任意角度水平向荷载下现浇X形桩力学特性研究（I）：惯性矩

现浇X形桩是为了提高单位混凝土承载力性能而开发的一种新型桩,异形横截面在确保桩周周长的前提下,能有效地减少混凝土用量;但目前针对异形横截面对水平向承载力特性影响方面的研究相对较少。基于X形横截面的3个控制参数：外包圆直径、开弧间距和开弧弧度,建立任意方向轴惯性矩控制方程,并分析X形横截面3个控制参数对截面轴惯性矩的影响规律。最后,提出控制截面面积或周长情况下X形截面惯性矩的最优化设计方案。研究结果表明,X形截面惯性矩随着开弧角度、开弧间距的减小而增大,随着外包圆直径的增大而增大。因此,在等混凝土材料用量或者控制桩周长情况下,适当增大外包圆直径、减小开弧角度和开弧间距有利于提高X形截面轴惯性矩,从而提高X形桩整体水平向承载力。     

任意角度水平向荷载下现浇X形桩力学特性研究（II）：截面应力分布

基于现浇X形桩在任意方向轴惯性矩控制方程和异形几何截面特性以及地基反力法的基本原理,分析X形桩在任意水平向荷载作用下截面应力分布规律及其控制参数变量对截面应力集中现象的影响规律,并与同等情况下等周长和等面积的圆形桩、方形桩的力学特性进行对比分析,提出考虑截面应力分布的X形截面设计最优化设计形式,为X形桩截面形式设计提供参考依据。研究结果表明,等面积情况下,X形桩截面的应力随着外包圆直径的增大而减小,随着开弧间距和开弧角度的减小而减小;等周长情况下,X形桩截面的应力随着外包圆直径的增大而减小,随着开弧间距和开弧角度的减小而减小。实际工程中建议外包圆直径可以取0.5～0.7 m左右,开弧间距取0.1～0.2 m左右,开弧角度采用110o～130o左右。     

圆钢管混凝土梁柱极限承载力计算方法探讨

简要介绍了美国ACI(1999)和AISC-LRFD(1999)、日本AIJ(1997)、英国BS5400(1979)、中国DBJl3-51-2003(2003)和DL／T5085-1999(1999)及欧洲EC4(1994)等设计规程中有关圆形截面钢管混凝土(以下简称圆钢管混凝土)压弯构件计算方法的特点,并将上述各方法及数值方法的计算结果和搜集到的圆钢管混凝土梁柱极限承载力实验结果进行了对比和分析。结果表明,在进行圆钢管混凝土梁柱极限承载力计算时,上述各规程提供的计算方法及数值方法均能较好地计算出构件的极限承载力,且计算结果偏于安全,其中,数值方法的计算结果与实验结果最为吻合,规程AISC-LRFD(1999)的计算结果最为安全。本文的研究结果可供进行圆钢管混凝土柱抗震设计时参考。     

钢骨及X形配筋增强的混凝土异形柱框架中节点受力性能

在混凝土异形柱框架中节点核心区分别加入T形钢骨、槽型钢骨或X形配筋,研究了不同增强措施下混凝土异形柱框架节点的受力性能,分析了混凝土异形柱框架中节点的破坏特征,对比混凝土异形柱框架中节点核心区混凝土应变的变化规律,同时也进行了箍筋应变的分析,以研究T形钢骨、槽型钢骨、X形配筋对混凝土异形柱框架中节点受力性能的增强作用。结果表明:在异形柱中节点核心区加入T形钢骨、槽型钢骨或X形配筋均能够改善混凝土异形柱框架中节点的受力性能,与剪力方向平行的混凝土异形柱框架中节点核心区腹板的箍筋应变比混凝土异形柱框架中节点核心区翼缘处的箍筋应变大,T形钢骨、槽型钢骨或X形配筋对提高混凝土异形柱框架中节点核心区混凝土主拉应变作用显著。     

