配筋空心方钢管高强混凝土纯弯构件受力性能有限元分析

目的 研究配筋空心钢管高强混凝土构件的抗弯性能,推动其在建筑结构中的应用。方法 采用有限元分析软件ABAQUS建立配筋空心钢管混凝土构件有限元模型,在验证模型准确的基础上,分析构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土抗压强度、钢管壁厚、钢筋直径、普通钢筋数量对构件受弯性能的影响。结果 纯弯试件在荷载作用下受力过程可分为3个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段;试件破坏形态均为受弯破坏,表现出较好地延性。结论 组合构件在弯矩作用下可以很好地协同工作;钢材屈服强度和钢管壁厚的增加对构件承载力的提高影响最显著,建议配置普通钢筋数量在6~8根为最优。

轴力对预应力高强混凝土管桩抗震性能的影响

目的研究轴力和往复荷载作用下预应力高强混凝土管桩的抗震性能,为预应力高强混凝土管桩的设计和实际工程应用提供参考依据。方法应用ABAQUS有限元软件对预应力高强混凝土管桩进行有限元模拟,并与已有试验结果对比,两者吻合良好,验证了模型的准确性。在此基础上,研究轴压比和有无普通钢筋及普通钢筋直径对预应力高强混凝土管桩滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力的影响。结果配置普通钢筋可以提高预应力高强混凝土管桩的承载能力和延性,对刚度影响不大;随着轴压比的增加,预应力高强混凝土管桩的承载能力逐渐提高,但延性变差,轴压比为0.45时,预应力高强混凝土管桩发生脆性破坏。结论配置普通钢筋可以有效改善预应力高强混凝土管桩的抗震性能,预应力高强混凝土管桩的轴压比不宜超过0.3。

非挤土嵌岩预应力高强度混凝土管桩的桩端承载性能研究

施工装备和工艺的不断创新使得非挤土嵌岩预应力高强度混凝土(prestressed high-strength concrete,简称PHC)管桩逐渐得到推广和应用。为揭示嵌入中微风化岩PHC管桩的桩端承载机制,以随钻跟管工法桩为背景,基于泥质粉砂岩地区5组桩径为500 mm的PHC管桩桩端现场静载破坏性试验,分析了不同条件下嵌岩PHC管桩的桩端承载性能及宏观破坏模式,并提出桩端承载力计算方法。试验表明:对于采用敞口桩靴的PHC管桩,未封底时,敞口桩靴削弱了PHC管桩桩端承载性能,呈现刺入岩基的破坏,极限荷载下桩端沉降为11~15 mm;混凝土封底后,显著提高了桩端承载性能,极限承载力较非封底时提升340%,封底混凝土和桩靴的桩端阻力分担比分别为78%和22%,桩端呈整体剪切破坏。基于Hoek-Brown强度准则,提出了嵌岩PHC管桩桩端承力简化计算方法,计算精度得到了试验验证,可供非挤土嵌岩PHC管桩的设计与施工参考。

预应力空心方桩与预应力管桩力学性能比较和经济性分析

对预应力高强混凝土空心方桩(PHS)与预应力高强混凝土管桩(PHC)两种桩型的桩身物理性能和力学性能进行比较分析,并结合工程案例,进一步对两种桩型的单桩竖向承载力、桩基础工程量及造价进行了力学性能及经济性比较,最后对两种桩型的堆放方式进行了简单介绍。

UHPC空心方桩抗弯性能及承载力预测研究

采用超高性能混凝土(UHPC)制备了空心方桩试件,研究了不同钢纤维掺量(1.5%、2.0%、2.5%)及空腔灌注C30普通混凝土对试件抗弯性能的影响,并基于2.0%钢纤维掺量,建立了有限元模型,在此基础上开发了APPM参数化插件,通过改变试件的长径比、壁厚比得到了大量样本数据,预测了不同长径比及壁厚比对试件抗弯承载力的影响。结果表明:随着钢纤维掺量的增加,试件的抗弯性能提高,空腔灌注C30普通混凝土对试件的极限抗弯承载力具有提高作用;随着长径比与壁厚比的增加,试件的抗弯承载力呈下降趋势;有限元模拟结果与试验结果一致性较好;训练的机器学习模型可有效预测试件的抗弯极限承载力;长径比对试件的抗弯承载力影响,最大占比达到了81.7%。

