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预应力混凝土管桩水平承载力现场试验及数值模拟

刘宁  
【摘要】:预应力混凝土管桩是结合先张法预应力技术与离心成型制管方法制成的一种钢筋混凝土预制桩,按照桩身混凝土强度等级可分为预应力混凝土管桩(PC桩,桩身混凝土强度等级≥C50)和预应力高强混凝土管桩(PHC桩,桩身混凝土强度等级≥C80)。自问世以来,预应力混凝土管桩以其造价低廉、质量可靠、承载力高、施工周期短等众多优点,在国内外工程建设领域得到了越来越广泛的应用,但多数情况下都作为竖向承载桩使用,人们对其水平承载性状的研究较少,且水平承载力的理论研究还远远落后于工程实践,其设计方法在很大程度上仍依赖于工程经验。因此,有必要对预应力混凝土管桩的水平承载性能做更深入的探讨。 本文在分析总结国内外预应力混凝土管桩研究方法和成果的基础上通过引入工程实例,介绍了利用现场载荷试验来确定工程桩水平承载力极限值和特征值的方法,并应用大型有限元分析软件ANSYS对水平受荷单桩的桩土相互作用机理进行了模拟,对预应力混凝土管桩在水平荷载作用下的受力与变形特性进行了探讨与研究,得到以下结论: 1.在同级水平荷载作用下,随着桩长的增加,预应力混凝土管桩桩身水平承载力变化不明显,但桩身下部发挥作用的程度逐渐减小,说明在实际工程中,桩身长度满足设计要求即可,盲目增加桩长并无太大实际意义。 2.桩身和土体的弹性模量是影响预应力混凝土管桩水平承载性能的重要因素。较大的桩身弹性模量可使桩身水平向内力在一定程度上增大,但使桩身水平位移有一定程度的下降;随着土体弹性模量减小,桩身下部发挥作用的程度逐渐增加,管桩对水平荷载的分担作用更加明显。 3.随着水平荷载值的增加,预应力混凝土管桩的水平向位移与内力值也增大,桩身和土体的水平向位移与内力变化渐显非线性趋势。 4.预应力混凝土管桩通过增设填芯的方式可明显增大受力段桩身刚度,减小桩身水平向位移与内力。 5.适当增加预应力混凝土管桩的壁厚,可以增大桩身刚度,能够在一定程度上控制水平方向的桩顶位移和桩身内力。 6.对于承受水平力为主的预应力混凝土管桩来说,竖向荷载对桩身水平承载力的影响甚小,但在一定程度上可以控制桩身的拉应力。


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