PHC管桩抗震性能试验及数值模拟

对 ３根 ＰＨＣ管桩进行了抗震性能拟静力试验,对其在低周往复荷载作用下的受力状态、破坏机理、恢复力特性进行了分析,得到了添加非预应力筋和剪切端勾型钢纤维对 ＰＨＣ管桩抗震性能的影响规律,并采用非线性有限元方法对 ＰＨＣ的受弯承载力进行了模拟分析。结果表明,配置一定数量非预应力筋可以改善管桩的抗震性能;而剪切端勾型钢纤维的加入则对其抗震性能影响不大,同时有限元所建立的计算模型是合理可行的,模拟结果与试验结果吻合较好。     

先张法预应力混凝土管桩受弯承载力试验研究

通过对预应力管桩PHC500AB(100)抗弯试验,研究管桩受弯作用下桩身裂缝出现、开展情况及变形特征,分析其承载能力及破坏特征.试验研究表明:预应力管桩PHC500AB(100)满足规范要求检验标准,具有较高的安全储备,但当桩身出现裂缝后截面刚度损失较大,对抗弯性能较为不利.     

错位焊接连接PHC管桩抗震性能有限元分析

为研究预应力高强混凝土管桩焊接连接错位偏差对抗震性能的影响规律,采用有限元软件ABAQUS建立了有错位偏差焊接连接的预应力高强混凝土管桩数值分析模型,模拟地震作用下PHC管桩的破坏机理,分析PHC管桩焊接连接发生错位情况下的抗震性能。通过对滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线分析可知:往复加载作用下错位焊接连接处应力集中,耗能性能差,先出现破坏;错位的出现使钢环对管桩的约束作用减小,从而使连接处混凝土发生破坏;随着错位偏差的增大,管桩的极限承载力和极限位移均成比例减小。     

承压状态下网状箍筋约束PC管桩抗震性能试验

与普通混凝土桩相比,预应力混凝土管桩(PC管桩)抗震性能差,为改善其性能提出一种新型网状箍筋约束的PC管桩.通过对2组共4根PC管桩试件在不同轴压比下的拟静力试验,研究配筋形式、轴压比对其抗震性能的影响,其中一组为新型网状箍筋约束另一组为普通螺旋配箍,各组轴压比分别为0.3、0.5.详细记录试验破坏过程,得到试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、变形能力,刚度退化曲线和耗能能力等.试验结果表明:各试件均产生受弯破坏,延性系数在2.99～3.96之间;网状箍筋约束试件耗能能力强,其滞回环较螺旋配箍试件饱满;试件承载力、延性以及耗能能力受轴压比影响较大,轴压比越大,承载力越大,延性及耗能能力越差.给出了网状箍筋约束PC管桩正截面承载力计算公式,同时,对高轴压比作用下预应力混凝土管桩正截面抗弯承载力公式提出了修改建议.     

加强型预应力混凝土管桩抗弯剪性能试验研究

为有效解决普通预应力混凝土管桩抗弯（剪）性能较差的现状,研发了主筋加强型预应力混凝土管桩,并进行抗弯及抗剪性能方面的原型试验研究.抗弯试验结果显示：非预应力螺纹钢筋的配置较大幅度提高了预应力混凝土管桩的抗弯性能,且原有预应力钢筋配筋率越低效果越明显,但抗裂性能没有明显改善;螺纹钢筋的配置明显减小了桩身裂缝的长度和平均宽度,裂缝分布范围及数量有一定程度的增加.2种类型管桩的主要应力均位于跨中纯弯段内,裂缝出现以前跨中界面应变基本符合平截面假定,裂缝出现后中性轴上移.抗剪试验显示：非预应力螺纹钢筋的配置改变了桩身的应力和裂缝分布规律,较大幅度减小了管桩在剪力作用下的变形量,但抗剪承载力提高程度取决于原有预应力钢筋配筋率.对比试验结果说明此创新型管桩在抗弯及抗剪性能方面的优势是明显的.     

