水平循环荷载下钢管混凝土嵌岩桩长期工作性状研究

【摘要】：钢管混凝土嵌岩桩是长江上游重要港口码头、跨江桥梁等工程建设中常用的深基础型式。港口码头钢管混凝土嵌岩桩在船舶撞击力、水流力等长期水平循环荷载的作用下,出现钢-砼界面强度弱化、结构刚度退化现象,导致桩基承载力弱化、累积变形过大。本文结合数值模拟与理论分析,研究不同地基强度下钢管混凝土嵌岩桩桩-岩结构体系的破坏模式及判别方法,分析长期水平循环荷载下钢管混凝土嵌岩桩的工作性状以及影响钢管混凝土嵌岩桩变形特性的相关因素。本文的主要研究工作及取得的成果如下:(1)建立了考虑结构刚度退化、钢-砼界面强度弱化的水平受载桩数值计算模型,获得水平循环荷载下桩基水平极限承载力迅速下降的主要原因。是由于结构刚度的退化、钢-砼界面的强度弱化以及由于结构刚度退化带来的桩身受约束能力的减弱。(2)随着地基强度变化,水平循环荷载作用下桩-岩结构体系主要有三种破坏模式。地基强度较强时桩芯混凝土拉屈服区与剪屈服区贯通,从而桩身破坏;地基强度中等时,桩身混凝土出现较大区域拉屈服区,且桩身变截面处地基塑性区贯通,使得桩身与地基共同破坏;地基较弱时,桩周岩体产生塑性区且贯通至地基表面而产生破坏。(3)提出基于钢管混凝土嵌岩桩桩岩相对刚度比指标的桩-岩结构体系破坏模式判别方法。算例桩基桩岩相对刚度比指标计算表明,在桩岩相对刚度比约小于1.44时,主要出现桩身破坏的情况;桩岩相对刚度比值范围大约在1.66与3.11之间时,桩基主要出现桩身和地基共同破坏的情况;桩岩相对刚度比约大于3.11时,桩基主要出现地基破坏的情况。(4)钢管混凝土嵌岩桩在水平循环荷载下具有刚度累积损伤效应。沿桩身方向的累积水平位移曲线幅值随着循环次数的增加(刚度损伤量的增大)而增大。结合已有实验资料,得出钢管混凝土嵌岩桩基于桩身变形的疲劳寿命经验公式。在岩面处桩身侧移率为3%与4.9%之间存在一个临界值,当侧移率小于这个临界值时,桩基所对应的疲劳寿命较长。随着桩身侧移率逐渐大于这个临界值,钢管混凝土嵌岩桩所对应的疲劳寿命迅速降低。