CN114134883B - 一种低预应力度高延性混合配筋混凝土桩及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑混凝土桩领域，具体说是一种低预应力度高延性混合配筋混凝土桩及其制作方法，包括混凝土桩身和其截面形状匹配的钢筋笼组件，所述钢筋笼组件包括纵向预应力钢筋和抗剪箍筋，所述抗剪箍筋环绕固定于预应力钢筋外围且通长布置；所述预应力钢筋包括间隔排列的预应力钢棒和强度钢筋，所述预应力钢棒的张拉控制应力σ_con为抗拉强度标准值f_ptk的0.5～0.6倍，所述强度钢筋的张拉控制应力σ_con为其屈服强度标准值f_yk的0.5～0.6倍；本发明解决了传统PHC混凝土管桩承载力低，延性差的问题，同时相较PRC混合配筋管桩，能够充分利用高强热扎带肋钢筋屈服后的变形能力，从而提高构件的延性及其安全储备，使其能够在抗震设防烈度区具有更广泛的应用。

Description

一种低预应力度高延性混合配筋混凝土桩及其制作方法

技术领域

本发明涉及建筑混凝土桩领域，具体说是一种低预应力度高延性混合配筋混凝土桩及其制作方法。

背景技术

预应力混凝土管桩，简称PHC管桩，因具备单桩竖向承载力高、耐腐蚀性好、成本低等优点被广泛应用于建筑桩基、边坡支护等工程中。但预应力混凝土管桩抗弯承载力较小，延性较差，在抗震设防区以及边坡的支护工程中使用存在着一定的局限性。混合配筋预应力混凝土管桩，简称PRC管桩，是在PHC管桩中配置一定数量的非预应力钢筋而形成的一种新型预应力混凝土管桩。PRC管桩作为一种延性相对较好的产品，广泛应用于支护工程的桩基工程等。

在实际工程当中，只要满足起吊及打桩要求，桩身并不需要较大的预压应力。上述预应力混凝土管桩中预应力钢棒均采用0.72f_ptk当作为其张拉控制应力，从而在混凝土桩身实现有效预压应力。对于PHC桩由于其张拉控制应力较大，其从受力到破坏，钢筋(棒)可发挥应力过小，造成延性较差。因此，对其配置一定数量的非预应力钢筋来改善这一性状，即PRC管桩。对PRC管桩而言，延性较PHC管桩得到了一定程度的提高，但非预应力钢筋的性能未得到充分发挥。因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于克服背景技术中所描述的缺陷，从而实现一种低预应力度高延性混合配筋混凝土桩及其制作方法，解决了传统PHC混凝土管桩承载力低，延性差的问题，同时相较PRC混合配筋管桩，能够充分利用高强热扎带肋钢筋屈服后的变形能力，从而提高构件的延性及其安全储备，使其能够在抗震设防烈度区具有更广泛的应用。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种低预应力度高延性混合配筋混凝土桩，包括混凝土桩身，所述混凝土桩身采用C105级混凝土浇铸成型。所述混凝土桩身内设置有截面与混凝土桩身截面形状匹配的钢筋笼组件，所述钢筋笼组件包括纵向预应力钢筋和抗剪箍筋，所述预应力钢筋为多根相互平行设置的钢筋结构，所述抗剪箍筋环绕固定于预应力钢筋外围且通长布置。所述预应力钢筋包括间隔排列的预应力钢棒和强度钢筋，所述预应力钢棒的张拉控制应力σ_con为抗拉强度标准值f_ptk的0.5～0.6倍，所述强度钢筋的张拉控制应力σ_con为其屈服强度标准值f_yk的0.5～0.6倍。

进一步地，在上述低预应力度高延性混合配筋混凝土桩中，所述混凝土桩身为高速离心工艺制作的空心管状结构，且混凝土桩身的截面形状为圆环形或空心方形。

进一步地，在上述低预应力度高延性混合配筋混凝土桩中，所述预应力钢筋两端的混凝土桩身端部固定设置有钢筋端板，所述钢筋端板包括层叠设置的外层端板和内层端板，所述外层端板与预应力钢棒或强度钢筋端部固定连接，所述内层端板与强度钢筋或预应力钢棒端部固定连接；所述外层端板固定的预应力钢棒或强度钢筋对应的内层端板上开设有配合孔，供外层端板上固定的预应力钢棒或强度钢筋通过。

