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

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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：020200282012/01-2014/12资助2、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：514083952015/01-2017/12资助3、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

2、硕士研究生学位论文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

3、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，

4、承台和管桩的连接作用得I太原理工大学硕士研究生学位论文到加强，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。关键词：加

5、强环，PHC填芯管桩，水平承载力，ABAQUS，滞回曲线II太原理工大学硕士研究生学位论文NUMERICALMODELLINGANALYSISONFILLEDPHCPIPEPILEWITHREINFORCEMENTRINGUNDERHORIZONTALCYCLICLOADINGABSTRACTComparedwiththeconventionalprecastpile,prestressedconcretepipepileshavesomanyadvantagesthatinhigh-risebuildingsorb

6、ridgesandotherprojectsthiskindofpilesarewidelyused,suchashighstrength,highbearingcapacity,reliablequality,shorterconstructionperiod,cheapercost,awiderangeofdesignselection,etc.Butunderhorizontalseismicforce,becausePHCpilebearsgreaterbendingmomentintheheadofpile

7、,sobendingfailureiseasilyobserved.Ithasbeenmentionedinexistingpileatlasthatbyfillingconcreteintotheheadpositionofpile,thecarryingcapacityofhollowpipepilescanbeincreased,theductilityofpilecanalsobeimproved.Andwhenthepilesneedtowithstandgreaterforce,inadditiontot

8、hedetailingrequirementsthatfillingconcreteshouldbesetintopile,thetopofitisrequiredtobestrengthenedaswell.ABAQUSfiniteelementsoftwarecanconvenientlyandquicklysimulatestructur