抗拔管桩及其填芯混凝土受拉结构性能试验

管桩用于抗拔作用的工程逐年增多,为提高抗拔管桩的应用水平,对抗拔管桩的桩身进行了抗拉结构性能试验和分析．结果表明：桩身抗拉为脆性破坏形态,混凝土不开裂时抗拉承载力最大,混凝土不受拉力时其值最小,混凝土有效预压应力和端板节点强度起决定作用．对抗拔管桩和填芯混凝土进行了现场原型试验和工程验证,15根抗拔桩的试验结果显示,填芯混凝土与管桩的黏结强度为填芯混凝土抗拉强度的17．1％,表明根据提出的抗拔管桩设计原则和强度控制节点,只要控制得当,管桩用作抗拔是可靠的受力结构体系．     

预应力混凝土竹节桩承载性能对比试验研究

预应力混凝土竹节桩(简称"竹节桩")是在普通预应力混凝土管桩(简称"管桩")基础上改良而来的新桩型。文章介绍了竹节桩的构造和接桩技术,并通过现场静载试验,对竹节桩在软土地基中的承载性能进行了对比研究。试验表明:竹节桩的单桩竖向抗压极限承载力与管桩和预应力混凝土空心方桩(简称"方桩")相比,均能提高20%左右,单桩竖向抗拔极限承载力比管桩提高60%以上。竹节桩由于设置了环向、纵向凸肋,改变了桩-土接触方式和桩身粗糙度,有利于桩侧摩阻力的充分发挥。在荷载水平较低时,桩顶位移曲线近似为直线,当荷载增加到一定程度时,会在土体中形成一个直径与环向凸肋大小相当的圆筒形剪切滑动面。     

预应力钢绞线超高强混凝土管桩轴压性能研究

通过对2种常用桩型的预应力钢绞线超高强混凝土管桩和预应力钢绞线复合配筋超高强混凝土管桩进行轴压性能试验、数值模拟分析和经验公式计算,研究了管桩的极限轴压承载力、极限轴压变形及破坏特征．结果表明：所有管桩试件均呈现受压破坏,混凝土首先压碎,导致纵筋向外压曲,箍筋拉断．数值模拟得到的桩身破坏断面与试验桩身破坏断面吻合较好,数值模型可以较为准确地预测管桩极限轴压承载力和极限轴压变形．预应力钢绞线超高强混凝土管桩以及预应力钢绞线复合配筋超高强混凝土管桩的抗压承载力建议按照国家标准图集《预应力混凝土管桩》(10G409)中公式进行计算．     

人工气候模拟海洋大气盐雾区的加速试验设计

在海洋大气盐雾环境下,氯离子侵蚀是混凝土结构耐久性退化的主要原因。为了解决该环境下混凝土结构耐久性试验的相似性问题,以海洋环境中混凝土受氯盐侵蚀的实际工程为背景,在简述盐雾侵蚀机理的基础上,分析了大气盐雾区的现场环境参数（盐雾沉降率、雾粒直径、温度、湿度和干湿时间比等）。通过对现场环境参数的模拟和改变来提高氯盐侵蚀速度以制定加速试验方案。     

混凝土变径桩工作性状研究

通过数值模拟及现场试验的方法对变径桩的工作性状进行分析研究,比较变径桩PHB与等直径管桩的桩身轴力、抗压承载力及抗拔承载力,分析得出结论,变径节桩的单桩承载力小于同节径相等的等直径管桩,大于同直径的预应力管桩。PHB桩可在复合地基及抗拔桩中单独使用,可减少挤土效应,具有一定的技术经济效益(可节省混凝土材料约18%,,减少挤土体积12%,左右)。     

沿海混凝土结构耐久性现场试验方法的优选

为了有效地进行沿海混凝土结构的耐久性检测与评估,通过分析和对比目前国内外混凝土结构常见的耐久性检测方法,结合沿海混凝土结构的特点,提出了一种对沿海混凝土结构进行检测与评估的实用方法.该方法通过人工环境室内加速与现场取样检测、现场暴露试验等,建立人工气候环境与自然环境条件下混凝土结构性能劣化的相似关系,从而通过短期实验实现对新建或待建结构的耐久性评估与寿命预测.为今后对混凝土结构耐久性进行有效的评估提出了一种新的思路.并以一实际工程的耐久性试验方案为例,分析了该方法的具体实施过程.     

