填芯SC管桩抗震性能试验研究及有限元分析

发布时间：2020-03-02 20:54

【摘要】：离心钢管混凝土桩(SC桩)作为一种新型的组合材料构件,充分发挥了钢材和混凝土的材料优势,具有良好的抗震性能。而在实际工程中考虑到桩的作业环境及地下水的侵蚀,为了改变管桩的受力性能,提高管桩承载力,往往会在离心钢管混凝土管桩内部浇筑填芯混凝土。但是目前对于预制管桩受力性能研究尚不多见,尤其对于填芯SC桩抗震性能的研究几乎没有,这严重限制了离心钢管混凝管桩在工程应用中的推广使用。因此,研究填芯对离心钢管混凝土管桩的抗震性能的影响,对开拓离心钢管混凝土管桩在预制桩领域的市场有积极的推动作用。本文对SC桩、填芯SC桩和预制高强混凝土桩(PHC桩)、填芯PHC桩进行低周反复加载试验研究,得到各试件的抗震性能指标,通过对比分析各试件的破坏特征以及滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化,得出SC桩的抗震性能明显优于PHC桩,但填芯对于SC桩的耗能能力和抗震承载力没有提高。在试验研究的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS对四个试验试件进行了有限元模拟分析,并将有限元计算结果与试验结果进行对比,吻合较好。在此基础上利用ABAQUS软件分析了混凝土壁厚和强度、钢管壁厚和强度以及填芯材料等参数对填芯SC桩抗震性能的影响,可以看出,钢管壁厚和强度对填芯SC桩的耗能能力和抗震承载力有较大影响,而混凝土壁厚和强度、填芯材料对填芯SC桩抗震性能的影响很小。在试验研究和有限元分析的基础上,提出了填芯SC桩受弯构件骨架曲线的三折线理论模型。通过理论推导确定了模型中各参数的简化计算方法,并将理论分析结果与试验结果进行对比,得到了比较吻合的结果,验证了该模型的可靠性,可为填芯SC桩的设计提供一定的参考。
【图文】：

加载,试验构件,逐级加载,超目

图 2. 3 试验加载实图Fig 2.3 Diagram of experiment loading和位移混合控制加载法，在试验构件屈服前采用荷试件屈服后采用位移加载控制，每级加载重复三次加载和正式加载两个过程：试验开始之前要进行预加载一次，预加荷载值不超目的主要是为了检查试验装置和测量仪器是否正常载初期，采用荷载控制加载，在试件屈服之前采用芯 SC 桩按 80kN、120kN、160kN······逐级加载用 20kN、30kN、40kN······逐级加载，每级加载示。试件屈服后，采用位移控制加载方式，每级循级差，对于 SC 桩和填芯 SC 桩，y 取 12mm，对于 4mm，直至试验构件的承载力下降到极限荷载的 2.4（b）。

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图 2. 3 试验加载实图Fig 2.3 Diagram of experiment loading试验采用荷载和位移混合控制加载法，在试验构件屈服前采用荷载控制，每载重复一次，试件屈服后采用位移加载控制，每级加载重复三次，直至构件。试验分为预加载和正式加载两个过程：预加载：正式试验开始之前要进行预加载一次，预加荷载值不超过屈服荷载25%。预加载的目的主要是为了检查试验装置和测量仪器是否正常。正式加载：加载初期，采用荷载控制加载，在试件屈服之前采用减小极差加对 SC 桩和填芯 SC 桩按 80kN、120kN、160kN······逐级加载，对 PHC 桩芯 PHC 桩采用 20kN、30kN、40kN······逐级加载，每级加载一次，加载过图 2.4（a）所示。试件屈服后，采用位移控制加载方式，每级循环三次，选服位移y 为级差，对于 SC 桩和填芯 SC 桩，y 取 12mm，，对于 PHC 桩和填PHC 桩，y 取 4mm，直至试验构件的承载力下降到极限荷载的 85%，位移控载过程如图 2.4（b）。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU473.1

【参考文献】