钢管桩与混凝土桩帽间剪力键连接的受力机制研究
发布时间：2021-09-07 17:19
钢管桩因其承载能力高、施工工序简单而广泛运用于我国港口码头桩基工程中,为了确保钢管桩与码头上部结构横梁连接的可靠性,通常情况下会以焊接的方式在桩顶位置处焊接一道或多道剪力键,然后再在桩顶现浇一段桩芯混凝土,剪力键与桩芯混凝土和钢管之间共同形成受力体系,起到了传递荷载的作用。然而,钢管桩剪力键的受力机制较为复杂,在我国现行的规范中还未形成相应的定论,但剪力键作为传递荷载的重要途径对其受力机制分析迫在眉睫。其中一个重难点问题就是在多对键的情况下各键之间分配系数的确定。鉴于此,本文以Gebman的实测数据为依托,在轴压的工况下,基于拉压杆模型理论对各键的分配系数做了尝试性的理论探索,并建立了钢管桩剪力键的有限元模型,将理论计算结果、数值模拟结果和Gebman的实测数据结果相比较,其结果显示计算结果精度较高。分配系数的确定不仅为推求桩芯混凝土的应力分布函数打下了基础,也为多对剪力键的设计提供了参考。具体研究内容如下:（1）根据钢管桩剪力键桩芯混凝土的受力特征及其应力的传递模式,结合拉压杆模型理论恰当考虑钢管壁对桩芯的约束作用,将其计算结果与实测值、数模值作对比,其结果吻合较好,说明该方法用于确...
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
节点连接示意图
15Ast——充当拉压杆普通钢筋截面面积；Aps——充当拉杆的预应力钢筋截面。以上公式对杆和节点的尺寸做了详细的阐述，下一个关键点就是如何准确地确定杆的水平角度。为此SubediN.K[55,56]通过大量数值模拟实验对其做了详细的概述，并提出相应的评判法则。概括起来主要分为四种：(1)荷载路径法；(2)应力迹线法；(3)最小应变能准则法；(4)最大强度准则法。荷载路径法和应力迹线法在设计当中运用极为广泛，二者的设计思路和设计方法都比较接近，具体通过以下两个例子分别来说明。(1)荷载路径法荷载路径是指某一方向上的荷载从作用点位置至D区边界力位置的传递通道。一般用于结构几何形体和荷载作用相对简单的情况。图2.3荷载传递路径从图2.3可看出，在外加荷载作用下，压应力从顶部传递到底部，由于竖向受压，在底部的横向上将会产生较大的横向拉应力，如图2.3（b）所示。根据其应力或者荷载传递的路径，从而达到配筋的目的，如图2.3（c）所示。分别采用拉压杆对其进行受力的等效替代。(2)应力迹线法对于几何形体相对复杂的结构，往往借助结构受力的应力轨迹线来指导STM模型的建立。应力轨迹线反映的是结构内部应力传递的路径，以此来保证拉杆、压杆的走向，如牛腿的受力模式。
16图2.4牛腿应力分布模式图从图2.4不难看出，在荷载p的作用下，牛腿的内部形成了横向和竖向的应力曲线，为了精确模拟牛腿的受力情况而又达到简化计算的目的，将其受力模型简化为两根杆件结构如图2.4所示。从上述例子不难看出，无论是荷载路径法还是应力迹线法其实质都是要满足拉杆和压杆的轴线与应力轨迹线尽量重合。拉压杆的角度主要通过构件中应力传递的路径来确定，在实际的配筋过程中，配筋的角度与计算的角度往往不能完全的一致，为了保证计算的精确性，相应的规范对其进行了规定，要求二者的取值不应超过15°，同时还应该满足最小应变能准则。2.3基于拉压杆模型对深梁受力的分析为了更充分地认识和了解拉压杆模型的运用，采用深梁的例子进行一个简短的介绍。在拉压杆模型规范中，对深梁的受力做了较为详细的规定，规定跨度与高度之比L/h≤2。为了探析深梁内部荷载传递的应力路径，将深梁的下端加装两个限位移支座，如下图所示。p图2.5深梁应力曲线图从图2.5中可较为明显的看出，在均布荷载p的作用下，深梁内部的应力流（如红色线所示）由顶端逐渐向支座所在位置处集中。不难看出，深梁的压应力曲线主要集中在两侧，而中间几乎不受力的作用，故在设计中对深梁受力机制的分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]剪力环间距对钢管复合桩工作性能的影响研究[J]. 王耀琴,马建林,石聪,周和祥,许耘赫. 土木工程学报. 2015(S2)
[2]复式钢管高强混凝土柱轴压试验研究[J]. 方小丹,林斯嘉. 建筑结构学报. 2014(04)
[3]钢管桩与上部结构剪力键连接的破坏模式及设计方法[J]. 李倩,李怡,赵凌宇,孔繁. 水运工程. 2014(03)
[4]钢管混凝土推出试验的力学行为分析[J]. 刘杰民,李宁,孙雅珍. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2011(05)
[5]海外港口工程钢管桩与上部结构连接方式探讨[J]. 孙艺,杨云兰. 水运工程. 2010(07)
[6]混凝土和钢管的力学性能和变形特点研究[J]. 谭克锋,曹青. 西南科技大学学报. 2007(01)
[7]杭州湾跨海大桥水中低墩区钢管桩设计[J]. 徐力,王东晖. 公路. 2006(09)
[8]钢管桩与混凝土芯粘结力及抗弯应力传递模拟试验研究[J]. 王友元,苏林王. 水运工程. 2005(09)
[9]剪力环对钢管混凝土粘结强度影响的试验[J]. 吴美艳,余天庆. 湖北工学院学报. 2004(01)
[10]钢管混凝土基本力学性能的研究[J]. 汤关祚,招炳泉,竺惠仙,沈希明. 建筑结构学报. 1982(01)
