浅谈增强型预应力管桩单桩抗拔承载机理的研究

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1、太原理工大学硕士学位论文增强型预应力管桩单桩抗拔承载机理的研究姓名：张芳芳申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：牛志荣20100501太原理工大学硕士研究生学位论文增强型预应力管桩单桩抗拔承载机理的研究摘要增强型预应力管桩是由浙江天海管桩有限公司于2005年在预应力异形管桩的基础上研发出的一种新桩型，其桩身外壁增设了纵向及环向凸肋，节省了桩身材料的用量，提高了桩体的刚度、桩侧摩阻力和环肋阻力，竖向抗压及抗拔承载力也相应得到了显著的增强，故简称增强型管桩。该桩型采用卡扣式机械快速接桩技术，并用专用材料进行密封，取代了传统的焊接接桩。与传统的预应力管桩相比，具有连

2、接可靠、施工便捷、强度高及综合费用低等优点。目前，该桩型已在全国范围内得到推广应用，取得了良好的经济效益和社会效益。增强型预应力抗拔管桩是一种非常复杂的力学体系，它也不同于传统预应力管桩和挤扩支盘桩等。到目前为止，它在抗拔桩的设计和施工中还处于探索阶段，缺乏深入的理论研究和设计依据，这些都是继续研究和推广应用该项技术亟待解决的问题。本文基于增强型管桩和传统预应力管桩的现场抗拔静载试验，通过理论分析、数值计算等手段，对增强型管桩的受力性状进行了深入分析，研究的主要内容有：(1)通过对同场地外径相同的四根传统预应力薄壁管桩和增强型预应力薄壁管桩的现场静载试验进行对比分

3、析得出：增强型管桩的U−δ曲线比较平缓，极限承载力比传统管桩高达56%以上，表现的更有抗拔后劲。(2)建立了传统管桩与增强型管桩的荷载传递模型，并对相关参数的选II太原理工大学硕士研究生学位论文取与计算进行了综合探讨。采用VC++语言编制了位移协调法计算两种桩型的U−δ曲线及轴力的程序，计算得到的U−δ曲线与工程试验结果进行对比，二者非常吻合，表明该方法合理可行，在实际工程中可用来推算增强型管桩的极限承载力，达到替代或部分替代现场试验的目的。(3)基于现场试验结果，采用有限元软件MIDAS/GTS进行模拟分析，结果表明增强型管桩较传统管桩对桩周土体的影响更明显，在

4、环肋部位呈圆筒状的剪切面。桩周土的水平位移沿径向与轴向逐渐减小，沿轴向呈“杯状”。其桩身轴力分布也明显不同于传统管桩，在环肋部位轴力图发生明显突变，呈台阶状递减，表明环肋阻力发挥了作用。(4)采用荷载传递法构建了均质砂土中标准桩长的传统预应力薄壁管桩和增强型预应力薄壁管桩的计算模型，并进行三维有限元模拟，结果表明两种桩型在上拔荷载作用下的影响范围均呈“倒喇叭形”，但增强型管桩的影响范围更明显。且每级荷载下增强型管桩的桩顶位移及桩周土的位移均明显小于传统管桩。其环肋部位轴力的变化值从上到下逐渐减小，表明环肋产生的附加应力沿桩身逐渐减小，具有明显的时间效应。(5)改变

5、环肋间距、纵肋数目两种因素下进行数值模拟，结果表明：增强型管桩的承载力与桩周土的影响范围随环肋间距的增大而增小，环肋间距的疏密不同，则桩土间的破坏形式也不同；纵肋对提高桩体承载力的作用并不明显，但可有效提高桩体的刚度，助于缓减环肋的冲切破坏。通过对其位移场与应力场的分析，可得最优纵肋数目为4条。关键词：增强型预应力管桩，传统预应力管桩，荷载传递法，有限单元法，MIDAS/GTS，数值计算III太原理工大学硕士研究生学位论文STUDYONUPLIFTLOADINGMECHANISMOFSINGLEENHANCEDPRESTRESSEDCONCRETEPIPEPILE

6、ABSTRACTEnhancedprestressedconcretepipepilewasinventedonthebasisofirregular-shapedprestressedconcretepipepilesbyZhejiangTianhaipipepileCo.,Ltdin2005.Thecircularribandlengthwiseribwereaddedintoitsbodywall,whichsavealargeamountofmaterial,andincreaseitsrigidity,shaftresistanceaswellasbra

7、nchresistance.Similarly,verticalcompressionandupliftcapacityhavebeensignificantlyenhanced,too,soitcalled“enhancedpipepile”forshort.Themechanicalbondexpressjointandspecificsealingmaterialwereusedwheninpileconnectionsubstitutefortraditionalwelding,comparedwithconventionalprestressedpipe

8、pile,