预应力钢筋混凝土桩纵向裂缝的研究

论文摘要

随着我国工程建设事业的蓬勃发展,在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以及核电站等工程中大量采用桩基础,桩基已成为我国工程建设中最重要的一种基础型式,桩基工程造价通常占土建工程总造价的1/4以上,桩基础质量对工程建设质量有决定性的作用,因此对桩基质量的检测就显的十分重要。预应力钢筋混凝土桩(简称P.C.桩)以其混凝土强度高、桩身抗弯、抗裂和抗腐蚀能力强、穿透力大、施工工效高、质量较好等优点在工程上有广泛的应用。但在打桩过程中,特别是在采用锤击法打桩施工过程中,有部分钢筋混凝土桩产生了纵向裂缝,这将严重的影响桩基的稳定性,如果不对这些桩基检测出来进行纠正,将会产生不可估量的损失。本文从理论上分析了预应力钢筋混凝土桩在打桩过程中产生纵向裂缝的形成机理,即在瞬时的锤击中,在桩内部产生的横向拉应力大于桩本身的横向抗拉强度;并采用大型有限元软件ANSYS对预应力钢筋混凝土桩进行了打桩瞬态的模拟,根据在不同地基中的受力情况,提出了预应力钢筋混凝土桩在打桩过程中:①当桩尖打入软弱地层时最容易发生纵向裂缝的位置一般在桩的中上部;②当桩尖打入坚硬持力层时,最容易发生纵向裂缝的位置一般在桩尖部位。又阐述了波动理论在桩基检测中的运用,在以往检测方法的基础上,提出了新的检测方法——旁孔透射法,根据新的检查方法,在实际工程中,能够很好的检测出桩基纵向裂缝的位置。根据此形成机理,本文提出了控制纵向裂缝发生的一些基本措施,例如:a,选择合适的打桩机械;b,及时更换桩垫;c,对桩身进行合理的配筋等。通过本文为以后桩基础的检测以及发展提供了一些依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 预应力钢筋混凝土桩发展概况、特点及研究现状和存在的问题
• 1.2.1 预应力钢筋混凝土桩发展概况及分类
• 1.2.2 预应力钢筋混凝土桩的特点
• 1.2.3 预应力钢筋混凝土桩的研究现状和存在的问题
• 1.3 本文的主要研究工作
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 拟解决的关键问题
• 1.3.4 预期的研究成果
• 第二章 预应力钢筋混凝土桩纵向裂缝的理论研究
• 2.1 纵向裂缝产生的力学理论研究
• 2.2 纵向裂缝产生的波动理论研究
• 2.3 纵向裂缝产生的能量法理论研究
• 2.4 按锤型、落锤高度和贯入度计算
• 2.5 桩的计算长度和偏心的影响
• 2.6 室内打桩试验的理论分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 桩—土共同作用的数值模型及分析方法
• 3.1 地基模型分析
• 3.1.1 地基模型的选择
• 3.1.2 土质参数的选择
• 3.2 桩头相互作用的分析模型
• 3.2.1 接触单元理论
• 3.2.2 非线性迭代方法
• 3.2.3 摩擦系数的确定
• 3.3 小结
• 第四章 ANSYS 建模分析打桩过程
• 4.1 ANSYS 程序介绍
• 4.1.1 APDL 语言及参数化分析介绍
• 4.1.2 ANSYS 对非线性问题的求解
• 4.1.3 ANSYS 非线性问题的求解组织级别
• 4.2 ANSYS 结构中桩土接触面的模拟
• 4.2.1 ANSYS 中的接触单元
• 4.2.2 ANSYS 中的荷载步文件
• 4.2.3 ANSYS 中的单元生死
• 4.3 ANSYS 中对混凝土和钢筋的模型
• 4.3.1 ANSYS 中的混凝土单元
• 4.3.2 ANSYS 中钢筋与混凝土的组合
• 4.4 ANSYS 结构中打桩过程的模拟及其分析结果
• 4.4.1 基本假设及参数
• 4.4.2 共同作用有限元分析模型
• 4.5 本章小结
• 第五章 波动理论在桩检测中的应用
• 5.1 波动理论的介绍
• 5.1.1 波动理论的历史发展概况
• 5.1.2 波动方程
• 5.1.3 一维波动方程的波动解
• 5.1.4 一维波动方程的震动解
• 5.2 桩基低应变动力检测
• 5.2.1 反射波法的基本原理
• 5.2.2 机械阻抗法的基本原理
• 5.2.3 水电效应法的基本原理
• 5.3 超声波检测法在打入桩无损检测中的应用
• 5.3.1 声波检测的基本原理及检测方法
• 5.3.2 旁孔透射法的创新运用
• 5.4 控制纵向裂缝发生的措施
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 6.3 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表的论著及取得的科研成果