五星形桩和圆桩水平承载性能对比模型试验,本论文可用于五星形桩论文范文参考下载，五星形桩相关论文写作参考研究。
五星形桩论文参考文献：
摘 要：五星形桩是一种横截面异形桩,是在圆桩的基础上向内切割5个圆弧,形成截面类似五星形的异形桩.按其截面性质分为周长最大化五星形桩F1、周长面积比最大化五星形桩F2两种桩型,为掌握五星形桩的水平承载性能进行了和圆桩的对比模型试验研究.试验用土为干砂,砂雨法土样制作,模型桩为预制钢筋混凝土桩,相似比为1：8.模型试验桩包括：五星形桩F1、五星形桩F2、和五星形桩F2截面周长相同的圆桩C1、和五星形桩F2截面面积相同的圆桩C2.由于五星形桩水平承载性能具有方向性,试验采用理论计算中水平承载力最大的方向施加水平荷载,试验结果表明：F1、c1和F2的水平极限承载力相当,但F2的截面面积最小,仅为c1的0.44倍；和c2相比,F2的水平极限承载力是其1.63倍,可见,合理截面形式的五星形桩可以提供更大的水平承载能力；五星形桩和圆桩弯矩分布规律基本一致,都在4倍直径左右（五星形桩为外接圆直径）达到最大,但五星形桩截面面积小,抗弯刚度不足,容易折断,总体水平承载性能不及截面周长相同的圆形桩,但优于截面面积相同的圆形桩.
关键词：五星形桩；模型试验；水平承载力；砂雨法；弯矩
中图分类号：TU473.1
文献标志码：A
文章编号：1674-4764（2016）06-0024-08
基于提高或改善桩的承载性能,近期异形桩得到了较大发展,但水平承载性能的研究还不够深入.贺杰对截面形式如Y形桩的水平承载性能进行了试验研究,得出不同加载方向水平承载力不同.袁估等、周航等对截面形式如X形桩的承载机理及力学特性进行了研究,得出不同于圆形桩的承载特性.郑浩等、任连伟等对具有不同组合形式的高喷插芯组合桩进行了水平承载性能研究,组合后的水平承载力明显高于预制芯桩.王俊林等对大直径扩底桩的水平承载性能进行了试验及数值模拟研究,扩大头的深度和广度对承载力有影响.刘汉龙等对大直径现浇薄壁管桩PCC进行了水平承载性能足尺试验研究,其水平承载力优势明显.孔纲强等对扩底楔形桩的水平承载性能进行了透明土模型试验研究,重点研究了桩周及桩端土体的变形规律,扩大头的存在可以提高水平承载力.Choi等、Basu等对矩形截面桩的水平承载特性进行了研究.
五星形桩是也是一种截面异形桩,为探索五星形桩的水平承载性能,在河南理工大学自主研发的多功能模型槽内进行了周长最大化五星形桩F1、周长面积比最大化五星形桩F2、和F2横截面周长相同的圆桩C1、和F2横截面面积相同的圆桩C2水平承载性能对比模型试验研究,研究成果对五星形桩的进一步应用提供一定参考.
1.模型试验
1.1实验设备
1）模型槽模型试验在河南理工大学自主研发设计的多功能模型槽内进行,模型槽如图1所示.模型槽尺寸长宽高为2m×2m×2.5m,槽壁三面为钢板组合而成,一面由透明钢化玻璃构成,用以观察试验中模型槽内土的变化.
2）加载系统试验中水平荷载通过水平向拉桩头的方式提供,主要方法为通过钢绳一端固定桩头,钢绳另一端和竖向吊篮相连,钢绳方向通过固定在模型槽外伸横梁引导,通过在吊篮里堆放砝码,对桩头逐级提供水平荷载,直至达到规范中所规定的试验终止条件出现.现场试验照片如图2所示.采用砂雨法成桩,砂雨法落距为0.5m,如图4所示.人工在模型槽内撒砂,漏斗口径为1m,高0.5m,下连2m长口径为15cm的软管,软管和漏斗之问为阀门相连,阀门控制撒砂速度,漏斗下出口处连接出管滤网,网眼尺寸为2mm,滤网和模型槽内平铺砂土落距为0.5m,滤网上栓0.5m长线吊坠,在撒砂过程中对落距进行实时控制.逐层埋设桩体,直至全部桩身埋设在砂土内.
通过室内试验测得砂土的最大孔隙比为0.855,砂雨法后的最小孔隙比为0.522,天然孔隙比为0.653,从而得到密实度为60.8%.可见,和一般填砂相比,砂雨法可以使砂土密实度更高,均匀性进一步得到保证,使模型试验结果更可靠.
2）模型桩试验模型桩采用钢筋混凝土预制模型桩,两类五星形桩为写作钢模浇筑而成.桩身为细石钢筋混凝土材料,其抗压强度为C25,主筋尺寸为3声6mm、主筋问距3cm、空间布局为三角形.箍筋采用φ2mm@200mm构成钢筋笼.预制好的模型桩如图5所示,五星形模型桩属性如表1所示.
3）桩体平面布置水平载荷试驗为2根五星形桩、2根圆桩的对比试验,4根桩的平面布置如图6所示.桩问距设置为8倍的桩径左右,桩到槽壁的距离在6倍的桩径左右,留有较大的空问尽量降低桩和桩相互影响以及槽壁对水平载荷试验的影响.
4）桩体测试元件布置在水平力加载方向上沿着桩身前后两侧布置土压力盒,土压力盒水平方向距离桩身5cm,桩身方向上桩顶处土压力盒距离桩顶10cm,然后每隔30cm布置土压力盒；沿着水平力加载方向桩身前后粘贴应变片,桩顶处应变片距离桩顶10cm,然后每隔30cm布置应变片,用以测量桩身弯矩,土压力盒、应变片粘贴位置如图7所示.
根据模型槽的结构特点及五星形桩水平向受力具有方向性,尖角方向水平力小于凹弧方向水平力,单桩水平载荷试验布局如图8所示.O点为五星形桩形心,桩身弹性模量为Ep,桩身受力方向惯性矩为Ip,在图8受力方向的水平荷载下A、B两点应变分别为εA、εB.可知在受力方向上距离形心为y点处弯矩,可知A、B两点弯矩分别为和,用线性内插法得出O点弯矩.
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