作为新型复合材料用于土木工程中，它们之间存在较多的共性：顺纤维向抗拉强度高；密度小，质量轻，便于施工；耐锈蚀；疲劳性能优良等等，但是FRP纤维与混凝土的粘结性能还不是很成熟。另外在预应力结构中，FRP锚具也得到很大发展。本发明是将FRP纤维、混凝土以及相应锚具结合在一起发展成一种桩身混凝土完全受压的新型抗拔桩。
发明内容
本发明是克服目前抗拔桩混凝土一般都处于受拉工作状态的不足，提供一种混凝土完全受压，受力筋完全受拉的纤维筋混凝土抗拔桩。
本发明如下技术方案：
一种纤维筋混凝土抗拔桩，包括：混凝土桩身，在混凝土桩身的一个端部上设有桩头，在混凝土桩身内设有外部套设套管的FRP纤维筋且所述FRP纤维筋的一端延伸至桩头内，所述FRP纤维筋的另一端反向延伸至混凝土桩身之外；在桩头内设有第二支承板，位于桩头内的FRP纤维筋一端由第二锚具固定在第二支承板上；在FRP纤维筋的另一端上套设第一支承板并由第一锚具将FRP纤维筋的另一端固定在第一支承板上。
纤维筋混凝土抗拔桩由混凝土、纤维筋、支承板和FRP锚具构成。此FRP纤维筋没有施加预应力，其周围包有一圈套管，与混凝土之间无粘结，两者之间可以产生相对滑移。FRP纤维筋下端通过桩底部支承板和锚具被拉紧，上端通过承台内支承板和锚具被固定在承台中，承台与桩体混凝土完全脱开。
与传统抗拔桩相比，本发明有如下优点：
首先，当承台受上拔力时，其荷载传递路径如下：承台→承台中支承板→承台中锚具→带套管的FRP纤维筋→桩底锚具→桩底支承板→混凝土桩身。当混凝土桩身底部受到此上拔力时，相对于土作向上运动，土对桩身产生向下的摩擦力，从而抑制桩的上拔运动。混凝土桩身在向下的摩擦力和第二支承板向上的作用力下，处于受压平衡状态，使得桩身不会产生受拉裂缝，从而提高了安全性。
其次，FRP纤维筋一端被锚固在承台中，受向上的拔力；另一端被锚固在桩底，阻止其向上运动。FRP纤维筋在此二力作用下处于受拉平衡状态，完全发挥了FRP纤维筋顺纤维向抗拉强度高的特点。和钢筋相比，纤维材料的比强度(拉伸强度/比重)为钢材的20～50倍，用FRP纤维为受力主筋的抗拔桩极限承载力更高，并且密度小便于施工，高强轻质性能十分突出；此外FPR纤维筋不会像钢筋那样易锈蚀，因此非常适合在强腐蚀环境中工作，结构耐久性好，CFRP筋耐久性最好，长期处于酸、碱、盐、潮湿、紫外线等环境中的性能很少降低，因此适合在含水土壤中使用。所以充分发挥了FRP纤维筋抗拉强度高、耐腐蚀的优点。
对裂缝有要求的传统抗拔桩，如果不加预应力，其抗拔承载力受混凝土强度控制；对于预应力桩，其抗拔承载力主要受混凝土强度以及施加的预应力决定。所以传统抗拔桩不能很好得发挥桩侧土的摩阻力以及钢筋的强度。本发明不施加预应力，便于施工，其抗拔承载力主要由桩侧土的摩阻力，以及桩顶的容许位移量控制，在选择合适的FRP纤维筋的条件下，可以发挥出各种材料的极限承载力，提供比传统抗拔桩更高的承载力。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图，其中，图1a是本发明实施例1的结构主视图，
图1b是本发明实施例1的I-I剖视图。
图2是本发明实施例2的结构示意图，图2a是本发明实施例2的结构主视图，图2b本发明实施例2的端部结构放大示意图，图2c本发明实施例2的II-II结构剖视图，图2d本发明实施例2的桩头部分结构示意图。
图中：1.带套管的FRP纤维筋；2.混凝土桩身；3a.第一支承板，3b.第二支承板，3c.第三支承板；4a.第一锚具，4b.第二锚具，4c.第三锚具；5.承台；6.桩头
具体实施方式
实施例1
一种纤维筋混凝土抗拔桩，包括：混凝土桩身2，在混凝土桩身2的一个端部上设有桩头6，在混凝土桩身2内设有外部套设套管的FRP纤维筋1且所述FRP纤维筋1的一端延伸至桩头6内，所述FRP纤维筋1的另一端反向延伸至混凝土桩身2之外；在桩头6内设有第二支承板3b，位于桩头6内的FRP纤维筋1一端由第二锚具4b固定在第二支承板3b上；在FRP纤维筋1的另一端上套设第一支承板3a并由第一锚具4a将FRP纤维筋1的另一端固定在第一支承板3a上。
