CN113062330A - 一种圆截面不均匀配筋防滑桩 - Google Patents

一种圆截面不均匀配筋防滑桩 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种圆截面不均匀配筋防滑桩，包括桩体、受拉弧线布设筋、受拉直线布设筋和受压弧线布设筋，桩体包括呈扇形的受拉区、呈弓形的受压区和中间区域；扇形和弓形半径相等且外侧边沿均靠近桩体边沿；受压区高度满足相对界限受压区高度ξb的要求；多束受拉弧线布设筋设置于受拉区圆弧上；多束受拉直线布设筋设置于受拉区圆弧两端点的连线上；多束受压弧线布设筋设置于受压区圆弧上；中间区域对应的圆弧上设置有多条用于增强结构强度钢筋。圆截面抗滑桩采用不均匀配筋后，相对均匀配筋的方式可以提高其抗弯能力，有利于在拓展圆截面防滑桩在支挡工程中的应用，同时能够降低施工难度简化施工，并且通过减少钢筋的使用从而降低工程造价。

Description

一种圆截面不均匀配筋防滑桩
技术领域
本发明涉及一种桥梁工程施工领域，具体涉及一种圆截面不均匀配筋防滑桩。
背景技术
圆截面桩因为其截面惯性矩小于矩形截面桩，因而较少用于抗弯工况。但在桥梁工程或桩基础工程中所用的圆截面桩主要承担竖向荷载，基坑坑壁支护桩承担一定的水平荷载(抗弯)，且在地下水丰富的滑坡治理工程、临河支挡工程或工期要求高的支挡工程中多采用圆截面抗滑桩，相较于同等面积的矩形截面抗滑桩在上述工程中圆截面抗滑桩所具有的优势相当明显。目前圆截面抗弯配筋主要采用加密均布或拉压区一定范围加密方式，该种加密排布的方式不仅不能充分利用配筋的承载力反而会对其产生限制，同时加密排布的方式会增大工程投入并使得工程难度增大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是圆截面防滑桩工程造价高和抗弯能力差，目的在于提供一种能够有效解决上述问题的圆截面不均匀配筋防滑桩。
本发明通过下述技术方案实现：
一种圆截面不均匀配筋防滑桩，防滑桩包括桩体、受拉弧线布设筋、受拉直线布设筋和受压弧线布设筋，所述桩体包括呈扇形的受拉区、呈弓形的受压区和中间区域；
所述扇形和弓形的半径相等且二者外侧边沿均靠近桩体边沿；
所述受压区高度满足相对界限受压区高度ξb的要求；
多束所述受拉弧线布设筋设置于受拉区对应的圆弧上；
多束所述受拉直线布设筋设置于受拉区对应圆弧两端点的连线上；
多束所述受压弧线布设筋设置于受压区对应的圆弧上；
所述中间区域对应的圆弧上设置有多条用于增强结构强度钢筋。本发明通过提出一种圆截面不均匀配筋的结构形式，通过对配筋进行合理的排布充分利用了所有配筋的承载力，增强了防滑桩的稳定牢固性，同时因其不均匀的排布方式能够减少钢筋的使用，进而降低施工难度和降低工程造价。
进一步的技术方案：
所述受拉区(10)靠近受力一侧，所述受压区(20)远离受力一侧；
进一步的：所述受拉区(10)扇形截面的中线与所述受压区(20)弓形截面的弦垂直。
进一步的：所述扇形和弓形的外侧边与桩体外沿之间形成保护层。
进一步的：为了确保受压区钢筋在界面发生破坏时达到屈服状态，要求混凝土的合力作用中心不可位于受压钢筋合理作用中心外侧。当
Figure BDA0003058797740000021
时，混凝土的合力作用中心和受压钢筋合力作用中心基本重合，所述圆截面不均匀配筋防滑桩的承载力应满足：
为避免界面配筋过多，发生超筋破坏故所述相对界限受压区高度ξb应满足：
Figure BDA0003058797740000022
当
Figure BDA0003058797740000023
时，承载力M的表达式应满足：
Figure BDA0003058797740000024
当
Figure BDA0003058797740000025
时，承载力M的表达式应满足：
Figure BDA0003058797740000026
上述各公式中数据分别表示：
M为桩体(1)的弯矩设计值，单位为kN·m；
