CBF管桩低周反复荷载试验研究
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３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１８．０３．０１７．
４９２
东南大学学报（自然科学版） 第 ４８卷
Ｆａｍ等［２］进行了大量实验，研究了 ＦＲＰ管桩 的竖向抗压能力，并提出轴压作用下的力学模型， 发现 ＦＲＰ桩的抗压承载力大于 ＦＲＰ管和混凝土抗 压承载力之和，抗弯性能主要取决于桩的刚度及混 凝土芯和 ＦＲＰ管的径向厚度比．Ｆｒｏｓｔ等［３］研究了 ＦＲＰ桩 桩 土 界 面 的 剪 切 性 能．Ｍｉｒｍｉｒａｎ等［４］研 究 了 ＦＲＰ桩在锤击作用下的性能，发现 ＦＲＰ桩在锤 击作用下的力学性能与预应力混凝土桩相似．Ｐａｎ ｄｏ等［５］研究了横向荷载作用下 ＦＲＰ桩的承载性 能，发现预应力桩和 ＦＲＰ桩具有相似的荷载位移 特性．Ｍｕｒｕｇａｎ等［６］通过低周反复荷载试验分别研 究了 ＣＦＲＰ，ＧＦＲＰ所加固的管桩的水 平 承 载 力； Ｗｅａｖｅｒ等［７］通过全尺寸水平 承 载 力 实 验 研 究 了 ＧＦＲＰ管桩在水平承载力作用下的桩土共同作用． Ｒａｍａｓｗａｍｙ等［８］进行了 ＣＢＦ复合桩和普通桩轴 向力作用下的承载性能对比试验，发现前者轴向受 压性能明显高于后者．由于 ＣＢＦ与 ＣＦＲＰ，ＧＦＲＰ 材料的差异性，其研究成果难以直接应用到 ＣＢＦ 管桩的研究设计中，需要进一步研究 ＣＢＦ管桩的 承载性能．
收稿日期：２０１７１２０５．作者简介：周康（１９９３—），男，硕士生；戴国亮（联系人），男，博士，教授，博士生导师，ｄａｉｇｌ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１４７８１０９，０８）． 引用本文：周康，戴国亮，杨阳，等．ＣＢＦ管桩低周反复荷载试验研究［Ｊ］．东南大学学报（自然科学版），２０１８，４８（３）：４９１ ４９５．ＤＯＩ：１０．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｂｅａｒｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂａｓａｌｔｆｉｂｅｒ（ＣＢＦ） ｐｉｌｅｓ，ｔｈｅｌｏｗｃｙｃｌｉｃｒｅｖｅｒｓｅｄｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔｓｏｆＣＢＦｐｉｌｅｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｃｕｒｖｅａｎｄ ｔｈｅｓｋｅｌｅｔｏｎｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｓｗｅｒｅｄｒａｗｎａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＰＨＣ）ａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＰＲＣ）ｐｉｌｅｓ．Ｔｈｅｌａｗｓｏｎｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｄｅｇｅｎ ｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｕｃｔｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅｒｅｗａｓｎｏｃｒａｃｋｏｎｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｂｅｆｏｒｅｌｏｓｉｎｇｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆ ｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｓｕｄｄｅｎｌｙｂｒｏｋｅａｎｄｔｈｅｎｌｏｓｔｉｔｓｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ．Ｔｈｅｒｅｉｓｎｏｐｌａｎｅ ｏｒｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｐａｒｔｉｎｔｈｅｓｋｅｌｅｔｏｎｃｕｒｖｅ，ｂｕｔｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｉｓｌａｒｇｅａｎｄｔｈｅｆａｉｌｕｒｅ ｂｅｌｏｎｇｓｔｏｔｈｅｄｕｃｔｉｌｅｆａｉｌｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔａｐｐａｒｅｎｔｙｉｅｌｄｐｏｉｎｔｓ．ＴｈｅｌｉｍｉｔｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅＣＢＦ ｐｉｌｅｉｓｍｕｃｈｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅＰＨＣｐｉｌｅａｎｄｔｈｅＰＲＣｐｉｌｅ，ｂｕｔｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｉｓｌｏｗｅｒａｎｄ ｔｈｅｌｉｍｉｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓｈｉｇｈｅｒ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｄｕｃｔｉｌｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｎｄ ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｐｉｌｅｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｈａｓｇｏｏｄｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂａｓａｌｔｆｉｂｅｒ（ＣＢＦ）ｐｉｌｅ；ｄｕｃｔｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｌｏｗｃｙｃｌｉｃｒｅｖｅｒｓｅｄｌｏａｄｉｎｇ；
ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ
桩基础易受耐久性影响，不良的腐蚀环境加剧 了桩承载能力的退化、附加沉降的产生和差异沉降 等，带来大量后期桩修复和更换费用．自 ２０世纪
８０年代开始，研 究 者 开 发 出 一 种 高 性 能 新 型 复 合 材料 ＦＲＰ［１］．将 ＦＲＰ应用于桩基础工程，可显著提 高基础的耐久性．
第 ４８卷第 ３期 ２０１８年 ５月
东 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ （ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１８．０３．０１７
Ｖｏｌ．４８ Ｎｏ．３ Ｍａｙ２０１８
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｌｏｗｃｙｃｌｉｃｒｅｖｅｒｓｅｄｌｏａｄｉｎｇｏｆＣＢＦｐｉｌｅ
ＺｈｏｕＫａｎｇ ＤａｉＧｕｏｌｉａｎｇ ＹａｎｇＹａｎｇ ＧｏｎｇＷｅｉｍｉｎｇ
（ＫｅｙｏｆＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＣｏｎｃｒｅｔｅａｎｄＰｒｅｓｔｒｅｓｓＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） （ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）
ＣＢＦ管桩低周反复荷载试验研究
周 康 戴国亮 杨 阳 龚维明
（东南大学混凝土及预应力混凝土教育部重点实验室，南京 ２１００９６） （东南大学土木工程学院，南京 ２１００９６）
摘要：为深入研究 ＣＢＦ管桩的水平承载力性能，开展了 ＣＢＦ管桩的低周反复荷载试验．绘制 ＣＢＦ管桩的滞回曲线和骨架曲线，并将其与 ＰＨＣ管桩和 ＰＲＣ管桩进行比较，分析 ＣＢＦ管桩刚 度退化、延性和耗能方面的规律．结果表明，ＣＢＦ管桩失去承载力前表面未出现裂缝，产生较大 变形后 ＣＢＦ管突然断裂，管桩失去承载力．ＣＢＦ管桩骨架曲线不存在平行 ／下降段，但极限位移 较大，属于无明显屈服点的延性破坏．ＣＢＦ管桩的极限承载力远大于 ＰＨＣ管桩和 ＰＲＣ管桩，但 弹性模量较小，极限位移较大．通过比较三者的位移延性系数和能量耗散系数发现，ＣＢＦ管桩具 有良好的耗能性能． 关键词：ＣＢＦ管桩；延性性能；低周反复试验；水平承载力 中图分类号：ＴＵ４７３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－０５０５（２０１８）０３０４９１０５
４９２
东南大学学报（自然科学版） 第 ４８卷
Ｆａｍ等［２］进行了大量实验，研究了 ＦＲＰ管桩 的竖向抗压能力，并提出轴压作用下的力学模型， 发现 ＦＲＰ桩的抗压承载力大于 ＦＲＰ管和混凝土抗 压承载力之和，抗弯性能主要取决于桩的刚度及混 凝土芯和 ＦＲＰ管的径向厚度比．Ｆｒｏｓｔ等［３］研究了 ＦＲＰ桩 桩 土 界 面 的 剪 切 性 能．Ｍｉｒｍｉｒａｎ等［４］研 究 了 ＦＲＰ桩在锤击作用下的性能，发现 ＦＲＰ桩在锤 击作用下的力学性能与预应力混凝土桩相似．Ｐａｎ ｄｏ等［５］研究了横向荷载作用下 ＦＲＰ桩的承载性 能，发现预应力桩和 ＦＲＰ桩具有相似的荷载位移 特性．Ｍｕｒｕｇａｎ等［６］通过低周反复荷载试验分别研 究了 ＣＦＲＰ，ＧＦＲＰ所加固的管桩的水 平 承 载 力； Ｗｅａｖｅｒ等［７］通过全尺寸水平 承 载 力 实 验 研 究 了 ＧＦＲＰ管桩在水平承载力作用下的桩土共同作用． Ｒａｍａｓｗａｍｙ等［８］进行了 ＣＢＦ复合桩和普通桩轴 向力作用下的承载性能对比试验，发现前者轴向受 压性能明显高于后者．由于 ＣＢＦ与 ＣＦＲＰ，ＧＦＲＰ 材料的差异性，其研究成果难以直接应用到 ＣＢＦ 管桩的研究设计中，需要进一步研究 ＣＢＦ管桩的 承载性能．
收稿日期：２０１７１２０５．作者简介：周康（１９９３—），男，硕士生；戴国亮（联系人），男，博士，教授，博士生导师，ｄａｉｇｌ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１４７８１０９，０８）． 引用本文：周康，戴国亮，杨阳，等．ＣＢＦ管桩低周反复荷载试验研究［Ｊ］．东南大学学报（自然科学版），２０１８，４８（３）：４９１ ４９５．ＤＯＩ：１０．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｂｅａｒｉｎｇｆｏｒｃｅｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂａｓａｌｔｆｉｂｅｒ（ＣＢＦ） ｐｉｌｅｓ，ｔｈｅｌｏｗｃｙｃｌｉｃｒｅｖｅｒｓｅｄｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔｓｏｆＣＢＦｐｉｌｅｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃｃｕｒｖｅａｎｄ ｔｈｅｓｋｅｌｅｔｏｎｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｓｗｅｒｅｄｒａｗｎａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＰＨＣ）ａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＰＲＣ）ｐｉｌｅｓ．Ｔｈｅｌａｗｓｏｎｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｄｅｇｅｎ ｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｄｕｃｔｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅｒｅｗａｓｎｏｃｒａｃｋｏｎｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｂｅｆｏｒｅｌｏｓｉｎｇｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆ ｌａｒｇｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｓｕｄｄｅｎｌｙｂｒｏｋｅａｎｄｔｈｅｎｌｏｓｔｉｔｓｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ．Ｔｈｅｒｅｉｓｎｏｐｌａｎｅ ｏｒｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｐａｒｔｉｎｔｈｅｓｋｅｌｅｔｏｎｃｕｒｖｅ，ｂｕｔｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｉｓｌａｒｇｅａｎｄｔｈｅｆａｉｌｕｒｅ ｂｅｌｏｎｇｓｔｏｔｈｅｄｕｃｔｉｌｅｆａｉｌｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔａｐｐａｒｅｎｔｙｉｅｌｄｐｏｉｎｔｓ．ＴｈｅｌｉｍｉｔｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅＣＢＦ ｐｉｌｅｉｓｍｕｃｈｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｔｈｅＰＨＣｐｉｌｅａｎｄｔｈｅＰＲＣｐｉｌｅ，ｂｕｔｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓｉｓｌｏｗｅｒａｎｄ ｔｈｅｌｉｍｉｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓｈｉｇｈｅｒ．Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｄｕｃｔｉｌｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｎｄ ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｐｉｌｅｓｓｈｏｗ ｔｈａｔｔｈｅＣＢＦｐｉｌｅｈａｓｇｏｏｄｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｑｕａｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂａｓａｌｔｆｉｂｅｒ（ＣＢＦ）ｐｉｌｅ；ｄｕｃｔｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｌｏｗｃｙｃｌｉｃｒｅｖｅｒｓｅｄｌｏａｄｉｎｇ；
ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ
桩基础易受耐久性影响，不良的腐蚀环境加剧 了桩承载能力的退化、附加沉降的产生和差异沉降 等，带来大量后期桩修复和更换费用．自 ２０世纪
８０年代开始，研 究 者 开 发 出 一 种 高 性 能 新 型 复 合 材料 ＦＲＰ［１］．将 ＦＲＰ应用于桩基础工程，可显著提 高基础的耐久性．
第 ４８卷第 ３期 ２０１８年 ５月
东 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ （ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１８．０３．０１７
Ｖｏｌ．４８ Ｎｏ．３ Ｍａｙ２０１８
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｌｏｗｃｙｃｌｉｃｒｅｖｅｒｓｅｄｌｏａｄｉｎｇｏｆＣＢＦｐｉｌｅ
ＺｈｏｕＫａｎｇ ＤａｉＧｕｏｌｉａｎｇ ＹａｎｇＹａｎｇ ＧｏｎｇＷｅｉｍｉｎｇ
（ＫｅｙｏｆＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＣｏｎｃｒｅｔｅａｎｄＰｒｅｓｔｒｅｓｓＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） （ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）
ＣＢＦ管桩低周反复荷载试验研究
周 康 戴国亮 杨 阳 龚维明
（东南大学混凝土及预应力混凝土教育部重点实验室，南京 ２１００９６） （东南大学土木工程学院，南京 ２１００９６）
摘要：为深入研究 ＣＢＦ管桩的水平承载力性能，开展了 ＣＢＦ管桩的低周反复荷载试验．绘制 ＣＢＦ管桩的滞回曲线和骨架曲线，并将其与 ＰＨＣ管桩和 ＰＲＣ管桩进行比较，分析 ＣＢＦ管桩刚 度退化、延性和耗能方面的规律．结果表明，ＣＢＦ管桩失去承载力前表面未出现裂缝，产生较大 变形后 ＣＢＦ管突然断裂，管桩失去承载力．ＣＢＦ管桩骨架曲线不存在平行 ／下降段，但极限位移 较大，属于无明显屈服点的延性破坏．ＣＢＦ管桩的极限承载力远大于 ＰＨＣ管桩和 ＰＲＣ管桩，但 弹性模量较小，极限位移较大．通过比较三者的位移延性系数和能量耗散系数发现，ＣＢＦ管桩具 有良好的耗能性能． 关键词：ＣＢＦ管桩；延性性能；低周反复试验；水平承载力 中图分类号：ＴＵ４７３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－０５０５（２０１８）０３０４９１０５