静压PHC管桩承载特性的试验研究

通过在预应力高强混凝土管桩（PHC桩）的桩顶、桩端及各节桩接桩分界面粘贴应变片的精细静荷载试验,研究了沈阳地区高强预应力混凝土管桩的荷载传递机理,分析了侧阻力、端阻力的变化规律,实测了压桩力与入土深度的相互关系.考虑到沈阳地区土质特性,PHC管桩在本地区呈摩擦端承型,而不是南方地区的摩擦型桩.     

预应力空心方桩与管桩的对比分析

介绍了预应力离心混凝土空心方桩与预应力高强混凝土管桩的差异,并分析了截面积、壁厚、保护层厚度、有效承载面积对桩的轴向承载力、抗弯性能、抗剪强度和抗震性能的影响,指出在截面积、壁厚(最薄处)、保护层厚度等条件完全相同的情况下,管桩的各项性能显著优于方桩,预应力离心混凝土空心方桩仅仅是一种浪费资源的形状创意.     

预应力UHPC/RC阶梯桩-土相互作用的拟静力试验研究及数值分析

整体式无缝桥中的混凝土基桩侧向刚度过大,难以满足桥梁的纵向变形,提出一种UHPC/RC材料串联形成的阶梯桩来满足整体桥纵向变形需求。设计制作了2根UHPC/RC阶梯桩模型（无、有预应力）,并对其进行水平低周往复荷载试验,通过桩身破坏特点、滞回曲线、骨架曲线、等效黏滞阻尼比、刚度退化等研究其耗能能力及抗震性能。结果表明：无预应力阶梯桩的破坏位置在3倍桩径的埋深位置,桩身开裂时桩顶的位移荷载为8~10 mm;有预应力阶梯桩的破坏位置在6倍桩径的埋深位置,桩身开裂时桩顶的位移荷载为10~15 mm。说明预应力的施加能有效提高阶梯桩抗裂能力及抗震性能,并满足整体桥水平变形需求。采用OpenSees软件对阶梯桩支承的整体桥进行参数分析发现,预应力度、桩上下段长度比与刚度比增大均可提高阶梯桩的水平承载力与变形能力。     

可液化土中劲芯复合桩的地震响应特征

劲芯复合桩是将预制混凝土管桩插入水泥土桩中复合而成的新型桩基。通过振动台模型试验及有限差分程序FLAC3D数值模拟分析,研究可液化地基中劲芯复合桩的地震响应。利用模型试验结果验证数值模型的准确性和可靠性,进而通过参数分析讨论水泥土桩桩径、桩长、剪切模量等因素对可液化土—复合桩—上部结构地震响应的影响规律,定量评价水泥土桩加固对场地抗液化性能及桩基弯曲破坏的影响特征。结果表明：增大水泥土桩桩径和桩长可有效提高复合桩的抗震性能;增大水泥土剪切模量对复合桩抗震性能的提高有限;桩基在桩头附近或水泥土与可液化砂土交界处易产生较大的弯矩响应,该部位应采取必要的抗震构造措施。根据研究结果,提出了可液化地基中劲芯复合桩的抗震设计要点。     

预制混凝土桩体抗扭设计及试验

为了解决预制混凝土螺旋桩的抗扭问题,对预制混凝土桩体的抗扭性能进行了加强设计及试验研究。采用提高混凝土强度等级、配置螺旋箍筋、施加一定预应力等措施来提高预制混凝土桩体的特征扭矩;对试件的破坏特征、开裂扭矩、极限扭矩及扭矩-扭率关系等抗扭性能进行了研究。结果表明：按估算公式计算的预制桩体开裂扭矩与试验结果基本吻合,但存在一定误差;应选用预应力混凝土结构作为预制混凝土螺旋桩的桩型,而不选用增加配置螺旋箍筋的普通钢筋混凝土结构。     