静钻根植桩水平承载性能试验研究

静钻根植桩是在水泥土中插入预应力管桩而形成的复合桩。为了认识其在水平荷载作用下的变形性能,实施了3组共6根桩的水平静载试验。第一组是? 600～? 750 mm静钻根植桩（SDRP）,第二组是 800～? 900 mm静钻根植桩,第三组是? 1 000 mm的钻孔灌注桩,第二组与第三组属于几何尺寸十分接近而组成材料不同,第一组与第二组属于组成材料相同而几何尺寸不同。对比水平力-水平位移、水平力-水平位移梯度以及水平变形比后发现,弹性阶段钻孔灌注桩的水平承载性能优于静钻根植桩,而弹性阶段以后则逐渐相反;静钻根植桩变形复原能力强于钻孔灌注桩;桩在弹性阶段的变形量与截面抗弯刚度成近似线性关系;如果只考察弹性阶段,为提高水平承载能力宜将静钻根植桩改为同直径的钻孔灌注桩,不宜单纯扩大静钻根植桩的桩径。     

抛石挤淤深度的计算方法和模型试验

在含水率大、抗剪强度低的淤泥中采用抛石挤淤的办法加固地基或建造围埝,处理效果好且经济效益显著,因此得到了广泛地应用。抛石在软弱地基中下沉,直至其重力与地基承载力平衡为止。挤淤所形成截面的形状及抛石下沉深度的计算是此项研究的重点,基于抛石截面为倒梯形和矩形两种形状的假定,考虑淤泥表面隆起对承载力的影响,利用土体极限平衡理论,推导出抛石挤淤深度与抛石高度的关系。通过抛石挤淤的模型试验和现场挤淤的数据,分析比较两种假定下挤淤公式的准确性和适用性,试验结果与公式吻合性很好,该研究结果可为相关工程的设计和施工提供参考。     

X形桩桩土相互作用对截面形状的力学响应

现浇X形混凝土桩（简称XCC桩）是一种新型的异形截面桩,其桩土相互作用明显受截面形状的影响。前期已通过平衡分析法推导得到了考虑XCC桩截面形状的单桩荷载传递计算方法,但控制桩土相互作用的一个重要参数即桩土剪切作用系数对截面几何形状的力学响应尚未得到系统的研究。文中分析了桩土剪切作用系数对不同荷载形式下XCC桩3个截面控制参数（外包圆半径R、开弧间距2a、开弧角?X）的影响,并与等截面面积的圆形桩进行了对比。分析结果表明,截面参数变化时,桩土相互作用也随之变化,在截面面积、周长和桩土剪切作用的共同作用下桩身轴力随外包圆半径和开弧角度的增大而减小,随开弧间距的增大而增大,且始终小于等截面面积的圆形桩。     

圆钢管混凝土压弯构件弯矩-曲率滞回模型研究

采用数值计算方法,对圆钢管混凝土压弯构件弯矩—曲率滞回关系进行了计算,分析了各参数,如构件轴压比、截面含钢率和材料强度等对圆钢管混凝土压弯构件弯矩—曲率滞回曲线的影响。最后,基于系统参数分析结果提出一种圆钢管混凝土压弯构件弯矩—曲率滞回模型。     

等截面桩与扩底桩抗拔承载特性数值分析研究

建立了等截面桩与扩底桩的抗拔分析模型。采用直接约束处理的接触算法与库仑摩擦模型来模拟桩-土界面,土体选用抛物线型Mohr-Coulomb本构模型。通过程序的二次开发,实现初始应力场的合理计算,并采用位移边界对扩底抗拔桩的上拔过程进行动态的非线性有限元模拟。以现场足尺试验中的试桩为数值分析对象,通过调整计算参数使计算得到荷载-位移关系曲线与试验结果接近,来验证数值模型的正确性并确定计算参数。在此基础上,研究了上拔过程中轴力、侧摩阻力的大小与分布、桩身与扩大头附近土体变形与塑性区的发展规律。数值分析加深了对扩底桩抗拔承载特性的进一步认识。     

新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型研究

提出一种新型型钢-混凝土组合柱,并对其进行数值模拟分析,研究翼缘厚度、钢管径厚比、轴压比、混凝土强度等参数对该组合柱抗震性能的影响。将新型型钢-混凝土组合柱截面进行合理简化,基于平截面假定建立组合柱正截面承载力计算公式,通过对比试验与模拟数据,发现公式计算结果具有较高精度。进一步提出组合柱截面屈服点、峰值点、破坏点、加载刚度、卸载刚度等特征参数的计算方法,确定恢复力模型的滞回规则,最终建立基于退化三线型模型的新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型。将公式计算得到的滞回曲线与试验得到的滞回曲线进行对比,发现二者吻合较好。