FRPC组合桩低周反复荷载试验研究

摘要

土木工程中，传统材料桩（钢管复合桩、钢筋混凝土管桩）在海水、盐卤、盐渍土等恶劣自然环境中很容易被腐蚀且维修成本较高。玄武岩纤维（continuous basalt fibre简称CBF)是一种新型的轻质高强耐腐蚀无机纤维增强复合材料，由其制成的FRPC组合桩（Fiber Reinforced Polymer Pile Filled with Concrete）是由FRP管、钢筋、混凝土形成的一种新型组合桩基础形式，它能够很好的抵御外部环境的侵蚀，改善结构的耐久性，降低桩基工程的全寿命成本。FRPC组合桩的受力性能、承载特性与传统材料桩存在较大差异，且与传统的FRP材料（碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等）在力学性能方面也存在一定的差异。本文主要采用室内试验和理论分析相结合的方法，研究FRPC组合桩的水平承载性能、抗弯性能以及抗震性能，主要内容和研究成果如下： （1）为了研究低周反复加载试验下FRPC组合桩的承载能力、变形特征以及延性、耗能等抗震性能，本文进行了1根FRPC组合桩，2根混合配筋预应力混凝土管桩（PRC管桩），2根预应力高强混凝土管桩（PHC管桩）的低周期反复荷载试验。并观察其在试验过程中的破坏特征，通过对滞回曲线、骨架曲线、强度及刚度退化、延性性能和耗能性能等试验结果进行对比研究。通过比较FRPC组合桩与PHC、PRC管桩的延性性能和耗能性能，研究发现FRPC组合桩在抗震性能方面和传统管桩相比有一定的优势。研究还发现FRPC组合桩在低周反复试验中呈现出无明显屈服点的延性破坏特征，破坏时其极限承载力远高于常用PHC、PRC管桩，但FRPC组合桩的弹性模量较小，破坏时极限位移较大。为了解决FRPC组合桩破坏时极限位移较大，拟通过对FPR管施加预应力，研究FRP管的张拉控制比，提出可进一步发挥FRP高强的性能方法，且能降低FRPC组合桩在弯矩作用下的挠曲变形，从而改善结构的使用性能。 （2）为了进一步研究FRPC组合桩的抗弯性能，比较CBF管与玄武岩纤维力学性能的差异，本文进行了一根FRPC组合桩的四点纯弯试验以及CBF管的单轴压缩试验，观察其在试验过程中的试验现象，绘制荷载挠度曲线、刚度退化曲线，并通过观察CBF管微观构造以及裂缝开展情况，研究其与玄武岩纤维力学性能的差异。研究表明FRPC组合桩受弯承载呈现三阶段（整体工作阶段、正常使用阶段、极限承载阶段）的工作特点。通过分析抗弯刚度的变化规律以及刚度叠加原理，发现EC4的计算值与试验中FRPC组合桩正常使用阶段的刚度较为吻合，结合CBF管单轴压缩试验，提出弹性模量在厂家提供的弹性模量基础上乘以0.4的修正系数，并将复合桩抗弯刚度计算公式的计算结果与试验值对比对此结论进行初步验证。 （3）针对FRPC组合桩的抗剪承载力和极限弯矩，分析了极限平衡理论、统一理论的推导过程和理论意义。通过将理论计算与试验结果进行对比，表明FRPC组合桩在使用过程中基本不会发生斜截面受剪破坏，进一步验证εfe=0.42εfu，弹性模量在厂家提供的弹性模量基础上乘以0.4的修正系数的可靠性,为避免FRPC组合桩发生脆性破坏，保证FRP被拉断前，受压区混凝土被压碎，FRP材料的界限配置率应大于17.8%。

目录

第一个书签之前