预应力混凝土管桩受力性能研究.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.4(上)-107-工 程 技 术预应力混凝土管桩是预应力技术与离心制管技术结合的产物,该桩型具有工艺简单、质量可靠、施工速度快等优点,在工程中得到广泛应用。施工中的土质情况越来越复杂,因此预应力混凝土管桩施工技术仍须完善,为保证管桩的效果,许多学者针对该问题进行了相关研究。马传政等1为改善预应力高强混凝土管桩的受力特性,研究一种新型连接节点,该设计可有效减少桩端的挤压作用。伊丽爱2基于对钢筋混凝土在腐蚀环境中的受损情况,提出一种防护措施,以提高地基承载能力。郭利伟等3分析预应力高强混凝土管桩的技术特点,并结合工程中的实际问题总结解决方案。程飞4结合工程实际,分析
2、预应力钢筒混凝土管道施工过程中的问题。孙怀军等5通过静荷载试验,分析不同阻力的发挥规律,为后续研究提供参考。现有研究对预应力混凝土管桩受力性能研究不够全面,因此本研究基于工程实例,建立模型,通过改变影响因素,分析预应力混凝土管桩的受力情况。研究结果为施工工艺提供依据,提高预应力混凝土管桩的效果。1 工程概况某花园工程位于福建省福州市晋江区东山路和化工路间。该工程项目规划用地面积达到 3.3 万,总建筑面积达到 1.55 万,工程包括 11 栋高层住宅,其中 1 号至 6 号住宅的层高 32 层,7 号至 11 号住宅的层高 33 层,并且该住宅为精装修房。工程以预应力高强度混凝土管桩为基础,桩
3、身混凝土强度为 C80,持力层大于 1m 且为砂土状强风化花岗岩。对混凝土管桩来说,其钢筋采用 HRB400E 钢筋、HRB335E 钢筋及 HPB300 钢筋,采用 HRB400E 钢筋和 HRB335E 钢筋作为混凝土结构的纵向受力钢筋。该工程地下室面积大,施工场地地质条件较为复杂,淤泥土质较多且厚,在施工过程中会因为地基开挖导致土层发生扰动,从而使混凝土管桩发生断裂。并且该工程属于重点工程,施工阶段处于雨季,工期较紧,因此施工难度变大且工程项目存在高大模板,危险系数较高。2 有限元模型2.1 模型建立根据实际工程概况,本研究通过 ANSYS 软件模拟预应力混凝土管桩的受力情况,在建立模型
4、的过程中,桩和桩周土体均为同性材料,对桩周土来说,土体的本构模型为应力应变模型,混凝土管桩由钢筋和混凝土组成,因此桩身应力小于或者等于混凝土的屈服应力。在建立桩土间的接触面模型的过程中,会根据土体结构的特性,将两个假定作为前提条件。假定条件:接触面粗糙,土与结构间无滑动可能;接触面十分光滑,不可能产生剪应力。确定模型边界条件的过程会影响模型的真实性。预应力混凝土管桩模型表面和底端被完全约束,模型顶面上的节点是自由的。由于该工程的危险系数较高,因此采用映射网格划分模型 ANSYS 网格,该网格划分方式可将规则图形映射入不规则的区域内,使网格相互排列,使模型具有较高分析精度。2.2 模型参数与计算
5、某工程基础的管桩混凝土强度设计等级为 C80,弹性模量为 4104MPa,桩顶无约束。模型土体范围水平方向取 20倍桩半径,由于计算区域具有对称性,因此模型计算只需要计算一半区域,可以减少模型计算的工作量。模型土体的物理参数见表 1。为分析模型管桩受力情况的合理性,为避免应力集中现象,基于控制桩顶位移的方法将荷载施加在桩顶部位,模型施加的初位移与荷载关系见表 2 和图 1。由表 2 和图 1 可知,在桩顶施加的初位移与荷载曲线为线性关系,由此说明当荷载较小时,管桩与土体为弹性变形阶段,当荷载不断增加,土体在弹性变形时还会产生塑性变形,说明预应力混凝土管桩模型受力情况符合客观事实。3 试验结果分
6、析为对预应力混凝土管桩的受力性能进行分析,基于数值模型研究桩身弹性模量、桩顶约束条件、弯矩荷载以及桩长等因素对管桩受力性能的影响。预应力混凝土管桩受力性能研究王凯(福州康嘉房地产开发有限公司,福建 福州 350004)摘 要:预应力混凝土管桩常应用于软弱土层,而管桩的受力性能会影响建筑工程的安全。因此,准确掌握预应力混凝土管桩的受力性能,对建筑工程非常重要。本文结合工程实例,通过数值建模分析预应力混凝土管桩的受力性能,探究不同条件对管桩受力性能的影响。结果表明,数值模拟结果能够客观反映管桩受力情况,桩身最大弯矩随着混凝土弹性模量增加而变大,当桩头受到约束时,最大弯矩随深度增加而变大,之后迅速变
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