phc管桩嵌入承台深度的数值模拟与理论分析

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1、本文工作得到下述科研项目经费资助1、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：020200282、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：514083953、2014年度山西省科技创新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重点团队项目编号：2014131019太原理工大学硕士研究生学位论文PHC管桩嵌入承台深度的理论计算与模拟分析摘要随着改革开放和

2、经济建设的发展，20世纪80年代末，我国引入了预应力高强混凝土管桩。因其具有单桩承载力高、设计选用范围广、单桩承载力造价便宜、运输吊装方便，接桩快捷、施工速度快等诸多优点，在工程建设中得到广泛应用。如今，工程上利用竖直的预应力高强混凝土管桩来承受水平向的荷载已经十分广泛，研究预应力高强混凝土管桩在水平荷载作用下的应力分布和变形特性显得尤为重要，过去的研究主要是通过室内试验方法和理论分析来实现的，得到了许多试验数据和理论研究成果，但由于管桩和承台的连接处构件截面尺寸突变造成的应力集中，以及上部结构水平荷载产生的剪力和弯矩在此处最

3、大，因而在桩头部位极易发生破坏，目前对桩头部位的改造仍是通过填芯材料的改变来进行构造上的加强，所以进一步的研究具有重要的理论和实际意义。本文在国内外学者对预应力高强混凝土管桩（PHC管桩）的研究成果基础上，通过简化得到普通型填芯PHC管桩与承台连接处节点的应力分布模型来进行理论分析，并通过大型有限元结构分析软件ABAQUS对普通型填芯PHC管桩桩基础进行了模拟分析，得到如下结论：（1）通过对普通型填芯PHC管桩嵌入承台不同深度下的桩基础试件进行水平向的拟静力数值模拟试验研究，得出不同嵌固深度下试件的荷载—位移滞回曲线，对比各试

4、件曲线发现，随着嵌固深度的增加试件的抗弯承载力得到明显的增加，当嵌固深度达到PHC管桩外径一半时，抗弯承载力趋于稳定，试件达到了理想的破坏状态。（2）嵌固深度小于PHC管桩直径一半的试件在受力过程中显现出的延性较好，桩头嵌入承台的锚固钢筋可充分发挥作用，在试件达到极限荷载时锚固钢筋的抗力在极限承载力中占很大一部分，随着嵌固深度的增加，试件的延性减弱，锚固钢筋的发挥也很大程度地减小。（3）随着嵌固深度加深，试件极限承载力不再加大，试件的破坏是因管桩的强度不够引起，此时对比试件与一段刚结的普通填芯PHC管桩试件，发现本文所研究的试

5、件承载力有所降低，但延性要优于刚结的普通填芯PHC管桩试件。（4）提出了填芯管桩抗弯承载力的计算公式，结合有限元软件的计算分析，对公I太原理工大学硕士研究生学位论文式进行印证，并且界定了公式的适用范围。关键词：PHC管桩，嵌固深度，承台节点，非线性有限元，开裂弯矩，抗弯承载力II太原理工大学硕士研究生学位论文THETHEORETICALANDSIMULATIONANALYSISOFPHCPIPEPILEEMBEDDEDDEPTHFORTHEPILECAPSABSTRACTWiththedevelopmentofreformop

6、eningupandeconomicconstruction，thePHCpipepileshavebeenintroducedintochinainthelate1980s，Thiskindofpilefoundationhasbeenwidelyusedinengineeringconstructionsduetoitsadvantagessuchashighcapacity，widedesignselectionrange，economics，easytotransportlifting，andfasterconstru

7、ction．Today，thePHCpipepilehasbeenusedinmanyprojectswhichaskthepiletowithstandhorizontalloads，sotheresearchaboutdeformationandthestressdistributionofthePHCpipepilesunderhorizontalloadsisofparticularlyimportant．Thepaststudiesweremainlythroughlaboratorytestsandtheoreti

8、calanalysis，gettingalotofvaluableexperimentaldataandtheoreticalanalysisresults．howeverthestressconcentrationduetothesizeoftheconnectionsec