特高压输电线路工程PHC管桩基础造价研究

预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)的应用存在局限性,近年来特高压输电线路工程在不断摸索和优化PHC管桩的差异化应用,虽然在应用技术方面相对已经比较成熟,但关于其综合造价的对比分析尚缺乏深入研究。为研究PHC管桩在实际工程应用的经济性,文章以典型直流特高压输电线路工程为例,通过与灌注桩基础方案的横向对比,结合输电线路取费、综合造价方面对PHC管桩进行研究。研究发现,PHC管桩的本体造价高于灌注桩基础23%~33%,但其他费用均低于灌注桩基础。当基础作用力小、地质条件较好时,PHC管桩的综合造价具有经济优势。

不同工况下螺锁式预应力混凝土实心方桩的桩身完整性分析

螺锁式预应力混凝土方桩的桩身完整性检测方法主要采用低应变法,实测曲线中接桩位置经常出现明显同向反射,对桩身完整性的合理判定产生影响。在没有桩周土和施工工艺影响的工况下,采用低应变法对 3 组桩的桩身完整性进行对比验证,结果表明同时采用螺锁式和密封材料连接工艺的桩的桩身完整性可满足要求。在实际项目的桩基承载力问题处理过程中,低应变法无法准确判定接桩位置的缺陷程度,而高应变法可以作为基桩施工质量综合判定的有效手段。

PHC管桩与承台连接节点试验研究与有限元分析

对4个预应力高强混凝土(PHC)管桩与承台连接节点进行了低周往复荷载试验,描述了试件的破坏过程和形态,分析了桩身混凝土、锚固钢筋以及碳纤维约束预应力混凝土管桩(CFRP)的应变,对构件的滞回曲线、承载力和位移延性等进行了研究.试验结果表明,在弯矩作用下,节点区域混凝土被压碎,节点区锚固钢筋约束减弱,形成铰接点,节点转动能力变大;在桩身混凝土中掺入钢纤维以及配置非预应力筋可以提高节点的位移延性;在进行节点设计时,应保证承台不会由于桩端转动时产生的挤压力或撬力作用过早地发生破坏.采用有限元分析软件Open Sees对节点在往复荷载作用下的受力性能进行了模拟分析,计算结果和试验结果吻合较好.

预应力高强混凝土空心板梁优化设计与试验研究

采用C8 0高强混凝土和低松弛 2 70级高强钢绞线 ,经优化选取了跨度 16m～ 3 0m、宽度 1 2m、截面混凝土空心率 5 3 5 %的预应力混凝土空心板 ,进行了跨度为 15 5m的原型预应力混凝土空心板从预应力钢绞线张拉到承载极限破坏的受力全过程试验 ,研究了其正截面和斜截面在正常使用状态下抗裂度、裂缝宽度和跨中挠度、极限承载能力以及延性等受力性能 ,为在公路桥梁结构中经济可靠的利用高效预应力高强混凝土空心板提供科研依据。研究成果应用于河南省重点工程———焦作至巩义黄河公路大桥及其连接线工程中的两座立交桥建设 ,取得了较好的经济效益。