PHC管桩劈裂试验裂缝开展特征

为研究预应力高强度混凝土管桩(PHC)受环向压力时裂缝开展特征,针对PHC300型管桩,设计一种裂缝生成劈裂试验方法,该方法能够在钢筋附近生成裂缝,为该型管桩最不利裂缝生成方式,通过对该型号PHC管桩进行劈裂试验,研究其裂缝开展特征.结果表明:PHC管桩受劈裂产生裂缝时,外表面混凝土层裂缝呈现较好的V型特征,裂缝深度随裂缝宽度增大而增大,当裂缝宽度达到0.18 mm时,即形成贯穿裂缝;内表面水泥浆层和砂浆层则易发生整层断裂,裂缝延伸性较好,当裂缝宽度达到0.1 mm时,裂缝贯穿管壁;与实心混凝土相比,PHC管桩空心结构造成混凝土之间有效粘结面积较小,裂缝恢复能力较低,外表面裂缝恢复值随裂缝宽度增大而增大,但裂缝恢复率随裂缝宽度增大而减小,PHC管桩外表面裂缝宽度(COD)恢复率一般在50％以下.     

预应力混凝土管桩在焦作某场地的应用与桩型优化设计

本文依据焦作市某工程,结合现场静载荷试验实测数据对预应力混凝土管桩在焦作某地区适用性进行研究分析。通过有限元分析软件Abaqus验证桩土模型合理性,并对不同桩径、桩长若干组合的预应力混凝土管桩进行承载性能模拟分析,提出桩型优化方案。研究结果表明:预应力混凝土管桩具有承载力高、桩身强度高、成桩质量可靠、单位造价比普通桩低廉等特点,在焦作该地区比较适用;本文建立的数值模拟模型与工程实际相吻合,模型合理可行;得出预应力混凝土管桩在该地区地质条件中桩型的最优设计为桩径400 mm、壁厚100mm、桩长20 m。     

预应力钢绞线超高强混凝土H型桩弯剪性能试验研究

为了解决河道护岸和基坑围护工程中普通预应力混凝土管桩水平承载力低及变形延性差的问题,研发了预应力钢绞线超高强混凝土H型桩. 通过对2种规格的8根H型桩试件进行足尺抗弯及抗剪性能试验,研究H型桩的抗裂性能、抗弯（剪）承载力、变形延性及破坏特征. 结果表明：预应力钢绞线超高强混凝土H型桩抗弯破坏模式为受压区混凝土压溃,抗剪破坏模式为斜截面剪压破坏;抗弯试验桩身竖向裂缝较多且分布均匀,抗剪试验桩身裂缝较少且斜裂缝出现滞后于竖向裂缝;试件抗裂弯矩和开裂剪力试验值与规范公式计算值相近,极限抗弯承载力较计算值偏大约30%. 对比预应力超高强混凝土管桩抗弯试验结果表明,H型桩具有更好的变形延性和整体性.     

高强钢筋高强混凝土剪力墙抗震性能试验

目的 研究高强混凝土剪力墙的抗震性能、破坏形式和机理.方法 通过在剪力墙中配置高强钢筋,利用高强钢筋高强度、低松弛、强握裹力以及良好塑性性能等特点,增强对高强混凝土的约束,提高高强混凝土剪力墙的承栽和变形能力.通过5片高强混凝土剪力墙试件的拟静力试验,研究不同的混凝土强度、轴压比和剪跨比等参数对其抗震性能的影响.将1 280MPa预应力钢棒作为箍筋和纵筋配置在剪力墙的边部约束构件(暗柱)以及墙体的分布钢筋中.通过对比研究配置高强钢筋对高强混凝土剪力墙抗震性能的提高效果.结果 明确了高强混凝土剪力墙的不同破坏形态和过程,得出了影响高强混凝土剪力墙抗震性能的主要因素和影响规律.位移延性系数可达3.9,满足结构抗震要求.结论 试验结果 证明在高强混凝土中合理适当地配置高强钢筋,可增强其变形能力.     

