导言
本文将简介澳洲桩基规范AS2159的第五到七章:结构设计、耐久性设计,以及材料和施工要求。
本章对桩的极限结构强度作了规定。桩的类别涉及了混凝土桩、钢桩、钢混组合桩,以及木桩。
就基本的设计原则而言,桩的设计结构强度(the design structural strength) 为极限结构强度(ultimate structural strength) 与两个折减系数,即结构强度折减系数,和混凝土浇筑系数 (国内规范有这个系数吗?)的乘积。
规范特别提及,对于受弯的桩,设计弯矩应取以下两种情形中的较大值:
强度设计荷载组合所产生的弯矩与安装偏差(位置或角度)导致的弯矩之和; 这里即设计最大轴力,为弯曲方向的截面总体最小宽度。
就是说要充分考虑轴向力的偏心作用,尤其对于弯矩较小的情形。
当桩伸出地面或者位于软土中时,也虑失稳的可能。
此外,如果桩需要接长(spliced),接头的设计需要充分考虑打桩和正常使用期间的应力状态,连接的可靠性和耐久性。
1.1 混凝土桩
混凝土桩极限结构强度 的计算涉及较多结构计算细节,暂不在这篇文章中展开,仅就两个折减系数和配筋要求作介绍。
结构强度折减系数 - 与结构所受的荷载类型(轴向拉压、弯、剪、扭)、偏心程度,以及钢筋类型(普通还是低延性钢筋, Normal or Low ductility)有关,大体上该系数在0.7左右。
混凝土浇筑系数 - 该系数可取1或0.75,粗略对应各种桩型和施工方法的不同控制标准。例如CFA桩在有完整、实时的螺杆上提速率、泵送混凝土压力、体积以及桩长监控时,可取1;在仅有部分指标监控,如混凝土压力和体积时,要取0.75。
配筋率。预制桩的配筋率应 ,并且一般情况;对于非预制桩,配筋率应,地面以上部分(包括地面以下3倍桩径部分)应,一般情况下最大配筋率应。
部分配筋桩。在桩中弯矩和轴向拉力的作用不再显著(此判断略主观)的位置一倍锚固长度(development length)以下,且设计轴力 ,可以不再配置钢筋。
1.2 钢桩、钢混组合桩和木桩
钢桩的结构设计主要参考;
钢混组合桩主要参考;
木桩则参考
网上有一篇对悉尼的硫酸土的介绍,引在下面供读者参考。
悉尼的酸性土壤详解 https://www.sohu.com/a/390807771_770312
2.1 混凝土桩的耐久性设计
首先,我们要确定桩的暴露等级(Exposure Classfication),根据该等级来确定如下各项耐久性要求:
混凝土的最小强度和钢筋保护层厚度; 混凝土的化学成分限制; 混凝土的骨料选择; 混凝土裂缝宽度限制等。
2.1.1 暴露等级
在水、垃圾填埋场和土壤这三类主要的环境中,根据具体的暴露条件,共分“无腐蚀”、“轻微”、“中度”、“严重”和“很严重”这五个等级。
水中:
垃圾填埋场中:
土中:
2.1.2 耐久性要求
混凝土强度和钢筋保护层厚度对应不同的暴露等级的具体规定:
混凝土中化学成分的规定应参照 和 ;
裂缝宽度应 ;
骨料则应参照
2.2 钢桩的耐久性设计
相似地,首先我们要确定暴露等级。
在水中:
垃圾填埋场中:
土中:
等级确定后,钢桩的耐久性设计主要从这三个方面着手:
腐蚀裕量(corrosion allowance);
涂层(coating);
阴极保护(cathodic protection)。
2.3 木桩的耐久性设计
木材的选择和化学处理是其耐久性设计的主要考量。具体可参考。
3.1 材料要求
关于材料要求本文仅列出相关规范。
混凝土 | 砂浆 | 钢 | 木 |
---|---|---|---|
, , | , , | , , , , , | , , |
3.2 预制挤土桩
3.2.1 尺寸偏差的要求(砼,钢,木等)
类别 | 偏差 |
---|---|
长度 | 设计长度 |
截面尺寸 | 砼桩和钢桩 [-5% ~ 10%]设计尺寸;木桩略 |
平直度 | 砼桩和钢桩 min{1/250L, 50 mm} |
连接点 | 角度偏差1/100 |
3.2.2 操作和存放
操作吊装所产生钢筋拉应力
3.2.3 打桩
锤击过程所产生的应力应满足这些要求:
桩身材料 | 应力要求 |
---|---|
砼 | 压应力;拉应力 (配筋率) 或(配筋率) |
钢 | |
木 | 略 |
3.2.4 压桩
最大压桩力的估算可使用公式:
式中, 为压桩系数,
任何情况下1.4, 桩长>15m时取1.5; 桩长8-15m之间时取1.75; 桩长<8m时取2.2。
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作者:XY