如图1，由带套管的FRP纤维筋1、混凝土桩身2、第一支承板3a、第二支承板3b、第一锚具4a、第二锚具4b和桩头6组成。FRP纤维筋1一端通过第二锚具4b锚固在第二支承板3b上，两者一起被浇筑在桩头1内，在灌注桩成孔结束后，将牵有带套管FRP纤维筋1的桩头6放入孔底部，将带套管FRP纤维筋1的另一端伸出孔外，使其固定、拉紧，并保证其垂直，之后浇筑混凝土成桩，最后将FRP纤维筋1锚固在第一支承板3a上，并一起被浇筑进承台中。桩顶部混凝土不能与承台5浇筑在一起，但其周围可以做一些密封措施，但是即使两者之间存在间隙，渗入地下水，也不会影响本发明的耐久性，因为FRP纤维筋具有耐腐蚀的优点。各部件的尺寸，材料类型可根据具体需要进行设计选择，具体为：选择桩周土层，假定桩的入土深度(桩越短，FRP纤维筋1越短，顶部承台5的变形越小)，根据所要的抗拔承载力确定桩周长，再结合顶部筏板的容许变形量和造价，选择FRP纤维筋的类型，然后确定纤维筋的横截面积，所用的锚具，以及支承板的材料、厚度。
实施例2
一种纤维筋混凝土抗拔桩，包括：混凝土桩身2，在混凝土桩身2的一个端部上设有桩头6，在混凝土桩身2内设有外部套设套管的FRP纤维筋1且所述FRP纤维筋1的一端延伸至桩头6内，所述FRP纤维筋1的另一端反向延伸至混凝土桩身2之外；在桩头6内设有第二支承板3b，位于桩头6内的FRP纤维筋1一端由第二锚具4b固定在第二支承板3b上；在FRP纤维筋1的另一端上套设第一支承板3a并由第一锚具4a将FRP纤维筋1的另一端固定在第一支承板3a上，在本实施例中，在FRP纤维筋1的另一端上还套设有第三支承板3c，第三支承板3c位于混凝土桩身2的另一个端部与第一支承板3a之间且贴合在混凝土桩身2的另一个端部上。
如图2，由带套管的FRP纤维筋1、混凝土桩身2、第一支承板3a、第二支承板3b、第三支承板3c、第一锚具4a、第二锚具4b、第三锚具4c和桩头6组成。在预制工厂，将带套管的FRP纤维筋1、第二支承板3b和第二锚具4b，按所要的截面形式以及桩长浇筑在一起，最后在桩另一端露出的FRP纤维筋上加上第三支承板3c和第三锚具4c，并使其与混凝土紧密接触，从而保证在吊装的过程中混凝土不会发生受弯破坏。然后最好通过静压的方式将桩打入土中，最后在纤维筋伸出的一端加上第一支承板3a和第一锚具4a，一起被浇入混凝土筏板中。桩顶部混凝土不能与承台5浇筑在一起，但其周围可以做一些密封措施，但是即使两者之间存在间隙，渗入地下水，也不会影响本发明的耐久性，因为FRP纤维筋具有耐腐蚀的优点。在确定纤维筋的布局、种类以及横截面时，首先要保证在吊桩过程中，桩不发生受弯破坏，再计算其承载力。
Claims (2)
1.一种纤维筋混凝土抗拔桩，包括：混凝土桩身(2)，在混凝土桩身(2)的一个端部上设有桩头(6)，其特征在于，在混凝土桩身(2)内设有外部套设套管的FRP纤维筋(1)且所述FRP纤维筋(1)的一端延伸至桩头(6)内，所述FRP纤维筋(1)的另一端反向延伸至混凝土桩身(2)之外；在桩头(6)内设有第二支承板(3b)，位于桩头(6)内的FRP纤维筋(1)一端由第二锚具(4b)固定在第二支承板(3b)上；在FRP纤维筋(1)的另一端上套设第一支承板(3a)并由第一锚具(4a)将FRP纤维筋(1)的另一端固定在第一支承板(3a)上。
2.根据权利要求1所述的纤维筋混凝土抗拔桩，其特征在于，在FRP纤维筋(1)的另一端上还套设有第三支承板(3c)，第三支承板(3c)位于混凝土桩身(2)的另一个端部与第一支承板(3a)之间且贴合在混凝土桩身(2)的另一个端部上。
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