水平荷载下劲性复合管桩的承载特性研究

在水泥土搅拌桩中插入预制混凝土管桩(PHC管桩),形成一种新的劲性复合桩(SCP桩).为分析SCP桩的水平承载特性,采用混凝土塑性损伤模型,利用ABAQUS软件建立了SCP桩-土共同作用三维数值分析模型.对比分析SCP桩和PHC管桩在水平荷载作用下的荷载-位移曲线、桩身位移与弯矩、桩侧土水平抗力等,得到桩周水泥土桩加固对PHC管桩水平承载特性的影响,研究了水泥土桩设计参数对SCP桩水平承载特性的影响规律.结果表明:水泥土桩加固后,PHC管桩的水平极限承载力提高了40%,桩身最大弯矩减少20%;当水平荷载介于50~150kN时,桩头位移减小30%~67%;增大水泥土桩桩径和提高水泥土强度可显著增强SCP桩水平承载力;当水泥土桩桩长超过4.0m后,继续增加桩长对SCP桩水平承载力提高效应不大.     

PHC管桩在基础工程中的应用

先张法预应力混凝土管桩(PHC)是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种圆筒体细长混凝土预制构件.实际应用表明,该种桩型质量稳定可靠,桩身砼强度高,耐打压性能好,穿透能力强,单桩承载力高,造价相对较低;它对不同沉桩工艺适应性强,吊运方便,接桩快捷,桩长易调整,成桩质量好,检测时间短.     

复合配筋混凝土预制方桩抗弯性能试验

为解决普通混凝土预制方桩抗裂性能差、预应力混凝土管桩水平承载力低和变形延性差的现状,创新研发复合配筋混凝土预制方桩.通过3种常用桩型9根方桩试件足尺度抗弯性能试验,研究预应力和非预应力混凝土预制方桩在抗裂性能、抗弯承载力、变形延性及破坏特征等方面的差异.结果表明:施加预应力显著提高了方桩的抗裂性能,桩身混凝土裂缝分布范围小且更均匀,裂缝数目更少,开裂弯矩更大;方桩试件的极限抗弯承载力试验值远大于规范公式计算值,施加预应力比未施加预应力方桩试件的极限抗弯承载力减小15%左右,变形延性降低约30%;复合配筋混凝土预制方桩试件的破坏形式如下:受拉区非预应力钢筋首先屈服,受拉区预应力钢筋被拉断,最后受压区混凝土被压碎.     

PHC管桩挤土效应理论研究

假定桩周土体服从摩尔-库仑强度准则,采用圆孔扩张理论,对PHC管桩内外径比关系与挤土效应之间的关系、PHC管桩与实心桩挤土效应差异等进行了研究,并得出了一些有价值的结论。     

PHC管桩三种常用金属端头在土壤模拟液中的电化学腐蚀行为

金属端头的耐蚀性取决于其各部件(包括端板、裙板和主筋)的材质,进而影响预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)的耐久性。通过自然浸泡和电化学测量技术研究了实际工程中PHC管桩三种常用金属端头(其中端板分别用铸钢、冷弯钢和Q235A钢)在四种典型土壤(氯盐土、盐碱土、中性草甸土和酸性红土)模拟液中的腐蚀行为。结果表明,实际工程所用端板的腐蚀速率均小于主筋和裙板,铸钢端板加速裙板和主筋腐蚀的程度不如冷弯钢或Q235A钢端板,但铸钢端板本身耐蚀性极差;端板与裙板、端板与主筋在土壤中存在接触电偶腐蚀,端板/裙板电偶对中裙板均为阳极,铸钢端板/主筋电偶对在盐渍土中铸钢为阳极,冷弯钢或Q235A钢端板与主筋电偶对中主筋也均为阳极;接触腐蚀加速了薄壁裙板和小面积主筋的破坏,将导致预应力的过早失效;现有金属端头需进行防腐蚀控制。     

PHC桩在印尼电力工程中的设计与应用

结合印尼北苏风港2 X 115 MW燃煤电站工程的桩基设计实例,基于场地岩土工程条件和电厂建筑物的特点,建议主厂房区域的建筑物和其它荷重较大地建筑物采用预应力高强混凝土管桩(PHC桩).根据PHC桩强度高、穿越土层的能力强等特点,提出了PHC桩单桩竖向极限承载力标准值计算方法及岩土的极限侧阻力和端阻力标准值的参考值,给出了PHC桩抗水平力及提高PHC基桩的水平承载力的措施和确定压桩力的方法.