软土地区预应力竹节桩与管桩抗压承载性能研究

软土地区土体工程性质较差,土体所能提供的桩侧阻力较小,限制了PHC管桩承载性能的发挥.预应力高强混凝土竹节桩(PHDC桩)桩身每隔一定距离存在一个突出的竹节节点,竹节节点能够增加桩基的桩侧承载性能,从而提高桩基的极限承载力.为了研究PHDC桩在软土地基中的承载性能,进行了一系列PHDC桩和PHC管桩的现场静载试验,通过对试验结果的分析,得出以下结论:PHDC桩施工过程对桩周土体的扰动程度较大;当休止期为15 d时,PHDC桩周围的土体强度未恢复,PHDC桩的极限承载力远低于设计值;当休止期增加到40 d时,350(400)mmPHDC桩的极限承载力与400 mm直径的PHC管桩的极限承载力相同,说明当PHDC桩的桩周土体强度恢复时,PHDC桩的承载性能优于PHC管桩的承载性能;休止期为40 d时,3号和4号PHDC桩达到极限承载力时的桩顶位移值分别为桩身直径的9.46%和7.37%,大于PHC管桩达到极限承载力时所需要的桩顶沉降值.     

材料耐久性退化数学模型的比较研究

材料耐久性退化数学模型主要集中在混凝土碳化、氯离子侵蚀和钢筋锈蚀,目前,对这三个方面退化数学模型的归纳和总结多以横向研究为主,为了实现混凝土桥梁耐久性全过程分析的目标,从纵向的研究角度出发,首先给出混凝土桥梁耐久性全过程分析的两条退化主线:混凝土碳化-钢筋锈蚀-结构整体性能退化、氯离子侵蚀-钢筋锈蚀-结构整体性能退化;然后针对第一条退化主线详细介绍了现有的两种较完备的退化模型,并对其进行了比较分析,结果表明:评定标准中的退化模型概念清晰,参数相对较少,更适合用于混凝土桥梁耐久性全过程分析.     

基于光纤光栅传感技术的敞口混凝土管桩应力测试现场试验

基于4根足尺敞口混凝土管桩现场试验,在桩身刻槽预埋串联式的光纤光栅(FBG)传感器,成功地将准分布式FBG传感技术应用在贯入过程中桩身轴力的测试,研究了敞口混凝土管桩稳态贯入过程中桩端阻力和桩侧摩阻力的变化规律。试验表明:FBG传感技术能够准确分离桩端阻力和桩侧摩阻力,测试效果较为理想。桩端阻力和桩侧总摩阻力沿深度变化曲线反映土层的工程性质,桩端阻力受土层变化影响明显,硬质土层界面处桩端阻力平均增幅78. 5%;桩侧摩阻力进入圆砾层时出现峰值,平均增长幅度为20. 2%。桩端位于非硬质土层,桩端阻力、桩侧摩阻力变化不明显。贯入过程中桩身轴力变化曲线表明桩身下部侧摩阻力明显大于上部侧摩阻力。     

基于DLA的氯离子侵蚀与碳化耦合作用下桥梁性能演变模拟

氯离子侵蚀和碳化是影响混凝土结构耐久性的主要因素,各自的理论公式已比较完善,但考虑二者耦合作用的定量分析和模型较少,影响混凝土结构耐久性分析的精度和水平.扩散限制凝聚模型(Diffusion-limited Aggregation,DLA)能够较完善地模拟气体的扩散凝聚,且具有随机性和分形特征,适合细致反映氯离子侵蚀、碳化及二者耦合作用下混凝土性能演变过程.本文基于DLA原理,考虑到扩散深度、混凝土特性及暴露条件等对氯离子扩散的影响,并考虑到混凝土特性及暴露条件等对碳化的影响,以及碳化与氯离子侵蚀的耦合作用,建立DLA模型,可获得任意时刻、任意位置处二氧化碳与氯离子的浓度.针对桥梁耐久性分析需求,提出利用DLA模型预测考虑疲劳效应的混凝土和钢筋性能退化方法.算例表明该方法能够动态细致地模拟桥梁耐久性演变过程.     

