滩涂光伏GFRP管桩原位承载试验及反馈分析研究

目前滩涂光伏基础结构主要采用预应力混凝土(PHC)管桩方案,在经济性与施工便利性上存在一定劣势。为提高滩涂光伏施工效率,针对滩涂场地地基承载力较弱、土方开挖困难等特点,在满足承载性能的基础上,优化桩基础施工便利性,提出采用具有重量优势的纤维复合材料桩——玻璃纤维(GFRP)管桩,探索GFRP管桩的承载性能。通过开展现场承载试验,获取GFRP管桩的承载力表现并与PHC管桩进行对比,同时结合数值模拟进行反馈分析。反馈分析及对比成果显示:PHC管桩能够稳定加载至2.0倍设计荷载,而GFRP管桩加载至1.2倍设计荷载之后出现较大挠度。结果表明GFRP管桩的承载性能满足设计荷载要求,但是在变形控制方面劣于现有PHC管桩方案,相比之下PHC管桩具有更充足的安全裕度。通过对GFRP材料桩基础的研究和探索,提出GFRP管桩制作工艺的改进措施,对GFRP管桩今后需要进一步研究的重点进行了展望。

不同桩长对GFRP复合桩竖向承载性能影响研究

目的探究不同桩长对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)桩竖向承载性能的影响。方法分别对普通钢筋混凝土(RC)桩和GFRP复合桩的竖向承载性能进行研究,开展室内模型实验,同时利用有限元软件模拟不同桩长对其竖向承载特性的影响。结果模型试验中,GFRP复合桩的竖向承载力大于RC桩,在桩顶荷载6 kN时,GFRP复合桩侧摩阻力占桩顶荷载的34.1%,RC桩占24.7%,GFRP材料明显改变了桩身的粗糙程度,使桩身界面摩擦特性增强,从而在较高的竖向荷载作用下,产生较小的端阻力。有限元软件模拟中,与RC桩相比,GFRP布与土体的摩擦系数比混凝土与土体的摩擦系数大,有利于GFRP复合桩侧摩阻力的发挥,相同桩长的GFRP复合桩端阻力占比明显低于RC桩。对比桩长5,10,15 m,RC桩,侧摩阻力值占桩基极限承载力的35.69%,42.44%,50.54%,GFRP复合桩的桩身侧摩阻力分别占桩基极限承载力的42.44%,63.09%,75.69%,表明GFRP复合桩是通过增加侧摩阻力来提高竖向承载力的,且桩长越长,GFRP复合桩承载性能提升越明显。结论相同桩长的GFRP复合桩竖向承载力明显高于RC桩;随着桩长增大,GFRP复合桩桩侧摩阻力的发挥效果更好,对应的桩基极限承载力越高,GFRP桩-土的界面摩擦特性发挥越理想。试验结果可为GFRP复合桩的竖向承载力设计提供理论参考。

盐渍土环境下GFRP复合桩耐久性能研究

玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,GFRP)由于其轻质高强和耐腐蚀性强的优点被广泛应用于抗震加固、结构补强、海洋防腐等实际工程中。GFRP复合桩是将GFRP布粘贴在普通钢筋混凝土桩(RC桩)桩身的一种桩型,它具有提高结构承载性能、改善结构耐久性以及抵御环境侵蚀的能力。为探究桩身包裹GFRP布对桩基耐久性能的影响,同时也为了更好的模拟自然环境下的侵蚀效果,利用人工配置的盐渍土,通过电加速快速腐蚀试验和室内模型试验,考虑腐蚀离子与电流耦合作用,研究盐渍土通电加速环境中GFRP复合桩耐久性能。结果表明,盐渍土介质中的腐蚀规律与自然环境下的腐蚀规律相符合,证明利用盐渍土代替溶液进行电加速腐蚀试验是可行的;同一腐蚀时期的RC桩腐蚀程度要明显高于GFRP复合桩,说明包裹GFRP布对抗侵蚀发挥重要作用,明显提高了桩基在复杂环境下的使用寿命。未腐蚀前,RC桩和GFRP复合桩的竖向承载力为5.7 kN和5.9 kN,腐蚀90 d后,RC桩和GFRP复合桩的竖向承载力为4.1 kN和5.3 kN,GFRP复合桩的承载力损失更小。