进一步地，在上述低预应力度高延性混合配筋混凝土桩中，所述预应力钢筋的预应力钢棒采用1420MPa或1570MPa级中低松弛螺旋槽钢棒，公称直径为10.7mm或12.6mm；所述预应力钢筋的强度钢筋采用HRB500、HRB630及以上等级的热扎带肋钢筋，公称直径为10mm～14mm。

进一步地，在上述低预应力度高延性混合配筋混凝土桩中，所述抗剪箍筋单螺旋通长环绕固定于预应力钢筋外围，且相邻筋体间隔50mm～80mm，所述螺旋箍筋优选采用冷拔低碳钢丝，公称直径为4mm～6mm。

另外，本发明还公开一种低预应力度高延性混合配筋混凝土桩的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：准备如上所述的预应力钢棒、强度钢筋和抗剪箍筋材料。

步骤2：采用专门的分批张拉设备，对预应力钢棒与强度钢筋采取不同的张拉控制应力分批张拉，张拉设备对预应力钢棒的张拉控制应力σ_con设置为0.5～0.6倍的其抗拉强度标准值f_ptk，张拉设备对强度钢筋的张拉控制应力σ_con为0.5～0.6倍的其屈服强度标准值f_yk。

步骤3：按照如上所述的钢筋笼组件的结构，对张拉后的预应力钢棒端部固定于内层端板或外层端板上，对张拉后的强度钢筋端部固定于外层端板或内层端板上，之后结合单螺旋的抗剪箍筋进行滚焊固定安装，得到钢筋笼组件。

步骤4：最后采用高速离心工艺浇铸制作上述钢筋笼组件的混凝土桩身，得到低预应力度高延性混合配筋混凝土桩。

本发明的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩及其制作方法的有益效果：

1.本发明的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩及其制作方法，在满足工程对桩承载力要求的前提下，通过调整预应力钢筋的预应力钢棒和强度钢筋的张拉控制应力，使桩身混凝土达到不同的有效预压应力，从而满足工程中对桩身不同的抗裂性能要求。

2.本发明的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩，与PHC管桩相比，能够大幅度提高变形能力，获得更高的延性。改变了传统预应力混凝土桩预应力钢棒拉断脆性破坏的模式，使其转变为受压区混凝土压碎而后钢筋达到其抗拉强度设计值的延性破坏，从而大大降低了工程事故的发生概率，显著提高了施工工程的安全性。

3.本发明的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩，相较于普通PRC桩，在受力时，由于延性较好强度钢筋被施加预应力，所以能够更快达到屈服阶段，而属于脆性材料的预应力钢棒，其预应力程度降低，延迟钢棒达到极限状态，这样有利于提高预应力混凝土桩的整体变形性能，并使其具有更大的安全储备，从而进一步保证桩身的可靠性。

4.本发明的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩，混凝土桩身采用C105级混凝土浇铸成型，相较于普通预应力混凝土管桩，能够大幅度提高桩身抗锤击能力、抗裂性能、抗剪能力等工作性能。

5.本发明的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩，内层端板与预应力钢棒固定连接，所述外层端板与强度钢筋固定连接，或者相反结构连接，即预应力钢棒和强度钢筋分别固定在不同的层的端板上，二者的张拉应力不同，施加给混凝土桩的预应力相互不受影响，能够使混凝土桩身变形性能更加适应不同工况的工程需求。

附图说明

图1是本发明实施例1的混凝土桩的正视剖面结构示意图；

图2是本发明实施例1的混凝土桩钢的钢筋笼组件的结构示意图；

图3是本发明实例1的混凝土桩横截面的结构示意图；

图4是本发明实例3的混凝土桩横截面的结构示意图。

图中：1-混凝土桩身；

2-纵向预应力钢筋，201-预应力钢棒，202-强度钢筋；

3-抗剪箍筋；

4-钢筋端板，401-外层端板，402-内层端板；

5-配合孔，6-桩身截面。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施方式对本发明的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩及其制作方法做更加详细的描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