高路堤下PHC桩加固软土地基的承载及变形特性

软土广泛分布的山区地质地貌条件复杂,高填方路堤的不均匀沉降和稳定性问题受到广泛关注。针对实际工程中高强预应力混凝土(PHC)管桩的超高填方路堤现场实测研究鲜有报道,为探究PHC管桩软基加固支承高填方路堤的工作性状,对广东某高速公路软基高填方段(30 m)选取一典型断面的3个主要监测点进行现场原位监测,重点研究桩-土荷载、沉降、超孔隙水压力及水平变形等行为。结果表明,填土完成后桩顶沉降基本趋于稳定,桩间土沉降则表现出一定程度的'滞后性',且以该断面填土期约1/4的沉降速率增长并逐渐趋于稳定;最大水平位移分布与分级填筑高陡边坡的平台宽度有关,且并非总是出现在坡脚附近;在最大水平位移区域可能发生'桩土绕流',甚至可能发生管桩的弯曲破坏或整体倾覆。研究成果可为软基高路堤设计提供有益的参考。

南京江北地区PHC桩竖向承载力可靠度分析

引入无量纲随机变量的极限状态方程,利用收集到的南京江北地区预应力管桩的试桩资料,采用"校准法"计算了现行地基规范关于桩基设计的总体可靠度水准和可靠指标,分析了总安全系数、荷载效应比和荷载组合形式对可靠指标的影响,并计算了相应的抗力分项系数。研究结果表明,可靠指标与总安全系数、荷载效应比和荷载组合形式有关,而且总安全系数对可靠指标的影响较大。荷载组合形式只对抗力分项系数产生较小的影响。

自平衡法在预应力管桩承载力测试中的应用和对比分析

自平衡法是一种新型的桩基承载力测试方法,与传统静载荷试验方法相比具有许多优点。采用自平衡试桩法对东南大学江宁九龙湖校区研究生公寓的3根预应力混凝土管桩进行了承载力测试,并成功地探索出回收荷载箱并可再次利用的新型测试方案。研究结果表明,自平衡法在管桩测试中取得了较好的效果,可为设计提供可靠依据。

矩形钢管高强混凝土双向压弯构件截面强度

针对实际工程中方形和矩形钢管高强混凝土双向压弯构件受力时的两种典型加载路径,编制了非线性数值计算程序,对双向压弯构件截面进行了分析,材料本构关系以方形、矩形钢管高强混凝土轴压短柱试验为基础,并考虑了材料加卸载作用的影响.利用所编制的程序,分析了两种典型加载路径下双向压弯构件截面的荷载-变形关系全过程曲线,同时分析了残余应力对截面的荷载-变形关系全过程曲线的影响,讨论了截面长宽比、钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率、加载路径及加载角度等参数对截面强度承载力的影响.最后给出了方形和矩形钢管高强混凝土双向压弯构件截面的三维强度承载力相关关系及其简化计算公式,并将简化计算公式计算结果与程序计算结果行了比较,两者吻合较好.

复合配筋管桩抗震性能试验研究

传统PHC管桩在地震作用下表现出脆性破坏特征,限制了其使用范围。已有室内试验研究结果表明,通过在PHC管桩中加入非预应力钢筋形成复合配筋管桩可提高其抗震性能。目前针对管桩破坏机理以及抗震性能的研究,主要采用室内模型试验或振动台试验,未能充分考虑实际工程中桩的受力条件和土体的作用。为研究复合配筋管桩的抗震性能,在软土地区对PHC管桩和复合配筋管桩进行了现场足尺抗震性能试验研究。试验比较了常规管桩以及掺入不同含量非预应力钢筋的复合配筋管桩的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、曲率分布等数据,分析复合配筋管桩的抗震性能。研究结果表明:与PHC管桩相比,复合配筋管桩的抗震性能得到明显改善,且对于提高管桩延性来说,存在最优的非预应力筋配筋率。

静压高强度预应力混凝土管桩施工技术

研究了静压高强度预应力混凝土管柱承载力度计算方法,给出了不同规格管桩单桩的设计承载力值。武汉市江汉区人民法院审判楼桩基工程实例分析表明,静压高强度预应力混凝土管桩对流塑、软塑状态的软弱地基处理具有较强的适应性,在同等情况下采用静压管桩可节省工程造价20%以上,工期可缩短30d以上。