含GFRP筋预应力混凝土管桩抗剪性能试验研究

文章介绍了含玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymer,GFRP)配筋预应力混凝土管桩(以下简称"PRC-G桩"),并进行了抗剪性能的对比试验研究。试验结果表明:GFRP筋与混凝土(C80)可以共同作用,能有效发挥材料的高强性能,GFRP筋的配置较大幅度地改善了普通管桩的抗剪性能,其开裂剪力有显著的提高,是规范值的1.12倍;2种类型桩破坏过程相似,均是从支座处首先出现裂缝,沿桩长方向大致20°~30°夹角方向开展延伸,延伸至加载点垂直面时,以平行于桩长方向继续扩展,最后形成贯通面;按等效圆形截面法计算PRC-G桩的开裂剪力是符合设计要求的,且偏于保守。

GFRP静压桩挤土效应模型试验研究

为掌握GFRP桩-土相互作用机理及压桩动态力学效应,开展GFRP静压桩模型试验研究,对表土隆起量和径向挤土压力进行分析.分析表明:表土隆起量在径向距离在1.8D(桩径)处达到峰值.此峰值随沉桩深度的增加而减小,数值最终大致稳定在0.05D;径向挤土压力随沉桩深度的增加而先增大后减小,当沉桩深度大致等于测点深度时,测点处径向挤土压力达到峰值;峰值径向挤土压力Pm随着径向距离的增大不断衰减.当径向距离达到3D时,Pm衰减至峰值径向挤土压力的最大值Pmm的30%以下;Pmm出现在桩身中下部,数值大致与桩径成正比.

试验研究GFRP筋及预应力钢绞线组合支护排桩技术

GFRP筋及预应力钢绞线组合排桩即在普通排桩的受压区配置GFRP筋,在受拉区配置预应力钢绞线。在基坑开挖过程中,根据开挖深度分次对钢绞线施加预应力,以使GFRP筋、预应力钢绞线全部处于受拉状态,充分利用了混凝土的抗压性能好、GFRP筋及预应力钢绞线受拉性能好的特点,可以大大的减小排桩的侧移,从而扩大排桩在基坑支护中的使用范围。

GFRP管桩与钢管桩的承载性能模型试验研究

为掌握GFRP管桩的竖向承载性能,进行了泥炭质土条件下GFRP管桩静载荷模型试验研究,对桩侧摩阻力和端阻力分布进行分析。结果表明:GFRP管桩的极限承载力较同等尺寸的钢管桩稍大,同时桩顶沉降也稍大;由于GFRP管桩桩身较大的压缩变形量使得桩身下部桩土相对位移较小,相应的侧摩阻力得不到充分发挥;GFRP管桩的端阻力基本可以忽略不计,不宜作为端承桩使用;GFRP管桩作为承重桩使用的关键是减小桩身压缩变形量。

能量法计算GFRP筋与预应力钢绞线组合支护桩的侧移

根据能量法原理计算基坑支护桩的水平位移,并通过比较普通配筋支护桩与应用组合技术后支护桩的水平位移量大小,阐述GFRP筋与预应力钢绞线组合技术在减小基坑支护水平位移方面的可行性,为今后的工程实践提供参考。

基于颗粒流原理的盾构切割GFRP筋混凝土围护桩机制

在盾构无障碍接收过程中,盾构切割GFRP筋混凝土围护桩时桩体会朝向基坑临空侧发生变形,甚至发生整体倒塌,引起工程事故。为此,需要对盾构切割GFRP筋混凝土围护桩的机制进行研究。基于PFC3D建立盾构切桩的离散元颗粒流模型,得到盾构切刀切削力的变化规律与桩体应力的变化规律,揭示盾构无障碍接收切桩的机制:前半切入行程为剪压破坏,后半切入行程为剪切破坏,并指出在切桩过程中应控制好盾构推力,避免GFRP筋混凝土围护桩整体倒塌。

海相软土地区GFRP套管压力注浆螺旋钢管桩抗拔性能试验研究

为解决海相软土地区螺旋钢管桩承载力不足与腐蚀等问题,提出一种GFRP套管压力注浆螺旋钢管桩(PGHPC)。通过现场桩基足尺试验,对比PGHPC与螺旋钢管桩的抗拔承载性能,并采用数值模拟分析套管长度与直径对抗拔承载力的影响。结果表明,采用同步旋进注浆工艺的PGHPC,其抗拔承载力显著高于螺旋钢管桩;对于GFRP套管,其直径是影响抗拔承载力的主要参数,套管长度对抗拔承载力的提升作用较小,这是由于增加套管长度会降低水泥土柱的粘结长度。

