独柱式四桩承台破坏模式及抗裂性能的试验研究健1龙佩恒1张连普2刘庆仁2王(11土木工程系,北京100044)(21北京市政设计研究总院,北京100035)摘要:通过模型试验研究,确定了独柱式四桩承台的破坏模式和力学计算模型,在分析试验结果的基础上,提出了改善承台混凝土抗裂性能的技术措施及方法.研究结果对城市桥梁现行的独柱式四桩承台设计方法的改进具有一定的指导意义.关键词:桩基;承台;模型;抗裂性:U443.2文献标识码:A和改善抗裂性能的技术方法,试验结论对现行的承台设计方法的改进具有一定的指导意义.0引言桩基承台是将桩基础和桥墩连接为整体并将桥梁上部荷载传递给桩基的重要构件.承台受力复杂,影响因素很多,在工程设计中采用何种计算模式对计算结果影响很大,并直接影响结构的安全使用.目前国内外采用的计算方法有:我国桥梁设计规范采用“桁架法或深梁法”,美国和前苏联采用“以板梁理论为基础的受弯构件计算方法”,英国和加拿大采用“桁架(拉压杆)力学模型”等.独柱式四桩承台作为城市桥梁广泛采用的承台结构形式,其特点是承台所受墩柱作用荷载大,桩间距和桩柱间距小的特点,其受载破坏模式与常用桩基承台的计算方法存在一定的差异,目前,独柱式四桩承台的破坏模式尚没有确定的力学模型,如何确定其力学模型一直困扰着设计人员,致使在设计过程中只能采用最保守的计算模式,以确保设计的安全性,在一定程度上存在材料浪费的问题,同时承台开裂后,钢筋混凝土结构的耐久性是影响其使用寿命的关键,特别是埋于地下的混凝土结构受地下水和腐蚀性物质的侵蚀,混凝土材料退化、钢筋锈蚀问题将进一步加剧混凝土裂缝的扩展.因此,提高混凝土结构的抗裂性能对改善承台使用性能延长结构的使用寿命具有重要作用.针对这一问题,本文进行了独柱式四桩承台破坏模1模型试验111模型尺寸实验模型与原型几何比例为1/4,模型尺寸、平面及立面图如图1、2所示.112模型材料承台模型分别采用普通混凝土和钢纤维混凝土材料。(见表1)113实验加载方法将出现肉眼可见(约0.002mm)裂缝时荷载定义为初裂荷载,将裂缝达到0.2mm时的荷载定义为开裂荷载,将加荷至试件变形无法稳定、无法持荷而卸载时所达到的荷载定义为极限荷载.每一个承台模型在实验加载前首先读取钢筋和混凝土应力测点初读数.加载级差为200kN,通过现场观测与实验监控,初期裂缝产生之后加载级差改为100kN,直至终极荷载3000kN或承台完全破坏.加载情况如图3、4所示,利用油压千斤顶加压,模拟墩底垂直力荷载.在各级荷载下,用静态电阻应变仪量测混凝土及钢筋测点的应变值,用放图1承台平面图(cm)图2承台立面图(cm)表1承台模型材料承台底层配筋(mm2/m2)外形尺寸(m)承台编号承台材料宽高配筋率主筋及局部加强配筋及方式底层为19Φ12、桩顶6Φ12钢筋底层为19Φ12、桩顶6Φ12钢筋底层为19Φ12、桩顶6Φ12普通混凝土普通混凝土普通混凝土1231.351.350.550.5535.0635.06第一组底层为19Φ12底层为19Φ12451.351.0.550.21.4921.普通混凝土普通混凝土第二组61.350.5521.49底层为19Φ12钢纤维混凝土第三组71.350.5521.49底层为19Φ12钢纤维混凝土图3承台加载图示图4加载过程2承台的破坏模式面下方率先出现裂缝,裂缝宽度为0.02mm.裂缝扩展到承台厚度的1/5左右,如图5、6.加载达到2000kN时,承台四个侧面均出现裂缝,裂缝扩展到承台厚度的2/5,裂缝宽度0.05～0.1mm.承台底211第一组模型当加载吨位至1600kN时,在相邻桩间承台侧由边缘向中心方向发展,如图7、8所示.当加载达到2300kN时,承台侧面裂缝扩展到顶面,裂缝宽度0.2～0.3mm,承台底面裂缝继展直至贯通,加载达到3000kN时,承台侧面和底面裂缝宽度为0.8～0.9mm,如图9、10.图5承台底面初期裂缝分布图6承台侧面初期裂缝分布图72300kN时承台底面裂缝分布图82300kN时承台侧面裂缝分布图93000kN时承台底面裂缝分布图103000kN时承台侧面裂缝分布212第二组模型当加载吨位至1200kN时,在承台四个侧面均出现宽度为0.02mm的裂缝.裂缝高度达到承台模型厚度的1/6左右.随着荷载的增加,裂缝扩展迅速,当加载达到1600kN时,承台侧面裂缝扩展至承台厚度的5/6,裂缝宽度达0.4～0.8mm,承台底面形成贯通裂缝.当加载达到2000kN时,承台侧面裂缝扩展至承台顶面,裂缝宽度...