水平往复荷载下设置加强环的PHC填芯管桩承载性状的数值模拟分析

摘要

与传统预制桩型相比，预应力混凝土管桩具有桩身强度高、单桩承载力大、成桩质量可靠、施工周期短、单位承载力造价比便宜、设计选用范围广等优点，故在高层建筑或桥梁等工程中被广泛应用。但在水平地震力作用下，PHC管桩的桩头部位承受较大的弯矩作用，易发生弯曲破坏。现有的管桩图集提到通过在桩头位置设置填芯混凝土可以提高空心管桩的承载能力，改善桩端延性。并且当桩承受较大水平力作用时，除需按构造要求设置填芯混凝土外，还需对桩头位置进行加强。
　　ABAQUS有限元软件可以方便快捷的模拟各工况下的结构分析变化情况，本文通过运用该软件分别模拟普通PHC填芯管桩和设加强环的PHC管桩在循环荷载作用下的水平承载力及其延性特征，并通过改变加强环的参数，探寻与管桩相匹配的最优加强环，使二者的结合能够产生最大效应。研究结果表明:
　　(1)普通高强预应力填芯混凝土管桩在较大水平荷载作用下，存在水平承载力较小，延性较差等不足。
　　(2)通过在管桩和承台结合处设置加强环，间接增大受力截面面积，可以提高该节点处的刚度，从而能有效提高预应力管桩的水平承载力，且由于加强环混凝土和加强环内钢筋骨架的存在，承台和管桩的连接作用得到加强，其延性和耗能能力也得到了改善，极大地提高了管桩的水平承载性能。
　　(3)随着加强环外径的增大，管桩的水平承载能力有了较大幅度的增强，并且在1.5倍管桩外径时最大，后虽有小幅度降低，但都保持稳定。若减小加强环内钢筋骨架到管桩外壁的距离，加强环外径的增大都能使承载力达到或接近最大值。随着加强环高度的增大，尽管水平承载力也有所增强，但作用效果相对较小。因此，加强环外径及其内设置的钢筋骨架和其位置都应该作为该种增强型PHC填芯管桩水平承载能力考量的主要参数。

目录

声明

论文说明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 预应力混凝土管桩的概述

1．1．1 预应力混凝土管桩的简介

1．1．2 预应力混凝土管桩的发展

1．1．3 预应力混凝土管桩的优缺点

1．2 地震中预应力管桩的受力性状

1．2．1 预应力管桩的受力分析

1．2．2 预应力管桩破坏的原因分析

1．3 课题研究的背景及意义

1．4 国内外研究及发展现状

1．5 本文研究的主要内容

第二章 利用ABAQUS软件建立数值模型

2．1 ABAQUS软件的简介

2．2 材料本构关系

2．2．1 结构分析概述

2．2．2 材料的选择及其本构关系

2．3 建立模型需重点考虑的因素

2．3．1 预应力的施加

2．3．2 接触问题

2．3．3 收敛问题

2．3．4 网格划分

2．4 模型建立与加载方案

第三章 数值分析结果

3．1 分析模型

3．1．1 管桩的各项参数

3．1．2 锚固钢筋

3．1．3 承台和填芯参数

3．1．4 各材料力学性能

3．2 各分析模型结果

3．2．1 荷载-位移滞回曲线

3．2．2 混凝土应力云图的比较

3．2．3 混凝土应力集中部位的应力-时间曲线

3．2．4 锚固钢筋的应力-时间曲线

3．2．5 预应力钢筋的应力-时间曲线

3．2．6 钢筋骨架的应力云图

3．3 小结

第四章 加强环参数改变后的有限元分析结果

4．1 加强环外径改变

4．1．1 荷载-位移滞回曲线

4．1．2 不同加强环外径下的水平承载力

4．1．3 不同加强环外径下混凝土的荷载-应力曲线

4．2 加强环内有无钢筋骨架的水平承载力

4．2．1 加强环内无钢筋骨架时不同外径下的滞回曲线

4．2．2 加强环内有无钢筋骨架时承载力的比较

4．3 相同加强环外径下不同钢筋骨架位置的水平承载力

4．4 相同加强环外径下高度不同时的水平承载力

4．5 小结

第五章 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要科研成果