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内河高桩码头大直径桩基长期工作特性研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 相关课题研究现状

1.2.1 钢护筒-钢筋混凝土桩基在码头工程中的应用研究

1.2.2 钢管混凝土柱承载性能研究现状

1.2.3 钢管混凝土徐变的研究现状

1.3 混凝土长期变形理论及徐变理论

1.3.1 混凝土长期变形理论

1.3.2 混凝土常见徐变模型

1.4 徐变的影响因素分析

1.5 文主要研究内容

2.1 试验背景

2.2 试验目的

2.3 试验方法

2.3.1 材料及模型尺寸选择

2.3.2 模型试件制作

2.3.3 混凝土的养护

2.3.4 材料性能的试验测定

2.3.5 测试设备

2.3.6 加载方案及测点布置

2.3.7 试验过程及构件组设置

2.4 试验结果及分析

2.4.1 桩基试件极限承载能力及其承载机理分析

2.4.2 桩顶荷载位移规律分析

2.4.3 桩身竖向荷载下应变关系的理论分析

2.4.4 钢护筒钢筋混凝土轴向及径向应变分析

2.5 破坏形态分析

2.6 钢护筒-钢筋混凝土组合结构承载力机理分析

2.7 轴心受压桩基的极限承载力分析

2.8 本章小结

第三章 横向受弯构件承载特性试验研究

3.1 试验背景

3.2 材料选择及实验组设置

3.3 加载方案及测点布置

3.4 试件的安装调整

3.5 试验结果及分析

3.5.1 钢管混凝土受弯构件特点

3.5.3 构件应变-荷载曲线及其机理分析

3.6 钢护筒-钢筋混凝土桩极限弯矩公式推导

3.7 本章小结

第四章 钢护筒-钢筋混凝土组合桩基长期性能试验研究

4.1 引言

4.2 依托工程简介

4.3 持荷方案及测点布置

4.3.1 加载装置简介

4.3.2 试验装置及构件的安装

4.3.3 持荷方案设计

4.4 数据的测读

4.5 试验结果与分析

4.5.1 温度及荷载的变化

4.5.2 核心混凝土徐变规律

4.5.3 徐变过程中钢护筒及核心混凝土的应力重分布

4.6 轴心受压构件长期荷载作用下的徐变理论分析

4.6.1 分析方法及思路

4.6.2 非线性徐变模型的几个假设

4.6.3 试验结果与混凝土徐变理论公式的对比分析

4.7 本章小结

第五章 长期工作特性模型的开发研究与数值模拟

5.1 混凝土微观性能模拟框架

5.1.1 混凝土微观性能分析

5.1.2 基于界面的荷载传递机理分析

5.1.3 钢护筒-钢筋混凝土材料-荷载耦合分析框架

5.2 考虑材料及荷载传递的钢护筒-钢筋混凝土模型的验证

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

6.3 结束语

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的科研成果

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摘要

为克服内河码头建设中大水位差对施工的影响,钢护筒-钢筋混凝土结构桩基已经广泛应用于内河高桩码头工程实践。本文结合交通运输部建设科技项目“在役高桩码头结构整体安全性评估技术”,依托重庆果园港码头结构二期工程,通过室内模型试验及理论分析的方法,对大直径钢护筒-钢筋混凝土桩的承载性能及长期工作性能进行研究,主要的研究内容及相关的研究结论为:
  (1)结合果园港码头二期工程,完成了模型设计。开展了6组不同参数的模型桩基的承载力试验研究。研究发现:对于D/δ≥20薄壁钢护筒-钢筋混凝土桩基,在应力水平低于0.45的轴向荷载作用下,钢护筒与内部钢筋混凝土的纵向应变大小基本相同,此时钢护筒对内部钢筋混凝土的约束作用并不明显,而在应力水平高于0.45的轴向荷载作用下,钢护筒将对钢筋混凝土施加侧向约束作用。此侧向约束作用可延缓微裂缝的开展,从而增强桩基的延性及极限承载能力;钢护筒对核心混凝土的侧向约束作用随钢护筒厚度的增加而增大;
  (2)对不同钢护筒厚度下的钢护筒-钢筋混凝土模型桩基的横向纯弯构件性能进行研究。研究发现:对于长细比L/D小于8的模型桩,在三分点加载方式下,相比于钢筋混凝土模型桩基,钢护筒的存在可有效增大破坏时的跨中挠度,避免脆性破坏;同时,钢护筒的存在可极大提高此类构件的极限弯矩。
  (3)对钢护筒-钢筋混凝土模型桩基在长期荷载作用下核心混凝土徐变规律进行了研究,主要变量参数为钢护筒厚度。并将试验结果与混凝土徐变理论模型计算结果比较,研究发现:在应力水平低于0.45的轴向荷载作用下,钢护筒-钢筋混凝土构件核心混凝土的徐变规律与混凝土结构徐变规律相同,均是前期发展较快而后期发展逐渐缓慢;钢护筒-钢筋混凝土桩的徐变值及徐变系数均小于同龄期时理论计算值且钢护筒厚度越大,同龄期下混凝土的徐变值越小;
  (4)与混凝土典型徐变模型的比较发现,在应力水平低于0.45的轴向荷载作用下,采用混凝土徐变的MC90模型计算的结果与试验结果偏差相对较小。同时,用有限元软件LINK3D对长期性能进行数值模,结果与试验结果较为吻合。

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