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预应力高强度混凝土管桩(PHC管桩)具有单桩承载力高、抗裂性能好、造价低、施工便捷等优点,近年来在工程实际中作为抗拔桩得到越来越广泛的使用。相关研究表明:在风荷载、上拔荷载等作用下,桩基础承载较大的轴向拉力及水平荷载,致使桩基发生破坏,其中管桩与承台连接节点的部位极易发生破坏。目前对管桩与承台连接节点抗压抗剪承载性能的研究较多,但是对其承载轴拉及水平荷载组合作用的研究较少。为了研究PHC管桩与承台连接节点在轴向拉力及水平荷载的组合作用下的受力特性,本文基于ABAQUS有限元软件建立PHC管桩连接承台的组合模型,研究其在不同嵌固深度及轴向拉力作用下的抗拉抗弯承载性能;并对管桩与承台连接节点处锚固钢筋的细部构造进行模拟分析,探讨了端板焊接锚固钢筋及机械套筒连接锚固钢筋在轴向拉力作用下的受力特性。得出以下几点结论:
(1)在恒定轴向拉力作用下,认为嵌固深度对PHC管桩与承台节点抗弯承载性能影响较大,节点的抗弯承载性能随着嵌固深度的增加而增加,对于抗拔桩而言,管桩连接承台的节点抗弯承载力由锚固钢筋体系和混凝土体系两部分承载,随着嵌固深度的增加,混凝土承载抗弯比例增加,锚固钢筋体系承载比例减少,当嵌固深度大于0.6倍桩径时,试件节点抗弯承载力变化不再明显。
(2)在同一嵌固深度条件下,认为桩与承台连接节点的抗弯承载性能随着轴向拉力的增大而减小。轴向拉力能改变承台混凝土的破坏方式,随着轴向拉力的扩大,承台混凝土由压缩破坏变为拉伸破坏。
(3)对于端板焊接锚固钢筋模型,在轴向拉力作用下,焊缝首先达到屈服强度,致使试件破坏。焊缝1主要承受剪切荷载,较易发生剪切破坏。对于直角焊缝2,其近端直角焊缝承载受较大拉力和弯矩作用,较早发生屈服破坏。锚固钢筋与焊缝连接处应力集中程度较高,认为锚固钢筋变形受焊缝的约束,出现向连接板一侧弯曲现象,致使锚固钢筋受力不均。
(4)对于机械套筒连接锚固钢筋模型,在轴向拉力作用下,套筒卡槽较早发生破坏。其次预应力筋墩头与套筒卡槽接触面应力水平较高,考虑到工程实际中预应力筋墩头加工不理想情况,墩头与套筒卡槽内表面不能完全接触,易产生应力集中现象,致使套筒过早屈服、预应力筋墩头被拔出等破坏,故建议应重视机械套筒卡槽与预应力筋墩头接触面加工质量。
(5)对比端板焊接锚固钢筋、机械套筒连接锚固钢筋两种连接方式,在轴向拉力作用下,端板焊接锚固钢筋较早发生破坏;另一方面考虑到工程实际中,端板焊接锚固钢筋现场焊接质量难以得到保证,焊接施工不便,而机械套筒传力直接,且为工厂预制件,成品率高。综合分析,认为在实际工程中管桩与承台连接节点宜采用机械套筒连接锚固钢筋。
(1)在恒定轴向拉力作用下,认为嵌固深度对PHC管桩与承台节点抗弯承载性能影响较大,节点的抗弯承载性能随着嵌固深度的增加而增加,对于抗拔桩而言,管桩连接承台的节点抗弯承载力由锚固钢筋体系和混凝土体系两部分承载,随着嵌固深度的增加,混凝土承载抗弯比例增加,锚固钢筋体系承载比例减少,当嵌固深度大于0.6倍桩径时,试件节点抗弯承载力变化不再明显。
(2)在同一嵌固深度条件下,认为桩与承台连接节点的抗弯承载性能随着轴向拉力的增大而减小。轴向拉力能改变承台混凝土的破坏方式,随着轴向拉力的扩大,承台混凝土由压缩破坏变为拉伸破坏。
(3)对于端板焊接锚固钢筋模型,在轴向拉力作用下,焊缝首先达到屈服强度,致使试件破坏。焊缝1主要承受剪切荷载,较易发生剪切破坏。对于直角焊缝2,其近端直角焊缝承载受较大拉力和弯矩作用,较早发生屈服破坏。锚固钢筋与焊缝连接处应力集中程度较高,认为锚固钢筋变形受焊缝的约束,出现向连接板一侧弯曲现象,致使锚固钢筋受力不均。
(4)对于机械套筒连接锚固钢筋模型,在轴向拉力作用下,套筒卡槽较早发生破坏。其次预应力筋墩头与套筒卡槽接触面应力水平较高,考虑到工程实际中预应力筋墩头加工不理想情况,墩头与套筒卡槽内表面不能完全接触,易产生应力集中现象,致使套筒过早屈服、预应力筋墩头被拔出等破坏,故建议应重视机械套筒卡槽与预应力筋墩头接触面加工质量。
(5)对比端板焊接锚固钢筋、机械套筒连接锚固钢筋两种连接方式,在轴向拉力作用下,端板焊接锚固钢筋较早发生破坏;另一方面考虑到工程实际中,端板焊接锚固钢筋现场焊接质量难以得到保证,焊接施工不便,而机械套筒传力直接,且为工厂预制件,成品率高。综合分析,认为在实际工程中管桩与承台连接节点宜采用机械套筒连接锚固钢筋。