α为受压区对应圆心角的弧度值；
r为桩体半径，单位为m；
α′s为受压弧线布设筋对应圆心角的弧度值；
rs为受压弧线布设筋和受拉弧线布设筋对应的圆周半径，单位为m；
αs为受拉弧线布设筋对应圆心角的弧度值；
A为桩体截面面积，单位为m2；
A′sr为受压弧线布设筋总截面面积，单位为m2；
Asr为受拉弧线布设筋总截面面积，单位为m2；
Ash为受拉直线布设筋总截面面积，单位m2；
fc为混凝土轴心抗压强度设计值，单位kN/m2；混凝土轴心抗压强度设计值fc，单位为KN/m2；当混凝土强度等级超过C50时，fc应以α1fc代替，当混凝土等级为C50时，取α1＝1.0，当混凝土强度等级为C80时，取α1＝0.94，其中α1值与混凝土强度等级呈线性关系。
fy为纵向钢筋抗拉强度设计值，单位kN/m2。fy值有具体施工中所采用钢筋的规格进行确定。
进一步的：所述受压区形心到圆心的距离Xc应满足：
Figure BDA0003058797740000027
所述受压区的面积Ac应满足：
Figure BDA0003058797740000031
所述受压弧线布设筋合力作用点到圆心的距离d′sr应满足：
Figure BDA0003058797740000032
进一步的：所述受拉弧线布设筋合力作用点到圆心的距离dsr应满足：
Figure BDA0003058797740000033
所述受拉直线布设筋合力作用点到圆心的距离dsh应满足：
dsh＝rs cosπαs。
进一步的：布设所述拉弧线布设筋、受拉直线布设筋和受压弧线布设筋的净距不小于80mm。
所述桩体半径可为1000mm、fc值可为14.3N/mm2、fy值可为360N/mm2、ξb值可为0.518、αs值可为1/3、α′s值可为0.25、保护层厚度为60mm、每束所述受拉弧线布设筋和所述受拉直线布设筋均由三条钢筋组成、每束所述受压弧线布设筋均由两条钢筋组成，钢筋直径28mm，此时，设置的所述拉受弧线布设筋不多于14束，设置的所述受拉直线布设筋不多于10束，设置的所述受压弧线布设筋不多于11束。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种圆截面不均匀配筋防滑桩，圆截面抗滑桩采用不均匀配今后，相对均匀配筋的方式可以显著提高其抗弯能力，有利于在拓展圆截面防滑桩在支挡工程中的应用，同时能够降低施工难度简化施工，并且通过减少钢筋的使用从而降低工程造价。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-桩体，2-受拉弧线布设筋，3-受拉直线布设筋，4-受压弧线布设筋，5-保护层，10-受拉区，20-受压区，30-中间区域。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，本发明一种圆截面不均匀配筋防滑桩，防滑桩包括桩体1、受拉弧线布设筋2、受拉直线布设筋3和受压弧线布设筋4，所述桩体1包括呈扇形的受拉区10、呈弓形的受压区20和中间区域30；
所述扇形和弓形的半径相等且二者外侧边沿均靠近桩体1边沿；
所述受压区10高度满足相对界限受压区高度ξb的要求；
多束所述受拉弧线布设筋2设置于受拉区10对应的圆弧上；
多束所述受拉直线布设筋3设置于受拉区10对应圆弧两端点的连线上；
多束所述受压弧线布设筋4设置于受压区20对应的圆弧上；
所述中间区域30对应的圆弧上设置有多条用于增强结构强度钢筋。
所述受拉区10靠近受力一侧，所述受压区20远离受力一侧；
所述受拉区10扇形截面的中线与所述受压区20弓形截面的弦垂直。
所述扇形和弓形的外侧边与桩体1外沿之间形成保护层5。
所述圆截面不均匀配筋防滑桩的承载力应满足：
所述相对界限受压区高度ξb应满足：
Figure BDA0003058797740000041
当
Figure BDA0003058797740000042
时，承载力M的表达式应满足：
