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钢纤维混凝土二桩、五桩厚承台试验研究

孙成访

  目前,随着高层、超高层建筑的兴建,桩基以其承载力高、能减少地基不均匀沉降等优点,在工程上得到越来越广泛的应用。承台作为桩基的重要组成部分,起着承上启下的作用,在设计中应予重视。因此,对桩基承台的受力机理及其承载力问题的研究具有重要的理论意义和工程参考价值。本课题是继武汉工业大学三桩、四桩承台之后所进行的二桩、五桩承台试验研究,两次所做的试验研究和理论分析均属于《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》(CECS38:92)的修订课题,为《钢纤维混凝土结构技术规程》提供背景研究材料。本文综述了有关承台的设计计算方法,将钢纤维混凝土这种新型的复合材料应用于钢筋混凝土承台,进行试验研究。本次试验共制作缩尺模型为1:5的承台混凝土试件42个,其中30个二桩承台,12个五桩承台。试验表明影响钢纤维混凝土承台承载力的主要因素有混凝土强度等级、受力筋的配筋量与配筋形式、承台有效厚度、距厚比、钢纤维体积率、钢纤维的长径比等。从裂缝的破坏形态可以看出,对于厚承台,随着荷载的增加,出现第一条竖向裂缝,荷载继续增加,裂缝向上延伸。当达到70%左右极限荷载p_u时,竖向裂缝延伸缓慢,斜裂缝出现,并向上、向柱中心延伸。临近破坏时,斜裂缝发展迅速,裂缝宽度增大直至破坏。由此可见,厚承台的破坏已不具备受弯破坏的特征,它经历了从弯曲向弯剪、冲剪破坏过渡的阶段。从承台的荷载与混凝土应变关系曲线可以看出,厚承台受力超过弹性阶段后,底部形成较大的受拉区(约占高度的80%左右),而上部受压区较小,且压应变远远没有达到混凝土的极限压应变。虽然承台侧表面跨中不能完全反映承台截面的特性,但仍能从一定程度上说明,受弯构件设计的依据之一——平均应变平截面假定在厚承台中是不成立的。从承台的荷载与钢筋应力关系曲线可以看出,在桩径范围内沿同一方向布置的钢筋中点处的应力相差不大,受力均匀;对于同根钢筋不同位置而言,钢筋中点处和桩边处的应力比较接近,尤其当临近破坏之前,基本相同,这说明各钢筋沿长度方向的应力变化很微小。由此可见,集中在承台桩径范围内配置的钢筋可以视为拉杆进行工作,这为本文提出的桁架拱模型提供了可靠的试验依据。通过对试验过程、现象的描述,以及对试验结果的整理,作了以下工作:1.本文分析研究了桩基承台的破坏形态随着距厚比w╱h_0的减小其变化趋势。当承台w╱h_0较大时,承台的极限承载力是以柱和角桩连线范围内混凝土和钢纤维混凝土的劈武汉理工大学硕士论文裂破坏为控制条件的;当承台wfoo较小时,承台的极限承载力则是以柱和角桩连线范围内混凝士或钢纤维混凝土形成的斜压杆的剪切破坏或角桩的冲切破坏为控制条件的;同时还发现厚承台破坏时,底部纵向钢筋部分未达到屈服强度,而集中在桩径范围内布置的钢筋受力大且均匀。因此,桩基承台的传力模式符合空间拉杆拱的传力机理。这一结论对于进一步深入研究桩基承台特别是多桩厚承台的受力特性,建立桩基承台合理的设计计算方法具有重要的理论意义。2.在试验的基础上研究了厚承台的受力机制。厚承台的延性较差,后期变形能力不足,不可能形成塑性铰线,厚承台破坏时不再是沿塑性铰线简单的平面分块,其剪切破坏面是一空间曲面,厚承台己不具备一般受弯构件的特征,因此,厚承台设计中应考虑承台内部的完整应力流而不是某一平截面上的应力分布。3.在试验研究和理论分析的基础上,提出了钢纤维混凝土桩基承台的实用简化设计方法与计算公式,为我国《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》(***838:%)的修订工作提供了有理论意义的背景研究材料和设计建议。对于wtho较小的承台,设计时一般宜先按受角桩冲切承载力验算确定承台厚度,再验算承台是否满足抗剪承载力要求,最后按拉杆拱或析架模式进行抗弯承载力计算。该计算方法符合当钢纤维体积率为口时,能与有关普通混凝土规范及规程相应公式衔接的原则,具有重要的工程应用价值。4.探讨了钢纤维在承台这一类构件中的增强机理。钢纤维的掺入有效地延缓了承台斜裂缝的开展,改善了混凝土斜截面抗剪、抗冲切性能,极大地提高了承台的延性和极限承载力;同时,在相同承载力要求下,掺人钢纤维可以降低承台的有效厚度。这一结论对采用桩基础的建筑物或构筑物工程具有重要的参考价值,将钢纤维混凝土应用于桩基承台具有广阔的前景最后,在全面总结论文工作的基础上,提出本课题尚待深入研究的若干问题。……   
[关键词]:钢纤维混凝土;桩基厚承台;破坏形态;桁架拱模型
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉理工大学2002年