本实施例的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩，解决了传统PHC混凝土管桩承载力低，延性差的问题，同时相较PRC混合配筋管桩，能够充分利用高强热扎带肋钢筋屈服后的变形能力，从而提高构件的延性及其安全储备，使其能够在抗震设防烈度区具有更广泛的应用。具体参见图1-图4，其主要包括混凝土桩身，在本实施例中，所述混凝土桩身采用C105级混凝土浇铸成型。所述混凝土桩身为高速离心工艺制作的空心管状结构，在本实施例中，所述混凝土桩身的截面形状为圆环形。所述混凝土桩身内设置有截面与混凝土桩身截面形状匹配的钢筋笼组件，所述钢筋笼组件包括纵向预应力钢筋和抗剪箍筋，所述预应力钢筋为多根相互平行设置的钢筋结构，所述抗剪箍筋环绕固定于预应力钢筋外围且通长布置。所述预应力钢筋包括间隔排列的预应力钢棒和强度钢筋，所述预应力钢棒的张拉控制应力σ_con为抗拉强度标准值f_ptk的0.5～0.6倍，所述强度钢筋的张拉控制应力σ_con为其屈服强度标准值f_yk的0.5～0.6倍，按照此标准对预应力钢棒与强度钢筋采取不同的张拉控制应力分批张拉。

在本实施例中，参见图2，所述预应力钢筋两端的混凝土桩身端部固定设置有钢筋端板，所述钢筋端板包括层叠设置的外层端板和内层端板，所述外层端板与强度钢筋端部固定连接，所述内层端板预应力钢棒端部固定连接；所述外层端板固定的预应力钢棒或强度钢筋对应的内层端板上开设有配合孔，供外层端板上固定的预应力钢棒或强度钢筋通过。即预应力钢棒和强度钢筋分别固定在不同的层的端板上，二者的张拉应力不同，施加给混凝土桩的预应力相互不受影响，能够使混凝土桩身变形性能更加适应不同工况的工程需求。

在本发明中，所述钢筋笼组件为核心构件，具体地，所述预应力钢筋的预应力钢棒采用1570MPa级中低松弛螺旋槽钢棒，公称直径为12.6mm。所述预应力钢筋的强度钢筋采用HRB500等级以上的热扎带肋钢筋，公称直径为12mm，在本实施例中，强度钢筋优选HRB630的热扎带肋钢筋。所述抗剪箍筋单螺旋通长环绕固定于预应力钢筋外围，且相邻筋体间隔60mm，所述螺旋箍筋在本实施例中采用冷拔低碳钢丝，公称直径采用6mm。所述预应力钢棒和强度钢筋的配筋量和直径数据可依据实际工程需求灵活确定，以满足不同工程对桩承载力的要求。

另外，本发明还公开一种低预应力度高延性混合配筋混凝土桩的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：准备如上所述的预应力钢棒、强度钢筋和抗剪箍筋等材料。

步骤2：采用专门的分批张拉设备，对预应力钢棒与强度钢筋采取不同的张拉控制应力分批张拉，张拉设备对预应力钢棒的张拉控制应力σ_con设置为0.5倍的其抗拉强度标准值f_ptk，并将预应力钢棒固定于内层端板上。张拉设备对强度钢筋的张拉控制应力σ_con为0.6倍的其屈服强度标准值f_yk，并将强度钢筋固定于外层端板上。

步骤3：按照如上所述的钢筋笼组件的结构，对张拉后的预应力钢棒端部固定于内层端板或外层端板上，对张拉后的强度钢筋端部固定于外层端板或内层端板上，之后结合单螺旋的抗剪箍筋进行滚焊固定安装，得到钢筋笼组件。

步骤4：最后采用高速离心工艺浇铸制作上述钢筋笼组件的混凝土桩身，属于先张法预应力混凝土结构，预应力钢筋通过粘结作用对混凝土施加预压应力，得到低预应力度高延性混合配筋混凝土桩。