Figure BDA0003058797740000043
当
Figure BDA0003058797740000044
时，承载力M的表达式应满足：
Figure BDA0003058797740000045
上述各公式中数据分别表示：
M为桩体1的弯矩设计值，单位为kN·m；
α为受压区20对应圆心角的弧度值；
r为桩体1半径，单位为m；
α′s为受压弧线布设筋4对应圆心角的弧度值；
rs为受压弧线布设筋4和受拉弧线布设筋2对应的圆周半径，单位为m；
αs为受拉弧线布设筋2对应圆心角的弧度值；
A为桩体1截面面积，单位为m2；
A′sr为受压弧线布设筋4总截面面积，单位为m2；
Asr为受拉弧线布设筋2总截面面积，单位为m2；
Ash为受拉直线布设筋3总截面面积，单位m2；
fc为混凝土轴心抗压强度设计值，单位kN/m2；
fy为纵向钢筋抗拉强度设计值，单位kN/m2。
所述受压区20形心到圆心的距离Xc应满足：
Figure BDA0003058797740000051
所述受压区20的面积Ac应满足：
Figure BDA0003058797740000052
所述受压弧线布设筋4合力作用点到圆心的距离d′sr应满足：
Figure BDA0003058797740000053
所述受拉弧线布设筋2合力作用点到圆心的距离dsr应满足：
Figure BDA0003058797740000054
所述受拉直线布设筋3合力作用点到圆心的距离dsh应满足：
dsh＝rs cosπαs。
布设所述拉弧线布设筋2、受拉直线布设筋3和受压弧线布设筋4的净距不小于80mm。
所述桩体1半径可为1000mm、fc值可为14.3N/mm2、fy值可为360N/mm2、ξb值可为0.518、αs值可为1/3、α′s值可为0.25、保护层5厚度为60mm、每束所述受拉弧线布设筋2和所述受拉直线布设筋3均由三条钢筋组成、每束所述受压弧线布设筋4均由两条钢筋组成，钢筋直径28mm，此时，设置的所述拉受弧线布设筋2不多于14束，设置的所述受拉直线布设筋3不多于10束，设置的所述受压弧线布设筋4不超过11束。
实施例2：
在具体实施中，圆截面抗滑桩桩体半径为1m，混凝土采用C30(fc＝14.3N/mm2)，钢筋采用HRB400(fy＝360N/mm2)，对应相对界限受压区高度ξb＝0.518，受拉区10受拉弧线布设筋2对应圆心角弧度值αs＝1/3，受压区10受压弧线布设筋4对应圆心角弧度值α′s＝1/4，对此事防滑桩承载力M进行计算：
方案一：最经济的配筋方法(考虑使得混凝土的作用发挥到最大，即α取极限值)
r＝1000mm，保护层厚60mm即取rs＝1000-80＝920mm，将αs＝1/3代入公式得α≤0.4216，此时取α＝0.4216，由力平衡方程得，此时要使得钢筋总量最大，受拉区10需要尽可能多的设置钢筋(直径为28mm)；
受拉区10受拉弧线布设筋2布设长度
Figure BDA0003058797740000061
此时考虑钢筋之间最小净距为80mm，则弧线上最多可布设14束受拉弧线布设筋2；受拉直线布设筋3长度lsh＝2rssinπαs-3*28-2*80＝1349.49mm，则弧线上最多可布设10束受拉直线布设筋3；
将fc、fy、α、r、Asr、Ash的值代入公式解得A′sr＝1109mm2；
将fc、fy、α、αs、α′s、r、Asr、Ash、A′sr的值代入公式解得此时承载力M＝19168kN·m，此时钢筋总量为Asr+Ash+A′sr＝45437mm2。
方案二：
考虑钢筋发挥最大作用，受拉区和受压区均布满钢筋，计算受压混凝土对应圆心角是否在限定范围内。
受压区20受压弧线布设筋4的布设长度
Figure BDA0003058797740000062
考虑钢筋之间最小净距为80mm，弧线上最多可布设11束受压弧形布设筋4；
将fc、fy、r、Asr、Ash、A′sr的值代入公式解得α＝0.3314，满足计算要求；
