往复荷载作用下预应力混凝土管桩延性数值分析

来源 :杨燕军 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhan99zhan
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预应力高强度混凝土管桩(PHC管桩)的优点有:承载力高、质量可控、施工方便等,在工程建设中得到广泛的应用。随着PHC管桩的发展,其竖向承载力大幅度提高,而钢筋混凝土结构的设计不但要满足竖向承载力的要求,同时要满足水平承载力和延性的要求。管桩在水平力作用下存在的问题有承载力低、塑性变形不足、呈脆性破坏的表现形式,这些问题严重阻碍了管桩的应用与发展。本研究借用ABAQUS有限元软件,对预应力高强混凝土管桩施加往复水平荷载,研究不同配筋率、桩型、混合配筋、填芯和桩径对管桩抗弯承载力以及延性性能的影响,对管桩的受力状态、破坏形态、滞回曲线、变形能力和延性性能等进行分析,得到了如下结论:在管桩初始、开裂、屈服和达到极限状态阶段,对管桩桩身、预应力筋和非预应力筋的应力应变进行了分析,分析结果表明:B型管桩相比于AB型管桩,由于增加了初始预应力,故提高了管桩的抗裂性能,且通过对比数据可以发现B型管桩能较大幅度地提高其极限承载力;对于混合配筋的PRC管桩,填芯对其开裂弯矩影响不大,但能较小幅度提高管桩的极限承载力。对混合配筋、不同配筋率和桩径这三个影响因素进行了分析,配置非预应力筋能够明显提高管桩的抗裂弯矩和极限弯矩;管桩非预应力筋的配筋率越大,管桩的抗裂性能和极限承载力也就越高;通过增大管桩的直径,能显著提高管桩的抗裂性能和极限承载力,相对于AB型的PHC管桩,B型PHC管桩的抗弯承载力提高作用显著。通过数值模拟可以得出,在低周往复荷载作用下,管桩的滞回曲线呈弓形,呈现出一定的“捏缩”效应,相对于B型管桩,AB型桩的捏缩程度更明显,B型管桩的承载力要比AB型管桩高,耗能性能好;PRC管桩相比于PHC管桩,承载力有明显提高,而且在加载过程中,构件承受的荷载更为稳定,故PRC管桩可以有效改善管桩的承载性能,位移延性系数更大,延性性能更好。随着PRC管桩配筋率的增大,其承载力越高,而且对于管桩的变形能力和延性有明显的改善效果,荷载-位移曲线的下降段更为平缓。填芯的管桩对承载力有较小幅度的提高,位移延性系数的增大幅度较明显。随着管桩桩径的增大,其滞回特性和骨架曲线的形态虽未改变,但承载力和耗能能力有明显提高,延性更好。
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