【摘 要】
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整体桥的桩基础在温度循环荷载作用下,会产生水平向周期性往复运动,桩-土相互作用显著,因此整体桥的桩基础需具有足够的水平变形能力。H型钢桩强度高、变形能力好,但造价高昂;而普通混凝土（RC）桩的刚度较大,变形能力差,且容易开裂。鉴于此,本文提出一种H型钢与RC相结合的阶梯桩构思:桩的上半部分为H型钢,可采用较小的截面满足竖向承载力要求,增加了桩身的水平变形柔度,而下段桩仍然采用RC。为了解H型钢-R
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目《预应力RPC-RC柔性节段桩基础整体无缝桥的受荷性状和设计计算方法研究》（基金号码:51778147）；
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整体桥的桩基础在温度循环荷载作用下,会产生水平向周期性往复运动,桩-土相互作用显著,因此整体桥的桩基础需具有足够的水平变形能力。H型钢桩强度高、变形能力好,但造价高昂;而普通混凝土（RC）桩的刚度较大,变形能力差,且容易开裂。鉴于此,本文提出一种H型钢与RC相结合的阶梯桩构思:桩的上半部分为H型钢,可采用较小的截面满足竖向承载力要求,增加了桩身的水平变形柔度,而下段桩仍然采用RC。为了解H型钢-RC阶梯桩在水平荷载作用下的受力特性,本文以H型钢-RC阶梯桩和H型钢桩为研究对象,通过拟静力试验的方法开展了相关研究,主要的工作和结论如下:（1）开展了两根抗弯刚度比值为0.25、0.5的H型钢-RC阶梯桩-土相互作用拟静力试验。试验结果表明,阶梯桩破坏位置均在变截面处,该处混凝土严重剥落、受力筋裸露;阶梯桩的桩身变形主要分布于上段桩,下段混凝土桩的变形较小;阶梯桩的桩身应变在变截面处会产生突变现象,且刚度比值越小,应变突变越大;刚度比为0.25、0.5的阶梯桩开裂位移分别为10～15mm、5～8mm,刚度比值小的阶梯桩抗开裂能力强;阶梯桩的桩身弯矩分布呈现“M形”,在上下两段桩均有一个弯矩极值点,且刚度比值小的阶梯桩弯矩较小;阶梯桩的等效粘滞阻尼系数最大值分别为RC桩的1.38倍、1.51倍,耗能能力优于RC桩;阶梯桩的位移延性系数均大于RC桩,且桩-土体系的初始刚度分别为RC桩的0.48倍、0.57倍,刚度较小,可运用于整体桥。（2）开展了一根H型钢桩-土相互作用拟静力试验。试验结果表明,H型钢桩的水平变形能力、承载能力、耗能能力均较好,适用于整体桥。（3）通过有限元分析,得到了阶梯桩的水平承载力折减系数,并用试验数据进行了验证,折减系数能较好地计算阶梯桩的承载力特征值,且计算值均偏于安全,可为实际工程设计提供参考。建议阶梯桩的刚度比值不大于0.4,长度比值取0.5左右。（4）在计算等截面桩的桩身变形时,m法的适用范围为桩顶水平位移2～5mm,p-y曲线法在10mm以内具有较高的精度;在计算阶梯桩的桩身变形时,m法仅在2mm时较准确,而p-y曲线法的适用范围可以提高至15mm。（5）以福建省某整体桥为工程背景,进行了带H型钢-RC阶梯桩的整体桥试设计。试设计结果表明,与原桥相比,试设计桥梁梁端截面处的恒载负弯矩下降了22.0%,整体降温荷载下梁端负弯矩减小了33.3%;阶梯桩可以有效缓解整体桥梁端负弯矩引起的混凝土开裂问题。在地震荷载作用下,试设计桥的内力响应也明显减小。
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