“建華工程獎”首批申報項目,現已經過申報、專家預審、專家審查以及“建華工程獎”獎勵委員會委員審定及社會公示等程序,確定授予集體一等獎2項,分別為:華東建筑設計研究院有限公司的《預應力混凝土管樁在超高層與大型綜合體建筑工程中的設計與應用》、河北工業大學河北省建筑科學研究院的《預應力混凝土管樁的抗震性能及新進展》;二等獎1項,為:鄭州大學綜合設計研究院有限公司的《河南省工程建設標準設計DBJT19-34-2009/09YG101混合配筋預應力混凝土管樁(PRC)》;三等獎2項,分別為:河南省黃河河務局的《黃河支護導流黃樁工程》、安徽省建筑科學研究設計院的安徽省工程建筑標準設計圖集《先張法預應力混凝土抗拔管樁(抱箍式連接)》的編制與應用;個人三等獎1項,為:青島理工大學的《混凝土管樁全過程承載性能評價研究》。自4月1日起,“建華工程獎”擬授獎名單已在中國土木工程學會土力學及巖石力學分會官網、中國混凝土與水泥制品協會官網、建華管樁集團官網等進行了為期一個月的公示。
預應力混凝土管樁的抗震性能及新進展
項目榮獲:集體一等獎,獲獎單位:河北工業大學 河北省建筑科學研究院
隨著基礎建設規模不斷擴大,越來越多的工程項目需要采用預應力混凝土管樁基礎,以滿足建(構)筑物對樁基礎承載力和變形的要求,保證建(構)筑物安全和正常使用。河北省自2003年開始應用預應力混凝土管樁技術。隨著經濟的發展和工程建設規模的擴大,在工程建設項目中大量應用,應用量已經超過數百項工程。
2010年9月1日,國家標準圖集《預應力混凝土管樁》(10G409) 修改了原國家標準圖集《預應力混凝土管樁》(03SG409)規定的適用范圍——為非抗震地區和抗震設防烈度為6、7度地區,若將PHC管樁使用于抗震烈度為8度的地區則需另行驗算。規定的適用范圍“為非抗震地區和抗震設防烈度小于等于8度地區的工業與民用建筑、構筑物等工程的低承臺樁基礎,抗震設防烈度為8度且建筑場地類別是Ⅲ、Ⅳ類時慎用”,至于如何進行“另行驗算”標準圖集和相應的規程規范并沒有給出相應的說明。
預應力混凝土管樁在靜力條件下的承載能力、受力性狀方面,研究得已經比較成熟,形成了獨立的理論體系,但預應力混凝土管樁在地震荷載作用下的動力特性研究還比較少,在預應力混凝土管樁抗震設計時大多數情況下仍需要依靠經驗。而近些年地震災害越來越頻繁的出現,這就更迫切地要求我們了解地震作用下的預應力混凝土管樁的反應特性,因此研究預應力混凝土管樁的抗震性能無論對于設計施工還是安全保障都具有重大的意義。
課題組經過6 年的研究,針對地震烈度、土層特性等因素影響預應力混凝土管樁抗震性能的技術難題,展開結構性能試驗、振動臺試驗、現場試驗、理論分析及仿真模擬硏究,在樁身彎矩變化規律、樁土變形機理、壓彎破壞特性、抗震風險評定等方面取得了突破。發表研究論文9 篇(其中EI檢索6篇),主持并編制了河北省工程建設標準《預應力混凝土管樁基礎技術規程》(DB13(J)/T105-2010),出版研究專著一部,完成碩士論文4 篇,博士論文1篇,取得了較大的社會效益,產生較大的影響。
成果針對預應力混凝土管樁的破壞形態進行了足尺寸抗彎和抗剪承載力試驗,為預應力混凝土管樁受水平力荷載下的基礎設計提供了依據,并為其抗震驗算提供了參考。
對預應力混凝土管樁單及多樁基礎進行了振動臺試驗,首次確定了預應力混凝土管樁樁身彎矩最大值的產生位置約為距離樁頂5~6 倍的樁徑,該截面應該加強配筋或作出相應抗震設防措施的結論。在振動臺試驗的基礎上,通過有限元軟件建立了預應力混凝土管樁時程分析的數值模型,運用計算機模擬技術對振動臺試驗結果進行了補充與完善,進而驗證了預應力混凝土管樁抗震性能的結論。
基于振動臺試驗結果利用加權余量法,揭示了預應力混凝土管樁在振動過程中的弱化規律。根據144根預應力管樁基礎豎向承載力的試計比統計分析,首次校和了總體安全系數值,確定了可靠指標值,得出了設計選用的承載力樁身強度發揮不足50%的結論。
研究成果為樁基礎的抗震設計、施工提供了科學依據,對減少工程質量事故、保證主體結構安全,節約工程投資和縮短建設工期具有重要意義,具有良好的經濟效益和社會效益,推廣應用前景十分廣闊。
專家評審意見為:該成果結合京津城際客運專線等國家重點工程建設,在軟土地區進行了大量現場測試。針對高地震烈度、軟土強度等影響預應力混凝土管樁抗震性能的技術難題,展開結構性能試驗、振動臺試驗、現場試驗、理論分析及仿真模擬硏究,取得了大量的試驗和測試數據。成果較好地解釋了管樁基礎在成層土地基下的性狀,研究成果具有明顯的創新性,處于國內領先水平,對指導工程設計有較大作用,具有良好的經濟效益和社會效益。