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目前,随着高层、超高层建筑的兴建,桩基以其承载力高、能减少地基不均匀沉降等优点,在工程上得到越来越广泛的应用。承台作为桩基的重要组成部分,起着承上启下的作用,在设计中应予重视。因此,对桩基承台的受力机理及其承载力问题的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。
本文综述了有关承台的设计计算方法,将钢纤维混凝土这种新型的复合材料应用于钢筋混凝土承台,进行试验研究。本次试验共制作混凝土试件和钢纤维混凝土试件8 个,其中6 个双柱承台,2 个单柱承台。同时对8 个承台试件进行了非线性有限元分析。通过对试验过程、现象的描述,以及对试验结果以及有限元计算结果的整理,作了以下工作:
1.根据试验结果分析了承台底部纵向钢筋均匀布置与集中布置对承台的极限承载力的影响,结果发现纵筋集中布置可以提高承台极限承载力10%左右;同时对钢纤维掺入体积率(ρ)对承台的开裂荷载和极限荷载的影响也做了一定的探讨,分析结果表明当% 0 . 1 0 ≤≤ρ时,钢纤维的掺入对承载力影响很大,超过1.0%,钢纤维掺入对其影响较小,所以钢纤维掺入能够提高承台极限承载力,但是掺入量宜控制在1.5%以内。
2.详细地探讨了钢筋混凝土和钢纤维混凝土桩基承台的传力机理。桩基承台的延性一般较差,后期变形能力不足,不可能形成塑性铰线,因此在受力模式上将桩基承台视为如同粱板等受弯构件是不尽合理的。本次试验在桩柱连线方向的承台内部特意放置几个钢筋网片并在其上粘贴电阻应变片,用以测定该方向上混凝土内部应力分布,并借此探讨整个承台内部应力流的分布规律。从所得到的数据可以看出混凝土内部主要以压应力流为主并大致按照空间拉压杆模型分布;同时针对本次试验的非线性有限元分析的云图显示也得出了承台传力模式较为符合空间拉压杆模型。
3.在试验研究和理论分析的基础上,提出了基于拉压杆理论钢纤维混凝土桩基承台的实用简化设计方法与计算公式。该方法更符合承台实际受力情况,可以为广大的设计人员在设计时提供新思路和新方法;计算出来的厚度比现行的规范公式计算厚度要小,节约了工程成本,具有重要的工程应用价值。
最后,在全面总结论文工作的基础上,提出本课题尚待深入研究的若干问题。