填芯SC管桩抗震性能试验研究及有限元分析

摘要

离心钢管混凝土桩（SC桩）作为一种新型的组合材料构件，充分发挥了钢材和混凝土的材料优势，具有良好的抗震性能。而在实际工程中考虑到桩的作业环境及地下水的侵蚀，为了改变管桩的受力性能，提高管桩承载力，往往会在离心钢管混凝土管桩内部浇筑填芯混凝土。但是目前对于预制管桩受力性能研究尚不多见，尤其对于填芯SC桩抗震性能的研究几乎没有，这严重限制了离心钢管混凝管桩在工程应用中的推广使用。因此，研究填芯对离心钢管混凝土管桩的抗震性能的影响，对开拓离心钢管混凝土管桩在预制桩领域的市场有积极的推动作用。
　　本文对SC桩、填芯SC桩和预制高强混凝土桩（PHC桩）、填芯PHC桩进行低周反复加载试验研究，得到各试件的抗震性能指标，通过对比分析各试件的破坏特征以及滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化，得出SC桩的抗震性能明显优于PHC桩，但填芯对于SC桩的耗能能力和抗震承载力没有提高。
　　在试验研究的基础上，利用有限元分析软件ABAQUS对四个试验试件进行了有限元模拟分析，并将有限元计算结果与试验结果进行对比，吻合较好。在此基础上利用ABAQUS软件分析了混凝土壁厚和强度、钢管壁厚和强度以及填芯材料等参数对填芯SC桩抗震性能的影响，可以看出，钢管壁厚和强度对填芯SC桩的耗能能力和抗震承载力有较大影响，而混凝土壁厚和强度、填芯材料对填芯SC桩抗震性能的影响很小。
　　在试验研究和有限元分析的基础上，提出了填芯SC桩受弯构件骨架曲线的三折线理论模型。通过理论推导确定了模型中各参数的简化计算方法，并将理论分析结果与试验结果进行对比，得到了比较吻合的结果，验证了该模型的可靠性，可为填芯SC桩的设计提供一定的参考。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题研究的背景

1．1．1 钢管混凝土简介

1．1．2 钢管混凝土桩基础的应用

1．2 桩基的震害

1．3 桩基础的抗震研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本课题研究的意义和主要内容

1．4．1 本课题研究的意义

1．4．2 本课题研究的主要内容

第二章 填芯SC管桩抗震性能试验研究

2．1 试验概述

2．2 试件的设计与制作

2．3 试验设计

2．4 加载方式及量测内容

2．4．1 加载装置及加载制度

2．4．2 试验量测内容

2．5 试验现象及分析

2．5．1 SC桩和填芯SC桩

2．5．2 PHC桩和填芯PHC桩

2．6 试验数据分析

2．6．1 滞回曲线

2．6．2 骨架曲线

2．6．3 抗震承载力

2．6．4 延性性能

2．6．5 刚度退化

2．6．6 耗能能力

2．6．7 钢管和混凝土的应变

2．7 本章小结

第三章 填芯SC桩有限元非线性分析

3．1 填芯SC桩的非线性问题

3．2 填芯SC桩有限元模型建立

3．2．1 双单元分析模型

3．2．2 对于模型收敛的几项措施

3．2．3 填芯SC桩材料的本构关系

3．2．4 钢管和混凝土的相互作用

3．2．5 钢管和混凝土的单元类型及网格划分

3．3 试验管桩有限元结果分析

3．3．1 试验应力破坏云图

3．3．2 荷载—位移滞回曲线

3．3．3 荷载—位移骨架曲线

3．3．4 极限承载力与位移

3．4 设计参数分析

3．4．1 混凝土壁厚影响分析

3．4．2 钢管壁厚影响分析

3．4．3 混凝土强度影响分析

3．4．4 钢管强度影响分析

3．4．5 填芯材料影响分析

3．5 本章小结

第四章 填芯SC管桩抗震性能理论分析

4．1 概述

4．2 填芯SC桩骨架曲线模型

4．3 三折线骨架曲线模型验证

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文