钢纤维高强混凝土桩基承台受力性能及承载力计算方法

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桩基承台是桩基础中承上启下的受力构件。现代水工建筑、海洋钻井平台和高层建筑等大型工程的发展对桩基承台受力性能提出了更高的要求。但是,现有承台设计计算方法主要是依据普通强度混凝土承台研究成果建立的,缺乏高强混凝土桩基承台性能的研究。本文通过模型试验、有限元数值计算和理论分析,探讨了钢筋钢纤维高强混凝土桩基承台的受力性能和承载力计算方法。主要研究内容如下:(1)通过10个钢筋钢纤维高强混凝土三桩桩基承台受力性能试验,测试了承台的裂缝开展、破坏形态、荷载-挠度曲线、混凝土和钢筋应变,分析了钢纤维体积率、承台有效厚度、配筋率和配筋方式以及混凝土强度对承台承载力的影响。结果表明,钢筋钢纤维高强混凝土三桩桩基承台发生冲切破坏,符合桁架拱受力机理,三桩承台的破坏主要源自斜压杆的劈裂破坏或斜压破坏。随着钢纤维体积率和承台有效厚度的增加,三桩承台承载力明显提高,配筋率和配筋方式对承台承载力也有一定影响。(2)通过建立三桩承台的有限元分析模型,模拟了承台从加载、开裂、屈服直到破坏的受力过程,研究了三桩承台的挠度及应力分布,预测了三桩承台承载力并与试验结果对比,进一步明确了钢筋钢纤维高强混凝土三桩承台的冲切破坏机理。(3)通过17个钢筋钢纤维高强混凝土四桩桩基承台受力性能试验,分析了不同钢纤维体积率、承台有效厚度、钢筋配筋率和混凝土强度的四桩桩基承台的裂缝开展和破坏形态、荷载-挠度曲线、钢筋和混凝土应变特征以及承台破坏机理。结果表明,底部配筋率适中的钢筋钢纤维高强混凝土四桩承台的破坏形态为弯曲破坏,弯曲拉应力由钢筋和钢纤维混凝土共同承担;随着承台有效厚度和钢纤维体积率的增加,四桩承台受弯承载力显著提高。随着底部纵筋配筋率的增大,四桩承台受弯承载力有所提高,变形能力增强。(4)研究了钢筋钢纤维高强混凝土三桩桩基承台的破坏机理,建立了三桩承台承载力计算方法。研究表明,钢筋钢纤维高强混凝土三桩桩基承台的破坏机理可用桁架拱模型来解释。在此基础上,分别建立了基于钢纤维混凝土斜压杆劈裂破坏和斜压破坏的钢筋钢纤维高强混凝土三桩桩基承台受冲切桁架拱模型以及基于桁架拱模型的钢筋钢纤维高强混凝土三桩桩基承台受冲切承载力计算方法。(5)研究了钢筋钢纤维高强混凝土四桩桩基承台的破坏机理,建立了四桩承台承载力计算方法。研究表明,钢筋钢纤维高强混凝土四桩桩基承台的破坏符合受弯构件破坏机理。在此基础上,利用塑性绞线理论并考虑钢纤维的作用,推导了钢筋钢纤维高强混凝土四桩桩基承台受弯承载力的计算模型,提出了考虑钢纤维含量特征值影响的钢筋钢纤维高强混凝土四桩桩基承台受弯承载力计算方法,并按照悬臂梁破坏模式给出了承台承载力的实用计算方法。本文研究工作,为完善我国的《纤维混凝土结构技术规程》提供了依据。
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