珊瑚礁地层中PHC桩原位静载试验研究

珊瑚地层是钙质砂和礁灰岩的统称。在珊瑚地层中开展预应力高强度混凝土管桩(PHC桩)的原位堆载测试,分析了桩-珊瑚地质的相互作用规律。采用光纤光栅传感技术采集加载过程中的试桩桩身应变,由计算获取桩身轴力,分析加载过程中珊瑚地层中PHC桩基础的承载特性。试验结果表明,(1)桩-土响应处于线弹性阶段;(2)桩的承载发挥状态与入土深度显著相关,且入土深度超过15倍桩径时桩端阻力发挥峰值;(3)桩的安装方式几乎不影响其在珊瑚地层中的承载性能,但贯入能量的大小则显著影响;(4)入土深度和贯入能量的大小,影响珊瑚地质的破碎程度,颗粒破碎显著影响珊瑚地质中桩的承载发挥特性。通过原位测试可知在珊瑚地质中在贯入深度在15倍桩径以内,入土深度与桩端阻力正相关,与桩侧摩阻力反相关。

PHC管桩水平承载力试验研究

在统计福州地区56根预应力高强混凝土(PHC)管桩单桩水平静载荷试验资料基础上,结合《建筑桩基技术规范》规范推荐的m法计算,讨论了福州地区PHC管桩的水平承载力取值问题。对不同桩型的单桩水平静载试验进行m值反算,与规范推荐的m值相比较,探讨了福州地区不同桩周土层的m值取值范围。用规范推荐的两种力学模型分别计算了某试桩的弯矩曲线,与ABAQUS有限元软件模拟得到的弯矩曲线对比,验证了规范推荐的两种模型的适用性。结果表明,本地区采用m法确定PHC管桩的单桩水平承载力是适用的;上覆填土层的物理力学性状对淤泥层中PHC管桩水平承载力影响较大,宜采取规范附录中的"桩端支撑在非岩石类土中或基岩面"的模型计算本地区PHC管桩的水平承载力。

预应力高强混凝土管桩滞回性能的试验研究

通过对5根预应力高强混凝土管桩试件进行低周往复加载试验,分析试件的破坏特征、滞回特性、刚度退化、骨架曲线、承载力、位移及延性等指标,研究钢纤维混凝土及配箍率的参数变化对预应力高强混凝土管桩的滞回性能的影响.研究结果表明:在预应力高强混凝土管桩中掺入钢纤维能够改善试件的滞回特性,提高试件的极限承载能力.增加预应力高强混凝土管桩试件的配箍率可以提高试件的变形能力.

预应力混凝土管桩与承台连接节点抗震性能研究

基于预应力混凝土管桩与承台连接节点的低周往复荷载试验,并采用OpenSees对预应力混凝土管桩与承台连接节点进行了往复荷载作用下的受力性能分析。有限元建模时,考虑了端部锚固钢筋的滑移,计算得到的荷载-位移滞回曲线、弯矩-转角滞回曲线等与试验结果吻合较好。研究结果表明,PHC管桩与承台连接节点由于桩端预应力筋被拉断或桩与承台交接处锚固钢筋发生屈服而发生受弯破坏;锚固钢筋的弯折方式和填芯对节点桩端的承载力和滞回性能影响不大;桩端和承台之间的转动对节点受力性能影响较大。

高强度预应力混凝土管桩挤土效应的影响分析

结合电厂厂房基础预制管桩处理,对预制管桩施工中的挤土效应进行了研究。通过现场监测,深入分析了孔隙水压力和土体水平位移的变化规律。得出在预制管桩施工中存在一定的挤土效应,且与诸多因素有关。最后提出施工中需要采取相应的措施减小振动沉桩产生挤土效应的不良影响。