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预应力混凝土管桩的抗震性能及新进展

日期:2014-05-19 13:49:43
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“建华工程奖”首批申报项目,现已经过申报、专家预审、专家审查以及“建华工程奖”奖励委员会委员审定及社会公示等程序,确定授予集体一等奖2项,分别为:华东建筑设计研究院有限公司的《预应力混凝土管桩在超高层与大型综合体建筑工程中的设计与应用》、河北工业大学河北省建筑科学研究院的《预应力混凝土管桩的抗震性能及新进展》;二等奖1项,为:郑州大学综合设计研究院有限公司的《河南省工程建设标准设计DBJT19-34-2009/09YG101混合配筋预应力混凝土管桩(PRC)》;三等奖2项,分别为:河南省黄河河务局的《黄河支护导流黄桩工程》、安徽省建筑科学研究设计院的安徽省工程建筑标准设计图集《先张法预应力混凝土抗拔管桩(抱箍式连接)》的编制与应用;个人三等奖1项,为:青岛理工大学的《混凝土管桩全过程承载性能评价研究》。自4月1日起,“建华工程奖”拟授奖名单已在中国土木工程学会土力学及岩石力学分会官网、中国混凝土与水泥制品协会官网、建华管桩集团官网等进行了为期一个月的公示。
 
预应力混凝土管桩的抗震性能及新进展
 
 项目荣获:集体一等奖,获奖单位:河北工业大学 河北省建筑科学研究院
  
随着基础建设规模不断扩大,越来越多的工程项目需要采用预应力混凝土管桩基础,以满足建(构)筑物对桩基础承载力和变形的要求,保证建(构)筑物安全和正常使用。河北省自2003年开始应用预应力混凝土管桩技术。随着经济的发展和工程建设规模的扩大,在工程建设项目中大量应用,应用量已经超过数百项工程。
 2010年9月1日,国家标准图集《预应力混凝土管桩》(10G409) 修改了原国家标准图集《预应力混凝土管桩》(03SG409)规定的适用范围——为非抗震地区和抗震设防烈度为6、7度地区,若将PHC管桩使用于抗震烈度为8度的地区则需另行验算。规定的适用范围“为非抗震地区和抗震设防烈度小于等于8度地区的工业与民用建筑、构筑物等工程的低承台桩基础,抗震设防烈度为8度且建筑场地类别是Ⅲ、Ⅳ类时慎用”,至于如何进行“另行验算”标准图集和相应的规程规范并没有给出相应的说明。
 预应力混凝土管桩在静力条件下的承载能力、受力性状方面,研究得已经比较成熟,形成了独立的理论体系,但预应力混凝土管桩在地震荷载作用下的动力特性研究还比较少,在预应力混凝土管桩抗震设计时大多数情况下仍需要依靠经验。而近些年地震灾害越来越频繁的出现,这就更迫切地要求我们了解地震作用下的预应力混凝土管桩的反应特性,因此研究预应力混凝土管桩的抗震性能无论对于设计施工还是安全保障都具有重大的意义。
 课题组经过6 年的研究,针对地震烈度、土层特性等因素影响预应力混凝土管桩抗震性能的技术难题,展开结构性能试验、振动台试验、现场试验、理论分析及仿真模拟硏究,在桩身弯矩变化规律、桩土变形机理、压弯破坏特性、抗震风险评定等方面取得了突破。发表研究论文9 篇(其中EI检索6篇),主持并编制了河北省工程建设标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》(DB13(J)/T105-2010),出版研究专著一部,完成硕士论文4 篇,博士论文1篇,取得了较大的社会效益,产生较大的影响。
 成果针对预应力混凝土管桩的破坏形态进行了足尺寸抗弯和抗剪承载力试验,为预应力混凝土管桩受水平力荷载下的基础设计提供了依据,并为其抗震验算提供了参考。
 对预应力混凝土管桩单及多桩基础进行了振动台试验,首次确定了预应力混凝土管桩桩身弯矩最大值的产生位置约为距离桩顶5~6 倍的桩径,该截面应该加强配筋或作出相应抗震设防措施的结论。在振动台试验的基础上,通过有限元软件建立了预应力混凝土管桩时程分析的数值模型,运用计算机模拟技术对振动台试验结果进行了补充与完善,进而验证了预应力混凝土管桩抗震性能的结论。
 基于振动台试验结果利用加权余量法,揭示了预应力混凝土管桩在振动过程中的弱化规律。根据144根预应力管桩基础竖向承载力的试计比统计分析,首次校和了总体安全系数值,确定了可靠指标值,得出了设计选用的承载力桩身强度发挥不足50%的结论。
 研究成果为桩基础的抗震设计、施工提供了科学依据,对减少工程质量事故、保证主体结构安全,节约工程投资和缩短建设工期具有重要意义,具有良好的经济效益和社会效益,推广应用前景十分广阔。
 专家评审意见为:该成果结合京津城际客运专线等国家重点工程建设,在软土地区进行了大量现场测试。针对高地震烈度、软土强度等影响预应力混凝土管桩抗震性能的技术难题,展开结构性能试验、振动台试验、现场试验、理论分析及仿真模拟硏究,取得了大量的试验和测试数据。成果较好地解释了管桩基础在成层土地基下的性状,研究成果具有明显的创新性,处于国内领先水平,对指导工程设计有较大作用,具有良好的经济效益和社会效益。