博士论文
[1]钢管混凝土构件在复杂受力状态下的工作机理研究[D]. 尧国皇.福州大学 2006
硕士论文
[1]港工钢管桩剪力键优化设计研究[D]. 郭银.重庆交通大学 2018
[2]港工钢管桩与上部结构剪力键连接方式的设计方法研究[D]. 李倩.重庆交通大学 2014
[3]海工钢管构件对接焊缝应力集中系数分析[D]. 齐赵敏.重庆交通大学 2013
[4]钢管混凝土桩的力学性能研究[D]. 汪春雨.沈阳工业大学 2010
本文编号：3389944
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
节点连接示意图
15Ast——充当拉压杆普通钢筋截面面积；Aps——充当拉杆的预应力钢筋截面。以上公式对杆和节点的尺寸做了详细的阐述，下一个关键点就是如何准确地确定杆的水平角度。为此SubediN.K[55,56]通过大量数值模拟实验对其做了详细的概述，并提出相应的评判法则。概括起来主要分为四种：(1)荷载路径法；(2)应力迹线法；(3)最小应变能准则法；(4)最大强度准则法。荷载路径法和应力迹线法在设计当中运用极为广泛，二者的设计思路和设计方法都比较接近，具体通过以下两个例子分别来说明。(1)荷载路径法荷载路径是指某一方向上的荷载从作用点位置至D区边界力位置的传递通道。一般用于结构几何形体和荷载作用相对简单的情况。图2.3荷载传递路径从图2.3可看出，在外加荷载作用下，压应力从顶部传递到底部，由于竖向受压，在底部的横向上将会产生较大的横向拉应力，如图2.3（b）所示。根据其应力或者荷载传递的路径，从而达到配筋的目的，如图2.3（c）所示。分别采用拉压杆对其进行受力的等效替代。(2)应力迹线法对于几何形体相对复杂的结构，往往借助结构受力的应力轨迹线来指导STM模型的建立。应力轨迹线反映的是结构内部应力传递的路径，以此来保证拉杆、压杆的走向，如牛腿的受力模式。
16图2.4牛腿应力分布模式图从图2.4不难看出，在荷载p的作用下，牛腿的内部形成了横向和竖向的应力曲线，为了精确模拟牛腿的受力情况而又达到简化计算的目的，将其受力模型简化为两根杆件结构如图2.4所示。从上述例子不难看出，无论是荷载路径法还是应力迹线法其实质都是要满足拉杆和压杆的轴线与应力轨迹线尽量重合。拉压杆的角度主要通过构件中应力传递的路径来确定，在实际的配筋过程中，配筋的角度与计算的角度往往不能完全的一致，为了保证计算的精确性，相应的规范对其进行了规定，要求二者的取值不应超过15°，同时还应该满足最小应变能准则。2.3基于拉压杆模型对深梁受力的分析为了更充分地认识和了解拉压杆模型的运用，采用深梁的例子进行一个简短的介绍。在拉压杆模型规范中，对深梁的受力做了较为详细的规定，规定跨度与高度之比L/h≤2。为了探析深梁内部荷载传递的应力路径，将深梁的下端加装两个限位移支座，如下图所示。p图2.5深梁应力曲线图从图2.5中可较为明显的看出，在均布荷载p的作用下，深梁内部的应力流（如红色线所示）由顶端逐渐向支座所在位置处集中。不难看出，深梁的压应力曲线主要集中在两侧，而中间几乎不受力的作用，故在设计中对深梁受力机制的分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]剪力环间距对钢管复合桩工作性能的影响研究[J]. 王耀琴,马建林,石聪,周和祥,许耘赫. 土木工程学报. 2015(S2)
[2]复式钢管高强混凝土柱轴压试验研究[J]. 方小丹,林斯嘉. 建筑结构学报. 2014(04)
[3]钢管桩与上部结构剪力键连接的破坏模式及设计方法[J]. 李倩,李怡,赵凌宇,孔繁. 水运工程. 2014(03)
[4]钢管混凝土推出试验的力学行为分析[J]. 刘杰民,李宁,孙雅珍. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2011(05)
[5]海外港口工程钢管桩与上部结构连接方式探讨[J]. 孙艺,杨云兰. 水运工程. 2010(07)
[6]混凝土和钢管的力学性能和变形特点研究[J]. 谭克锋,曹青. 西南科技大学学报. 2007(01)
[7]杭州湾跨海大桥水中低墩区钢管桩设计[J]. 徐力,王东晖. 公路. 2006(09)
[8]钢管桩与混凝土芯粘结力及抗弯应力传递模拟试验研究[J]. 王友元,苏林王. 水运工程. 2005(09)
[9]剪力环对钢管混凝土粘结强度影响的试验[J]. 吴美艳,余天庆. 湖北工学院学报. 2004(01)
[10]钢管混凝土基本力学性能的研究[J]. 汤关祚,招炳泉,竺惠仙,沈希明. 建筑结构学报. 1982(01)
博士论文
[1]钢管混凝土构件在复杂受力状态下的工作机理研究[D]. 尧国皇.福州大学 2006
硕士论文
[1]港工钢管桩剪力键优化设计研究[D]. 郭银.重庆交通大学 2018
[2]港工钢管桩与上部结构剪力键连接方式的设计方法研究[D]. 李倩.重庆交通大学 2014
[3]海工钢管构件对接焊缝应力集中系数分析[D]. 齐赵敏.重庆交通大学 2013
[4]钢管混凝土桩的力学性能研究[D]. 汪春雨.沈阳工业大学 2010
本文编号：3389944
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