开口与闭口管桩连续贯入机理的可视化模型试验研究

静压管桩连续贯入的动力响应不仅会引起土体的局部大变形,还会改变桩周土体的有效应力状态,从而影响自身的贯入阻力以及桩基承载力时效。现有研究更多关注的是沉桩后的承载变化,对于沉桩过程贯入机理的认识仍相对不足。为此,克服传统全模型试验不可视的局限,通过透明土可视化物理模型试验开展了开口与闭口管桩静压沉桩连续贯入全过程的对比试验,获得了开口与闭口管桩相同沉桩条件下的桩周土体的位移场。系统研究了两种形式下全时空域的桩周土体扰动变化规律及承载特性的发挥,并讨论了开口与闭口管桩贯入机理的差异性。试验结果表明：由于土塞效应渐进调动的原因导致开口与闭口管桩的挤土效应发挥机理存在较大差异,闭口管桩连续贯入引起的位移矢量场的模式主要以桩端放射状挤压土体运动为主,而开口管桩的位移矢量场则表现为管桩内部竖向位移最大、桩身两侧的扰动变形较小;贯入初期,开口管桩所调动的贯入阻力远小于闭口管桩,随着土塞程度的增大,土塞效应引起的开口管桩的土塞端阻对于总贯入阻力的贡献占比逐渐增大。     

深厚填土区微型钢管桩承载特性试验

为研究深厚填土区微型钢管桩承载特性及加固效果,通过室内试验和现场试验,测定微型钢管桩的应力-应变关系、各级荷载下的桩身轴力及桩顶位移,分析组合截面的弹性模量、钢管与水泥净浆分担的荷载比以及桩身轴力、桩侧摩阻力的传递变化规律.研究结果表明,钢管的套箍效应对组合截面弹性模量影响较小,实测值仅为不考虑套箍效应计算值的1.2倍;微型钢管桩中钢管分担的内力比较大,约占总内力的2/3;填土地区微型钢管桩Q-s曲线呈缓变型,端阻力分担的荷载基本趋于零,表现为摩擦桩的特性;微型钢管桩在填土地区具有较高的承载力,采用微型钢管桩对实际工程进行加固,目前最大沉降量满足规范规定的限值,表明微型钢管桩对深厚填土区地基的加固效果良好.     

基于相似理论的管桩模型实验研究

在工业与民用建筑及交通工程地基中,做《规范》下限规定的有限数量桩的静载试验不能完全反应管桩基础在不同地质条件下的承载性能.增加试验桩数又需要耗费大量资金和时间.为缓解上述矛盾,用量纲分析法,推导了相似判据,并应用到管桩模型实验当中,获得了模型实验的相关参数;通过材料配合比实验优化了模型管桩材料配合比;发明了一套模型管桩钢模板及加载装置,并阐述了使用方法;将所有室内实验成果应用于长沙市开福区学府华庭建设小区管桩基础项目当中,进行了管桩模型实验,获得了模型管桩基础荷载-沉降曲线,并由此推导了现场管桩试验的承载力;对模型管桩的侧阻和端阻进行了测试和讨论,效果良好,期望能给工程界参考并得到推广.     

FBG传感器在PHC管桩水平载荷试验中的应用

介绍了FBG传感器的优点,并说明了FBG传感器在PHC管桩中的安装工艺.结合实际工程,依据PHC管桩水平静载荷试验的监测结果,分析了PHC管桩桩身内力与变形的分布规律:在地面处,桩身弯矩接近于零,随着深度的增加,桩身弯矩呈现先增加后减小的趋势,其最大值在地面以下(1/12~1/6)桩长范围内发生,其弯曲变形主要发生在桩体上部1/3桩长范围,而距地面1/3桩长以下桩体几乎不发生弯曲变形;桩身挠度随深度的增加逐渐减小,最终减至零;水平荷载对桩身弯矩及挠度均有显著的影响.通过实验数据与理论计算结果的对比,可知FBG传感器测试数据精确、可靠,可较好的应用于PHC管桩的水平静载荷试验.     

海工环境下预应力高强混凝土管桩使用寿命计算

针对海工环境中的预应力高强度混凝土(PHC)管桩,考虑离心分层,将其使用寿命分为诱导期和发展期.对诱导期氯离子输运进行计算,采用差分法对Fick第二定律进行解答,求解诱导期寿命,而发展期寿命采用弹性力学理论求解.计算表明,诱导期和发展期寿命与保护层厚度分别呈线性和指数变化关系,砂浆层厚度增大时,发展期寿命急剧减小,内部封闭可增大PHC管桩使用寿命3~4倍.通过对PHC管桩180d氯盐侵蚀实验,验证了诱导期计算理论的准确性.     

