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近年来社会发展迅速,城市化建设加速向前推进,各类大型工程项目不断涌现,其中不乏有高层建筑和架空输电线路的出现以及地下空间和沿海地区工程项目,预应力混凝土管桩(PHC管桩)在施工中表现出桩身整体质量好,施工工期短,施工环境环保,单桩竖向承载力高,压桩力可控,抗裂性能好,复杂工程地质条件适应性强等优点,被广泛应用于抗拔桩基础。自上世纪70年代末,管桩在我国高层建筑、近海港口、高速公路、铁路等复杂工程中广泛应用。但我们必须要考虑桩基础的抗拔问题,我国的抗拔桩设计起步较晚,经验较少,PHC管桩作为抗拔桩在业界备受关注,然而在上拔力荷载作用下求解PHC管桩以及PHC管桩截桩之后荷载传递规律以及抗拔抗剪极限承载力变化这个难点问题的研究尚未成熟。
本文采用数值模拟计算和理论分析结合的方法,利用ABAQUS有限元软件对空芯与填芯截桩PHC管桩在不同轴拉条件下以及在截桩桩头粘结不同的碳纤维布的抗剪承载力进行了模拟分析,探讨了轴拉力及不同填芯形式对PHC管桩与承台连接节点抗剪性能的影响。考虑到截桩引起端部一定长度的预应力损失,并且有可能截掉箍筋加密区,截桩端部会形成管桩抗拔薄弱环节,为考察截桩影响,对截桩情况进行模拟。通过对截桩状态下填芯形式、填芯强度、围裹碳纤维布以及不同轴向拉力的PHC管桩截桩数值模拟分析,深层次研究了在轴拉力作用下截桩工况PHC管桩两种补强形式PHC管桩截桩承载力性能的影响因素,本次模拟得出以下几点结论:
(1)截桩对PHC管桩造成承载力损失较大,截桩后PHC管桩的截桩端预应力得到释放,此时桩身内部预应力纵筋与相互粘结的混凝土的预压应力重新分布,在尚未施加轴向作用时,截桩桩头附近预压应力损失以及重新分布会导致抗剪承载力下降。
(2)不同的轴向拉力以及水平荷载的截桩工况下空芯PHC管桩模拟研究表明,轴向拉力的存在,对截桩工况下PHC管桩的破坏进程和裂缝的出现延伸产生了加速作用。
(3)在施加轴拉后的截桩工况下填芯混凝土PHC管桩并未改变破坏形式,填芯加强对于截桩来讲产生很明显的补强效应,极限剪力提高可达29.1%。
(4)粘结CFRP布和增加填芯强度同样对截桩工况下PHC管桩的抗剪有积极作用,但是CFRP布的效果要好于增大填芯砼的强度。随着填芯砼强度的提高,开裂和极限剪力值也随之提高,但是每提高一级填芯强度其值变化幅度不大,C60填芯较C30填芯增幅9%左右,而围裹一层CFRP布桩身抗剪提高40.1%左右,提高效果明显,只是加固层数的加固效果并不是正比增大。
本文采用数值模拟计算和理论分析结合的方法,利用ABAQUS有限元软件对空芯与填芯截桩PHC管桩在不同轴拉条件下以及在截桩桩头粘结不同的碳纤维布的抗剪承载力进行了模拟分析,探讨了轴拉力及不同填芯形式对PHC管桩与承台连接节点抗剪性能的影响。考虑到截桩引起端部一定长度的预应力损失,并且有可能截掉箍筋加密区,截桩端部会形成管桩抗拔薄弱环节,为考察截桩影响,对截桩情况进行模拟。通过对截桩状态下填芯形式、填芯强度、围裹碳纤维布以及不同轴向拉力的PHC管桩截桩数值模拟分析,深层次研究了在轴拉力作用下截桩工况PHC管桩两种补强形式PHC管桩截桩承载力性能的影响因素,本次模拟得出以下几点结论:
(1)截桩对PHC管桩造成承载力损失较大,截桩后PHC管桩的截桩端预应力得到释放,此时桩身内部预应力纵筋与相互粘结的混凝土的预压应力重新分布,在尚未施加轴向作用时,截桩桩头附近预压应力损失以及重新分布会导致抗剪承载力下降。
(2)不同的轴向拉力以及水平荷载的截桩工况下空芯PHC管桩模拟研究表明,轴向拉力的存在,对截桩工况下PHC管桩的破坏进程和裂缝的出现延伸产生了加速作用。
(3)在施加轴拉后的截桩工况下填芯混凝土PHC管桩并未改变破坏形式,填芯加强对于截桩来讲产生很明显的补强效应,极限剪力提高可达29.1%。
(4)粘结CFRP布和增加填芯强度同样对截桩工况下PHC管桩的抗剪有积极作用,但是CFRP布的效果要好于增大填芯砼的强度。随着填芯砼强度的提高,开裂和极限剪力值也随之提高,但是每提高一级填芯强度其值变化幅度不大,C60填芯较C30填芯增幅9%左右,而围裹一层CFRP布桩身抗剪提高40.1%左右,提高效果明显,只是加固层数的加固效果并不是正比增大。