H型钢桩与桩承台连接性能研究

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H型钢桩具有沉桩贯入能力强、挤土量小、易拼接等特点,可用于各种地质复杂、岩面起伏大、混凝土桩难以施打的地基中。在H型钢桩桩基中,桩与承台的连接部分能将上部和下部结构的荷载传递到基础中。由于此处断面急剧变化,所以要求它不仅能顺利地传递荷载,而且也能充分有效地承受此种荷载;又因为这样的连接条件,对桩基础的反力分配、变形等影响很大,所以桩顶连接部分,也是桩基础设计的重要部分之一。目前国内外关于桩身及承台的研究工作较多,但作为承上启下的H型钢桩与承台连接节点的性能研究,资料尚很少,这大大限制了H型钢桩在实际工程中的应用。另外,根据先前的研究成果,按照现有规范标准设计的H型钢桩-承台节点存在受力缺陷,需要对H型钢桩-承台节点细部做出改进,以改善H型钢桩-承台节点的受力性能。为此,本文中通过静力试验,进行了桩承台模型节点的试验研究,并在试验基础上对节点模型进行了理论分析和ANSYS有限元分析,深化了H型钢桩承台连接节点的计算方法,以推动H型钢桩在实际工程中的应用。(1)根据所设计的桥梁桩承台模型,并根据试件自身的特点,采用自相平衡装置对节点施加静力水平荷载或轴向荷载。试验结果表明,文中所采用H型钢桩节点具有良好的变形能力,具有良好的延性而非脆性破坏,承台-型钢桩节点工作状况良好,采用在承台腹板焊接竖向传力钢筋的措施切实可行,试验过程中未出现焊缝区破坏或H型钢桩腹板破坏现象。并且试验表明此连接方式能充分发挥节点的抗拔承载力。(2)在试验研究的基础上,对节点的力-位移曲线和荷载-应变曲线进行分析,采用理论分析和推导的方法,深化了H型钢桩承台连接节点的计算方法,计算表明按钢材屈服机制更能准确的估算节点的承载力。在试验研究及理论分析的基础上,经过相关近似处理,提出了节点在水平荷载和轴向荷载作用下的拉压杆模型。(3)用ANSYS软件对H型钢桩承台节点的受力性能进行了分析:用ANSYS分析得出的极限承载力和试验得出的极限承载力几乎相等;分析了ANSYS得出的力-位移曲线和试验得出的力-位移曲线的异同;从拉压杆模型的角度分析了承台内部应力流向;并将裂缝扩展图和试验现象进行了对比,最后以此模型为基础施加竖向轴力考察其影响。结果表明,本文所建立的有限元模型是可靠的,能很好的模拟节点的真实受力性能及过程。
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