预应力高强混凝土预制桩承台节点抗震性能研究

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1、预应力高强混凝土预制桩承台节点抗震性能研究（申请清华大学工学硕士学位论文）培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：倪国泉指导教师：杨军副研究员二〇一五年六月ResearchonSeismicPerformanceofHighStrengthPrecast,PrestressedPile-CapConnectionThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinCivilEngin

2、eeringbyNiGuoquanThesisSupervisor:AssociateProfessorYangJunMay2015摘要摘要相比灌注桩，预制桩有着桩身质量高，经济环保等优点，随着建筑工业化进程推进，预制桩越来越多地被推广使用。然而，国内预制桩抗震理论研究仍有欠缺，使其在高抗震烈度地区应用受限，这方面研究急需补充。在预制桩抗震性能研究中，桩-承台后浇节点尤为关键，国外相关研究多采用理论分析、试验研究以及数值仿真来评估预制桩承台节点抗震性能。现阶段国内建筑预制桩承台后浇节点常采用桩端钢筋锚固、桩身填芯、桩顶浅嵌固节点构造形

3、式，这一构造设计意在通过锚固保证抗弯承载力，通过填芯提供截面抗剪及避免局部破坏并保证一定的节点变形能力。本文首先利用足尺拟静力试验，对采用这一构造形式的离心成型高强混凝土空心方桩-承台节点进行抗震性能评估，对轴压水平、加载方向、嵌固深度和桩身配筋率等参数进行试验分析。试验节点最终破坏形式为2倍桩径以下的桩身塑性铰破坏，试验表明，从抗震设计角度，该构造下空心方桩轴压比不宜超过0.5，建议工程使用控制轴向荷载上限。本文对采用相同构造方式的复合配筋管桩承台节点进行拟静力试验研究，研究了轴压变化、填芯构造、复合配筋等参数对承压节点性能影响，同

4、时评估了抗拔构造节点性能，另外还设计了一类简化的半刚性节点构造形式，并对其进行节点抗震性能评估。试验结果表明，该节点主要破坏形式为桩头嵌固深度内承台保护层破坏，嵌固失效后承载力由填芯和锚固提供。这一模式下，承压节点表现出了较好的承载力和变形性能，但抗拔节点则表现出了承载力的突然下降和节点脆性破坏。建议工程使用保证一定轴压，并对承台保护层进行配筋加强。结合空心方桩试验，说明桩身和承台性能差异是节点最终破坏模式的决定性因素，同时轴压也是重要因素，大轴压下桩身承担更多损伤。试验结果同时还说明，本研究设计的半刚性节点构造在标准轴压水平下表现出

5、较好的抗震性能，延性较好，耗能指标优异。本文最后利用Abaqus对空心方桩嵌固节点进行数值建模，采用预应力场还原了预制桩后浇节点的施工工艺，利用非线性弹簧模拟锚固钢筋的粘结滑移。通过和试验数据的比对，论证了模型单调加载结果的可靠性，并且指出了模型不适合往复加载的原因。结合数值模型单调加载，本文探讨了轴压、填芯和桩身配筋的影响，其中，轴压对节点最终破坏模式影响最大，单调加载下填芯摩擦系数对性能无显著影响，桩身塑性铰破坏模式下增加配箍能有效改善节点力学性能。关键词：桩承台节点；拟静力试验；半刚性；有限元IAbstractAbstractP

6、recastpileshavebeenwidelyusedwiththeprocessofindustrializationincivilengineering,butdomesticapplicationinareawithhighanti-seismicfortificationgradestayslimitedduetothelackofrelevantlocalseismicstudy.Piletocast-in-place(CIP)concretepile-capconnectionisthekeypartwhileeval

7、uatingtheseismicperformanceofprecastpilefoundation.Analyticalstudy,experimentaltestandnumericalsimulationarethreecommonmethodsforseismicresearchonthepile-capconnection.Pileendanchor,fillingconcreteinthehollowsectionandashallowembedmentconsistofthemostcommonprecastpilest

8、oCIPpile-capconnectionconformationdesigninChina.Inthisdesign,anchorssupplyadequatebendingcapacityandfillingcon