盾构直削始发基坑围护结构变形数值分析与监测研究

盾构始发是盾构法修建隧道过程中易出现风险事故的重要环节,盾构直接切削始发基坑的围护结构实现始发的新工艺要求对围护结构的强度、刚度等参数进行充分研究。本文以某地铁工程为背景,对盾构始发基坑中的玻璃纤维筋桩即围护结构在开挖施工过程中变形进行了研究。通过采用数值模拟计算方法和现场监测的方法对基坑开挖过程中玻璃纤维筋桩的变形和基坑周边地表沉降进行分析,得出了玻璃纤维筋桩桩体以及桩后地表位移的变化特征。通过玻璃纤维筋灌注桩与普通钢筋灌注桩桩体变形的对比分析表明:由于玻璃纤维筋桩的刚度小于钢筋桩的刚度,玻璃纤维筋桩体的水平位移比钢筋桩的水平位移会增大,但均能满足盾构始发基坑顺利开挖和盾构直接切削始发的要求。总之,对局部玻璃纤维筋桩的围护结构变形的研究,确保了盾构直削始发的成功完成,并为今后的类似工程提供了有益参考。

盾构始发与接收时顶力的数值模拟研究——以北京地铁15号线某盾构直接切削玻璃纤维筋桩工程为例

盾构顶力是盾构始发和接收过程中的主要控制参数。以北京地铁15号线某6 m盾构直接切削玻璃纤维筋桩工程为背景,采用有限差分软件FLAC3D研究分析了盾构始发与接收时不同刀盘正面顶力作用下围护桩体受力以及地表变形规律。研究结果表明:盾构始发中在切割玻璃纤维筋桩体时,若顶力大于10 000 k N,会引起地表隆起;盾构接收中在切割玻璃纤维筋桩体围护结构时,由于桩的一侧为临空面,当盾构顶力大于8 000 k N时,会引起桩体发生向临空侧的倒塌破坏,存在一定的安全隐患。该研究对洞口处玻璃纤维筋桩体的设计和盾构安全施工具有较大的指导意义。

玻璃钢壳体与钢构架间的新型连接结构及其实验研究

该文介绍了玻璃钢壳板与钢构架之间的新型连接结构———纤维桩结构及纤维桩制作工艺。经对纤维桩单元结构的拉伸试验和疲劳试验研究证明 ,纤维桩连接结构不仅具有整体性强 ,无渗漏水隐患 ,表面平整等优点 ,而且其连接强度也比镙钉连接更好。

复合配筋预应力混凝土管桩抗弯性能试验和数值分析

开发研制了复合配筋(GFRP筋)预应力混凝土管桩(以下简称PRC-G桩),并进行了抗弯性能的现场抗弯试验和数值分析。试验研究结果表明,GFRP筋可以明显改善常规管桩的抗弯性能,其开裂荷载和极限荷载均有显著的提高,破坏时PRC-G桩均是受压区混凝土破碎而PRC桩的预应力筋被拉断;数值分析结果表明,PRC桩破坏时,预应力钢筋达到屈服强度1 420 MPa,PRC桩受压区混凝土未达到标准抗压强度,桩身未被破坏; PRC-G桩破坏时,受压区混凝土最大压应力为52.03 MPa,受压区混凝土破碎,管桩破坏。抗弯数值模拟和抗弯试验的结果表明,两者的荷载挠度曲线的规律基本一致。研究成果可为复合配筋(GFRP筋)预应力混凝土管桩在工程中的推广应用提供理论依据。

桩基工程玻璃钢包覆防护技术

对国内采用玻璃钢包覆桩基础浪溅区及水位变动区作为耐海水腐蚀措施的海洋工程进行了现场调研;采用质量变化率试验,研究了海水向玻璃钢内部的扩散行为;并采用Fick第二扩散定律对玻璃钢包覆层的耐海水渗透寿命进行预测,建立了玻璃钢包覆层厚度与耐海水渗透寿命之间的关系。结果表明:海水向玻璃钢内部的扩散行为符合Fick第二扩散定律,2mm厚的189不饱和聚酯玻璃钢的耐海水渗透寿命约为36a,2mm厚的MFE-2环氧乙烯基酯玻璃钢的耐海水渗透寿命可达60a,玻璃钢包覆层表现出了优异的耐海水腐蚀性能。

