港工钢管桩剪力键优化设计研究

摘要

近些年，钢管混凝土桩结构以其强大的承载性能，被广泛应用于港口工程中。在此结构中，桩芯混凝土作为主要的承压部件，在长期的荷载作用下，易产生一系列的破坏，从而影响结构整体的安全。现浇钢筋混凝土桩芯作为钢管桩与上部混凝土结构间的一种连接方式，焊接于钢管内壁的剪力键可以有效地提高这一连接方式的承载能力。带有剪力键的桩芯连接方式受力机制比较复杂，国内外尚无明确规范规定，目前的理论分析与设计方法也还不够完善。本文以带有单个剪力键的混凝土桩芯连接为研究对象，尝试对轴力作用下桩芯内部的应力和应变进行理论分析，并以此为这一连接方式的优化设计研究提供基础。具体研究内容如下:
　　(1)根据混凝土桩芯连接的受力特征，结合薄壁圆壳理论恰当考虑钢管壁对桩芯的约束作用，由此构造混凝土桩芯内部的径向及轴向位移函数，并利用边界条件推导出位移函数中各个系数。在此基础上，采用广义虎克定律，推导出混凝土桩芯内任意点处的应力及位移的表达式。
　　(2)论文根据上述理论推导得出的理论公式，在桩芯混凝土外壁上沿轴向方向选取若干个计算点，在不考虑钢管自身径向的压缩量的情况下，计算这些点上混凝土外沿的径向位移，并将计算结果与实验实测数据进行对比验证，结果表明:在轴压作用下，理论分析得到的钢管外壁径向位移与实测结果总体上变化趋势大致相同，计算结果也比较接近;在轴拉作用下，研究对象主要为剪力键下半段混凝土，由于忽略了上半段的影响，导致计算结果与实测结果相差较大，但总体上变化趋势相同。
　　(3)利用上述混凝土桩芯的理论分析模型，针对剪力键尺寸和位置进行优化设计分析，建议在条件允许范围内，剪力键凸起高度越高越好，并给出了剪力键布置位置的较优取值范围。
　　本文针对钢管桩与上部混凝土结构间带有剪力键的桩芯连接方式，提出了桩芯混凝土应力和应变的理论分析模式，并建立了一系列实用理论计算公式，为桩芯混凝土的配筋计算及优化设计、以及进一步的理论分析提供了一定的基础，同时也能够为今后的工程设计提供一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及研究意义

1．2 钢管混凝土结构研究现状

1．3 剪力键连接的混凝土研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 薄壁圆壳理论概述

2．1 薄壁圆壳理论基本概念及假定

2．2 圆柱面薄壳受轴对称荷载的弯曲问题

2．3 圆柱面薄壳轴对称弯曲问题的简化计算

2．4 本章小结

第三章 轴力作用下桩芯混凝土应力分析

3．1 轴压作用下应力分析

3．1．1 概述

3．1．2 应力分析计算模型

3．1．3 各项应力与应变

3．2 轴拉作用下应力分析

3．2．1 概述

3．2．2 应力分析计算模型

3．2．3 各项应力与应变

3．3 本章小结

第四章 理论计算与实测结果对比

4．1 Gebman针对剪力键连接的试验概况

4．1．1 试验装置与实验材料

4．1．2 试验加载方式与数据采集

4．2 轴压作用下计算结果

4．2．1 理论计算结果与实测结果对比

4．2．2 理论计算结果概述

4．3 轴拉作用下计算结果

4．3．1 理论计算结果与实测结果对比

4．3．2 理论计算结果概述

4．4 本章小结

第五章 剪力键优化设计研究

5．1 剪力键突出高度的优化分析

5．2 剪力键布置位置的优化分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 存在的问题及展望

致谢

参考文献

攻读硕士研究生期间发表的论著及科研成果