复合配筋桩抗震性能三维数值模拟与分析

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1、复合配筋桩抗震性能三维数值模拟与分析Threedimensionalnumericalsimulationandanalysisonseismicperformanceofcompoundreinforcedpile学科专业：土木工程作者姓名：胡秋斌指导教师：刘畅副教授天津大学建筑工程学院二零一七年十一月摘要预应力高强混凝土管桩（简称PHC管桩）具有竖向承载力高、施工方便等优点，常用于高层建筑和桥梁的桩基工程中，但由于具有脆性破坏的特征，国外的地震灾害调查中PHC管桩的震害较为严重，随着国内PHC管桩桩

2、基事故的发生，各地规范对PHC管桩加以限制，限制了PHC管桩的应用推广。一些学者为探求改善PHC管桩的抗震性能，在PHC管桩中添加非预应力以提高其抗震耗能性能，但对添加非预应力筋后形成的PRC桩（本文简称管桩）桩身受力特性及其抗震性能的影响因素的研究并不深入，本文在现场试验的基础上，通过ABAQUS有限元软件对复合配筋桩的桩基水平承载力及抗震性能进行了系统的研究。首先根据现场试验建立单桩桩土相互作用的静力有限元模型，在桩顶施加低周往复荷载，以模拟拟静力加载试验，与试验结果对比以验证模型的可靠性；在此基础

3、上运用定量对比分析的原则，通过改变模型的参数来分析非预应力筋、预应力筋、箍筋配筋率、填芯、桩径及竖向荷载对PRC桩抗震性能的影响，研究发现非预应力筋、预应力筋均存在一个最优的配筋率使得管桩的延性最好，增大箍筋配筋率对提高管桩抗震性能的影响相较于其它因素效果小，填芯和增大桩径在某些条件下可以提高管桩的延性，竖向荷载会降低管桩的延性，实际设计中要考虑竖向荷载的影响。本文建立了单桩桩土相互作用的有限元-无限元耦合动力模型，施加地震荷载，对比分析了复合配筋桩在不同强度及不同种类地震波作用下的桩基动力响应。研究发

4、现不同种类地震波作用下桩身地震响应虽然有所不同，但桩身地震响应最大处均发生在土层交界处，此处土体发生剪切破坏，桩身承担更大的地震剪力，为提高桩身安全保障，可在此位置处对桩身采取适当加固措施；罕遇地震作用下PRC桩单桩桩身弯矩峰值未超过抗弯承载力，可以看出PRC桩单桩抗震性能优良，偏于安全。关键词：复合配筋桩，抗震性能，ABAQUS有限元模拟，低周往复荷载，地震荷载IIIABSTRACTBecauseofhighverticalbearingcapacityandconvenienceoftheprest

5、ressedconcretepipepile(PHCpipepile),it’scommonlyusedinpilefoundationengineeringofhigh-risebuildingsandbridges.Butithasthecharacteristicsofbrittlefailure,earthquakedisasterinvestigationabroadinPHCpipepileismoreserious,withthedomesticPHCpipepilefoundationa

6、ccident,variouscodesrestrictedPHCpipepile,whichlimitstheapplicationandpopularizationofPHCpipepile.InordertoimprovetheseismicperformanceofPHCpipepile,somescholarsaddnon-prestressedtoPHCpipepiletoimproveitsseismicenergydissipationperformance.However,theres

7、earchonmechanicalpropertiesofpilebodyandtheinfluencefactorsoftheseismicperformanceofthePRCpile(calledpipepileinthepaper)isnotthorough.Inthispaper,thehorizontalbearingcapacityandseismicperformanceofcompositepilefoundationaresystematicallystudiedbyusingABA

8、QUSfiniteelementsoftware,onthebasisoffieldtests.Firstly,thestaticfiniteelementmodelofsinglepilewhichconsideringpile-soilinteractiononthebasisofthefieldtestisbuilt,lowcyclicloadingareputonthetopofpiletosimulatethequasistati