玻璃纤维筋在地铁盾构施工中的应用

以北京地铁15号线一期工程大屯路东站为工程背景,本工程在盾构始发、接收的洞口处围护桩采用玻璃纤维筋,代替了传统的钢筋,顺利实现了盾构机直接切削围护桩通过.了解玻璃纤维筋的材料特性,以及工程施工中遇到的常见问题,经过玻璃纤维筋和钢筋搭接承载力试验,得出了满足工程要求的玻璃纤维筋和钢筋机械连接措施.对筋笼吊点的设定进行了理论计算,并提出了较为合理的起吊方法.

输电线路工程预应力灌注桩防蚀设计及施工工艺

盐渍土地区地下水腐蚀作用会严重降低输电线路工程桩基的耐久性。预应力灌注桩通过桩身增设预应力筋,采用有粘结后张法施加预应力,显著地改善了结构的耐久性。通过算例发现预应力筋的增设可以有效提高桩身裂缝控制等级,减少基础材料用量。采用复合材料护筒代替钢护筒,降低了工程造价,减少了现场工作量。本文给出了预应力灌注桩的设计方法、施工流程以及预应力钢筋笼的制作和力筋的张拉与锚固两项关键工艺的施工要点。

玻璃纤维增强复合桩水平承载特性试验与数值模拟

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)具有轻质、抗拉强度高、耐腐蚀性和抗疲劳等优点,广泛应用于土木工程领域。GFRP复合桩是一种通过在普通混凝土桩身外包GFRP纤维布以增强其抗弯性能的新型桩。通过开展室内模型试验,分别得到了水平荷载下RC桩和GFRP复合桩桩顶位移、桩身弯矩的试验结果,对比分析了两者的水平承载特性。利用有限元分析软件ABAQUS对水平荷载作用下的GFRP复合桩进行数值模拟,试验结果与数值模拟结果拟合较好。结果表明:GFRP复合桩与RC桩的桩身弯矩分布规律基本一致,最大弯矩在1/4~1/3桩长处,GFRP复合桩的水平承载特性优于RC桩;不改变桩身截面,仅在一层GFRP单向布的约束下,GFRP复合桩的弹性模量、极限水平承载力均有一定的提高。

玻璃纤维筋桩体在盾构始发与接收中的应用研究

盾构始发与盾构接收端采用玻璃纤维(GFRP)筋桩作为围护结构的技术目前已在国内外得到广泛应用,但在工程实践中发现接收端的GFRP筋桩体存在变形过大等现象。为了解决这一安全隐患,对比分析了二者始发与接收的施工工艺特点,采用三维数值模拟方法分析了二者地表沉降、GFRP筋桩体变形规律及差异性。研究结果表明:在盾构接收施工中GFRP筋桩体受力复杂,施工难度高,风险因素多,盾构推力的控制极为关键;相比始发阶段,接收阶段的GFRP筋桩体需要具有更高的抗弯和抗剪承载力以保证洞口稳定性。本文研究成果对于同类工程的围护结构设计具有一定的参考价值。

玻璃纤维筋在地铁围护桩设计中的研究及应用

为解决当前地铁建设中玻璃纤维筋在盾构端头围护桩中大量应用而相应圆形截面玻璃纤维筋混凝土构件设计计算等研究不足这一矛盾,通过公式推导得到基于混凝土受压破坏的圆形玻璃纤维筋混凝土受弯构件的正截面承载力计算公式,并与现有行业标准《盾构可切削混凝土配筋技术规程》中关于圆形玻璃纤维筋混凝土受弯构件正截面承载力计算公式进行对比,从配筋及安全储备等角度进行分析。结果表明:相比《盾构可切削混凝土配筋技术规程》中关于玻璃纤维筋圆形混凝土构件正截面承载力的计算公式,本文所推导基于混凝土受压的玻璃纤维筋混凝土圆形截面构件计算公式在直径不大于1 m、设计承载弯矩小于1 000k N·m时,配筋量设计更为优化,有利于控制造价,进一步研究发现当直径大于1 m时,本文所推导公式在减少配筋、控制造价上更有优势。