关键词
预应力管桩;PRC;PHC;ABAQUS;滞回模拟;试验复现
模拟背景
在预制管桩中施加预应力可增大构件刚度,提高抗裂性能,但预应力构件存在脆性破坏、延性相对较低的问题。
通过对预应力管桩(PHC)配置合适的非预应力钢筋形成PRC管桩可延缓预制管桩的破坏脆性,增大其延性。
在地震作用下管桩易受到地下土液化导致的层间变形,由此管桩随土侧移而破坏的情况也值得注意。
复现内容
本案例对东南大学某篇硕士学位论文中的PRC预应力管桩滞回试验进行了有限元模拟。管桩两端采用弧形卡口约束,并通过压梁与锚杆装置锚固于地面。加载方式为如下图所示的中部三点加载,通过作动器施加往复荷载并测量跨中挠度形成滞回曲线。
PRC试件
试验复现特点
本案例中的PRC滞回模拟有以下几个特点:
1、试件参考《预应力混凝土管桩图集》设计,在高强度混凝土内部交叉配置了适当的预应力筋和非预应力筋。
2、采用特定的弧形卡头加载装置形成试验的跨中三点加载。
3、试件表现出预应力结构特有的自恢复特性,滞回曲线相对捏缩,残余力低。
曲线对比
模拟的滞回曲线、骨架曲线均与试验曲线吻合。其中滞回曲线捏缩情况也与试验结果相同,具有一定的预应力自恢复特性,残余力小。
滞回曲线对比
破坏形态对比
有限元模拟的破坏形态与试验吻合,PRC管桩在加载端与支座附近开裂,同时由于预应力的存在裂缝扩展程度相对不明显。
破坏形态对比
结语
PHC和PRC为工程中常用的预制管桩,其抗震性能相对比较关注。本案例为保姆级教程,从建模开始录制,包含部件、分析步、相互作用、后处理等步骤,适合新手学习。由于传统钢筋混凝土桩在工程中易被腐蚀且维修成本较高,后续读者可根据课题需要开展配置FRP筋或粘贴FRP布等特殊构造的分析,改善管桩的耐久性、优化其力学性能。
编者丨会CAE的喵星人