整体桥ECC桩-土相互作用拟静力试验研究

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桥梁在环境温度或地震等荷载作用下将产生纵桥向变形,通常这些变形由伸缩缝吸纳。由于整体桥取消了伸缩缝,将主梁、桥台以及桩基连为整体,这些变形将由桥台传递给下部结构桩基础。在国外,常采用变形能力好的H型钢桩,但H型钢桩存在桩身锈蚀、打桩时易发生屈曲破坏等缺点。我国桥梁主要采用RC桩,但其抗弯刚度大、变形能力以及抗开裂能力也不足,只能应用于小型的整体桥。超高韧性水泥基复合材料(ECC)是一种具有超高韧性和延性的材料,将其运用于整体桥桩基结构,既能够很好地满足桩基沿纵桥向的水平变形要求,同时其高致密性又能够提高桩基的耐久性。因此,本文进行了ECC桩-土相互作用试验研究,开展了有限元参数分析以及全桥受力分析,主要工作和结论如下。(1)开展了ECC桩-土相互作用拟静力试验,试验结果表明:ECC桩身破坏程度较轻,裂缝宽度较小,未发生混凝土压碎、剥落以及纵筋裸露的现象;抗开裂能力较强,开裂位移可达15mm,开裂荷载为5.8k N,适用于整体桥;桩身变形随着入土深度的增加不断的减小,入土深度1.5m以下基本为0;桩身拉、压应变分布较为对称,呈传统的“抛物线”状,在入土深度0.5m至1.2m区间内桩身应变值较大;ECC桩-土体系的滞回曲线整体上较为饱满,耗能能力较强。(2)将试验结果与现有计算方法进行比较表明:当位移荷载在10mm以内时,m法与API新规范法均能较好地计算ECC桩身变形;当位移荷载超过10mm后,m法不再适用。另外,m法与API新规范法均不能较好地计算桩身弯矩,适用性不高。(3)采用Open Sees程序进行有限元参数分析表明:ECC材料中纤维含量的增大,能够显著提高桩基变形能力以及延性。相较于砂土,桩周土为黏土时,ECC桩-土体系的刚度会明显下降,桩侧土抗力分布以及大小有所不同;相较于桩顶自由状态,桩顶固结时桩基的桩身变形、桩侧土抗力以及桩身弯矩均更大;配筋率的提高对桩基水平受荷性能影响不大。(4)采用Midas/civil程序对ECC桩的整体桥进行了全桥受力分析,并与RC桩的原桥进行了比较。分析表明:该桥的结构内力验算满足现有规范要求;采用m法与采用p-y曲线法的全桥受力性能差异较小,实际工程中按m法计算即可。在竖向荷载作用下,该桥梁端负弯矩具有明显的降低,最大降幅可达32.4%;在温度荷载作用下,主梁、桥台与桩基的内力也有明显减小;在地震荷载作用下,该桥的内力响应明显减小,但位移响应有所增大。
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