实施例2：

与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：张拉设备对预应力钢棒的张拉控制应力σ_con设置为0.6倍的其抗拉强度标准值f_ptk，并将预应力钢棒固定于外层端板上。张拉设备对强度钢筋的张拉控制应力σ_con为0.6倍的其屈服强度标准值f_yk，并将强度钢筋固定于内层端板上。

实施例3：

与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：参见图4，所述混凝土桩身为高速离心工艺制作的空心管状结构，在本实施例中，所述混凝土桩身的截面形状为空心方形，所述预应力钢棒和强度钢筋沿方桩方形空心横截面分层式间隔均匀分布，并与方形箍筋固定在一起形成本实施例的钢筋笼组件。

实施例4：

与实施例3相同之处不再赘述，不同之处在于：张拉设备对预应力钢棒的张拉控制应力σ_con设置为0.6倍的其抗拉强度标准值f_ptk，并将预应力钢棒固定于外层端板上。张拉设备对强度钢筋的张拉控制应力σ_con为0.5倍的其屈服强度标准值f_yk，并将强度钢筋固定于内层端板上。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中如使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低预应力度高延性混合配筋混凝土桩，包括混凝土桩身，所述混凝土桩身内设置有截面与混凝土桩身截面形状匹配的钢筋笼组件，其特征在于：所述钢筋笼组件包括纵向预应力钢筋和抗剪箍筋，所述预应力钢筋为多根相互平行设置的钢筋结构，所述抗剪箍筋环绕固定于预应力钢筋外围且通长布置；所述预应力钢筋包括间隔排列的预应力钢棒和强度钢筋，所述预应力钢棒的张拉控制应力σ_con为抗拉强度标准值f_ptk的0.5～0.6倍，所述强度钢筋的张拉控制应力σ_con为其屈服强度标准值f_yk的0.5～0.6倍；

所述预应力钢筋的预应力钢棒采用1420MPa或1570MPa级中低松弛螺旋槽钢棒，所述预应力钢筋的强度钢筋采用HRB500及以上等级的热轧带肋钢筋；

所述预应力钢筋两端的混凝土桩身端部固定设置有钢筋端板，所述钢筋端板包括层叠设置的外层端板和内层端板，所述外层端板与预应力钢棒或强度钢筋端部固定连接，所述内层端板与强度钢筋或预应力钢棒端部固定连接；所述外层端板固定的预应力钢棒或强度钢筋对应的内层端板上开设有配合孔，供外层端板上固定的预应力钢棒或强度钢筋通过。

2.根据权利要求1所述的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩，其特征在于：所述混凝土桩身采用C105级混凝土浇筑，且为高速离心工艺制作的空心管状结构，所述混凝土桩身的截面形状为圆环形或空心方形。

3.根据权利要求1所述的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩，其特征在于：所述预应力钢筋的预应力钢棒的公称直径为10.7mm或12.6mm；所述预应力钢筋的强度钢筋的公称直径为10mm～14mm。

4.根据权利要求1所述的低预应力度高延性混合配筋混凝土桩，其特征在于：所述抗剪箍筋单螺旋通长环绕固定于预应力钢筋外围，且相邻筋体间隔50mm～80mm，所述螺旋箍筋采用冷拔低碳钢丝，公称直径为4mm～6mm。

5.一种低预应力度高延性混合配筋混凝土桩的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：准备如权利要求1-4任一项所述的预应力钢棒、强度钢筋和抗剪箍筋材料；

步骤2：采用专门的分批张拉设备，对预应力钢棒与强度钢筋采取不同的张拉控制应力分批张拉，张拉设备对预应力钢棒的张拉控制应力σ_con设置为0.5～0.6倍的其抗拉强度标准值f_ptk，张拉设备对强度钢筋的张拉控制应力σ_con为0.5～0.6倍的其屈服强度标准值f_yk；

步骤3：按照权利要求1-4任一项所述的钢筋笼组件的结构，对张拉后的预应力钢棒端部固定于内层端板或外层端板上，对张拉后的强度钢筋端部固定于外层端板或内层端板上，之后结合单螺旋的抗剪箍筋进行滚焊固定安装，得到钢筋笼组件；

步骤4：最后采用高速离心工艺浇铸制作上述钢筋笼组件的混凝土桩身，得到低预应力度高延性混合配筋混凝土桩。