强震下phc管桩与承台连接节点的抗震性能及设计方法研究

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1、太原理工大学博士研究生学位论文本文工作得到下述科研基金项目资助。1.国家自然科学基金青年科学基金项目项目名称：强震下PHC管桩与承台连接节点的抗震性能及设计方法研究项目编号：514083952.山西省人力资源及社会保障厅山西省留学人员科技活动择优资助项目项目名称：预应力高强混凝土管桩基础抗震性能的试验研究及分析项目编号：020200283.山西省自然科学基金项目项目名称：水平荷载作用下预应力混凝土管桩桩身延性分析项目编号:201601D0110554.山西省科技创新重点团队建设计划项目名称：复杂环境下地基

2、基础与地下空间开发山西省科技创新团队项目编号：2014131019I万方数据太原理工大学博士研究生学位论文II万方数据太原理工大学博士研究生学位论文III万方数据太原理工大学博士研究生学位论文IV万方数据太原理工大学博士研究生学位论文本文工作得到下述科研基金项目资助。1.国家自然科学基金青年科学基金项目项目名称：强震下PHC管桩与承台连接节点的抗震性能及设计方法研究项目编号：514083952.山西省人力资源及社会保障厅山西省留学人员科技活动择优资助项目项目名称：预应力高强混凝土管桩基础抗震性能的试验研究

3、及分析项目编号：020200283.山西省自然科学基金项目项目名称：水平荷载作用下预应力混凝土管桩桩身延性分析项目编号:201601D0110554.山西省科技创新重点团队建设计划项目名称：复杂环境下地基基础与地下空间开发山西省科技创新团队项目编号：2014131019V万方数据太原理工大学博士研究生学位论文VI万方数据太原理工大学博士研究生学位论文强震下PHC管桩与承台连接节点的抗震性能及设计方法研究摘要近年来，预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)在我国土木工程领域中的应用发展迅猛，被广泛地用于各类工程场

4、地中的各种土木工程结构基础中。然而国外震害资料表明，PHC管桩基础在遭遇强烈地震作用时会发生破坏。我国现行国家规范规程尚未明确规定PHC管桩基础的抗震设计方法，特别是对管桩与承台连接节点的抗震设计计算和构造措施要求相对不明确。加之我国目前尚无PHC管桩基础的实际震害资料，人们对PHC管桩基础抗震性能的了解还不够深入，因此也限制了PHC管桩基础在高烈度地震区的推广应用。为促进PHC管桩基础在高烈度地震区的推广应用，本文通过总结国内外学者关于管桩及管桩与承台连接节点的抗震性能研究成果，针对管桩与承台连接节点抗

5、震性能较弱的问题，创新性地提出了一种适用于高烈度地震区的PHC管桩与承台连接劲性节点。为验证比较此种新型劲性节点与预应力管桩图集给出的普通型节点和加强环型节点的抗震性能的优劣，完成3种不同节点连接构造措施的PHC管桩与承台连接节点的足尺试件(普通型节点试件、加强环型节点试件及劲性节点试件）在恒定竖向荷载和往复水平荷载的共同作用下的抗震性能试验研究，分别并获得了各节点的破坏特征、滞回特性、刚度退化特性、塑性铰形成机制、承载能力及延性耗能特性等结果。研究表明：三种节点试件呈现了明显不同的破坏形式。普通型节点试

6、件呈现节点脆性破坏，延性性能差，节点抗弯承载力低；相比普通型节点试件，加强环型节点试件因在桩头增加了钢件混凝土加强环，劲性节点试件因在结合部增设了“T形钢件”，二者在节点抗弯承载力和延性方面均有大幅度提高。证明了劲性节点在抗弯承载力、耗能性能、延性及施VII万方数据太原理工大学博士研究生学位论文工建造等方面的综合优势。为更深入地了解节点试件的受力状态和破坏机理，分析不同设计参数的影响，优化设计参数，利用有限元软件ABAQUS对上述三种节点分别进行了恒定竖向荷载和往复水平荷载的联合作用下的弹塑性有限元分析，

7、有限元分析结果与试验结果吻合较好。研究表明：在普通型节点试件中，桩头嵌固深度对试件节点抗弯承载力影响显著，随着嵌固深度的增加，承台混凝土嵌固约束抗弯承载力和锚固钢筋抗弯承载力的比例不断变化，在设置锚固钢筋的前提下，当嵌固深度为0.5D时（D为管桩外径），普通型节点试件可获得最大的节点抗弯承载力；在加强环型节点试件中，加强环壁厚的取值对节点抗弯承载力的影响比较明显，比较合理的加强环壁厚取值为0.5D，并且可考虑取消桩端锚固钢筋；在劲性节点试件中，建议保留桩端锚固钢筋，T形钢件的横肢长度B及T形钢件埋入承台

8、的深度dT的合理取值分别为1.5D和0.75D。为进一步研究土体约束状态下桩与承台连接节点采用不同连接构造形式对桩-承台-土的复合受力体系的抗震性能的影响。在1.2m×1.2m×1.2m小型土工箱内分别完成了6组采用不同节点连接方式的桩-承台-土1:10缩尺模型的拟静力抗震试验，6种不同节点连接方式具体包括：普通型节点（桩头分别以1.0D、0.5D和0.2D直接嵌入承台）加强环型节点、劲性节点和桩伴侣节点。研究表明：桩头部位采