将fc、fy、α、αs、α′s、r、Asr、Ash、A′sr的值代入公式解得此时抗滑桩承载力M＝22324kN·m，此时钢筋总量为Asr+Ash+A′sr＝64645mm2。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种圆截面不均匀配筋防滑桩，其特征在于，包括桩体(1)、受拉弧线布设筋(2)、受拉直线布设筋(3)和受压弧线布设筋(4)，所述桩体(1)包括、截面呈扇形的受拉区(10)以及截面呈弓形的受压区(20)，所述中间区域(30)位于所述受拉区(10)与所述受压区(20)之间；
所述扇形的圆心与圆截面的圆心重合，所述扇形的弧边与所述弓形的弧边位于以所述圆截面圆心为中心的同一个圆上；
所述受压区(10)高度满足相对界限受压区高度ξb的要求；
多束所述受拉弧线布设筋(2)设置于受拉区(10)对应的弧边上；
多束所述受拉直线布设筋(3)设置于受拉区(10)对应弧边两端点的连线上；
多束所述受压弧线布设筋(4)设置于受压区(20)对应的弧边上；
所述中间区域(30)对应的弧边上设置有多条用于增强结构强度钢筋。
2.根据权利要求1所述的一种圆截面不均匀配筋防滑桩，其特征在于，所述受拉区(10)靠近受力一侧，所述受压区(20)远离受力一侧；
所述受拉区(10)扇形截面的中线与所述受压区(20)弓形截面的弦垂直。
3.根据权利要求1所述的一种圆截面不均匀配筋防滑桩，其特征在于，所述扇形和弓形的外侧边与桩体(1)外沿之间形成保护层(5)。
4.根据权利要求1所述的一种圆截面不均匀配筋防滑桩，其特征在于，所述圆截面不均匀配筋防滑桩的承载力应满足：
所述相对界限受压区高度ξb应满足：
Figure FDA0003058797730000011
当
Figure FDA0003058797730000012
时，承载力M的表达式应满足：
Figure FDA0003058797730000013
当
Figure FDA0003058797730000014
时，承载力M的表达式应满足：
Figure FDA0003058797730000015
上述各公式中数据分别表示：
M为桩体(1)的弯矩设计值，单位为kN·m；
α为受压区(20)对应圆心角的弧度值；
r为桩体(1)半径，单位为m；
α′s为受压弧线布设筋(4)对应圆心角的弧度值；
rs为受压弧线布设筋(4)和受拉弧线布设筋(2)对应的圆周半径，单位为m；
αs为受拉弧线布设筋(2)对应圆心角的弧度值；
A为桩体(1)截面面积，单位为m2；
A′sr为受压弧线布设筋(4)总截面面积，单位为m2；
Asr为受拉弧线布设筋(2)总截面面积，单位为m2；
Ash为受拉直线布设筋(3)总截面面积，单位m2；
fc为混凝土轴心抗压强度设计值，单位kN/m2；
fy为纵向钢筋抗拉强度设计值，单位kN/m2。
5.根据权利要求4所述的一种圆截面不均匀配筋防滑桩，其特征在于，所述受压区(20)形心到圆心的距离Xc应满足：
Figure FDA0003058797730000021
所述受压区(20)的面积Ac应满足：
Figure FDA0003058797730000022
所述受压弧线布设筋(4)合力作用点到圆心的距离d′sr应满足：
Figure FDA0003058797730000023
6.根据权利要求5所述的一种圆截面不均匀配筋防滑桩，其特征在于，所述受拉弧线布设筋(2)合力作用点到圆心的距离dsr应满足：
Figure FDA0003058797730000024
所述受拉直线布设筋(3)合力作用点到圆心的距离dsh应满足：
dsh＝rscosπαs。
7.根据权利要求1所述的一种圆截面不均匀配筋防滑桩，其特征在于，布设所述受拉弧线布设筋(2)、受拉直线布设筋(3)和受压弧线布设筋(4)的净距不小于80mm。
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