基于动力相互作用因子的饱和土中群管桩的纵向振动研究

利用动力Winkler弹簧-阻尼器,模拟桩周饱和土和桩芯饱和土与管桩的动力相互作用.在忽略饱和土径向位移和环向位移的情况下,将桩周饱和土视为由无穷多带一圆孔的薄土层组成,而桩芯饱和土视为由无穷多有界的圆形薄土层组成,运用数学物理手段求得了动力Winkler弹簧-阻尼器模型的刚度系数和阻尼系数.运用初始参数法和传递矩阵法,求得了饱和土中主动管桩和被动管桩的纵向位移,得到了饱和土中管桩-管桩纵向动力相互作用因子.基于管桩-管桩纵向动力相互作用因子和群桩叠加原理,得到了饱和土中群管桩的纵向动力阻抗.数值分析表明:桩间距越大,群管桩纵向动力阻抗随频率变化曲线波动越厉害;管桩内半径和管桩长径比越大,管桩纵向动力阻抗随频率变化曲线幅值越大,而桩土模量比越大则越小;桩间距对群管桩动刚度的影响最大,其次是管桩长径比,最小的是桩土模量比.     

考虑桩身剪切变形的管桩水平动力阻抗

基于Timoshenko梁模型,考虑管桩桩身剪切变形的情况,建立了单个管桩的水平振动方程.为了考虑管桩与土体的动力相互作用,将桩周土和桩芯土对管桩的作用等效为Winkler弹簧-阻尼器,利用数学物理手段,并考虑管桩与土体的连续性条件,得到了弹性系数和阻尼系数.考虑管桩桩端边界条件和水平动力阻抗的定义,得到了考虑桩身剪切变形的管桩的水平动力阻抗.通过对比分析和数值讨论可知,采用Timoshenko梁模型得到的管桩水平动力阻抗的绝对值比Euler梁模型小;相对实心桩管桩更应考虑桩身的剪切变形.     

基于多孔介质理论的径向非均质饱和土中管桩的扭转振动

运用多孔介质理论和多圈层法研究了径向非均质饱和土中单个管桩的扭转振动.考虑管桩桩周饱和土的非均质特性,将管桩桩周饱和土划分为扰动区域和未扰动区域,建立了径向非均质饱和土中单个管桩的扭转振动模型.基于Novak薄层法和多圈层法,利用数学物理方法求解了桩芯饱和土和桩周饱和土扰动区域、未扰动区域的扭转振动,并考虑土体边界条件和各圈层间的连续性条件建立了径向各圈层扭转剪切刚度的递推公式.考虑桩周饱和土和桩芯饱和土对管桩的动力作用,建立了管桩的扭转振动方程,得到了管桩桩顶的扭转复刚度.运用数值算例进行了对比分析和讨论.结果表明:研究饱和土中管桩扭转振动时需要考虑桩周饱和土的径向非均质性,高频时不应忽略液相的影响,在进行桩基设计时应重点关注管桩的几何尺寸.     

高地温对混凝土氯离子渗透性能影响分析

混凝土的抗氯离子渗透性是混凝土耐久性的一个重要指标,影响到引水隧洞等工程的使用寿命。为获得高地温对混凝土氯离子扩散的影响规律,在电通量法获得不同养护温度条件下,混凝土的抗氯离子渗透实验结果的基础上,采用非线性氯离子吸附模型与温度耦合的数值计算方法,分析了不同温度梯度条件下混凝土氯离子扩散规律。结果表明:20～60℃混凝土抗氯离子渗透性能随温度升高而增强; 60～90℃抗氯离子渗透性能随温度升高而迅速降低;随时间的推移自由氯离子在混凝土中呈非线性扩散且深度不断增大,直至穿透混凝土。因此,进行氯离子在混凝土中的扩散分布研究,可以客观地预测混凝土的服役寿命。     

氯盐侵蚀环境下圆形截面混凝土构件服役寿命 分析与配合比选择

氯离子侵蚀混凝土结构,导致混凝土过早发生破坏,其原因之一是在进行结构满足耐久性设计时忽略了结构的外形和扩散维数对氯离子扩散的影响。基于钢筋脱钝的临界氯离子浓度,提出了圆形截面氯离子侵蚀的耐久性服役寿命计算方法。开展了耐久性正交实验,通过服役寿命定量计算,可以对圆形截面构件混凝土的配合比进行设计与选择。通过算例分析混凝土构件的服役寿命,结果表明圆形截面构件相对于矩形截面构件具有更好的耐久性,在混凝土结构耐久性设计时,采用圆形截面构件可以增加满足耐久性的混凝土配合比方案,减小混凝土配置难度,降低建造成本。