桩头静态劈裂技术应用与破裂机理_孔德森.pdf
《桩头静态劈裂技术应用与破裂机理_孔德森.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《桩头静态劈裂技术应用与破裂机理_孔德森.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、投稿网址:年 第 卷 第 期,():科 学 技 术 与 工 程 引用格式:孔德森,齐睿,张永娟,等 桩头静态劈裂技术应用与破裂机理 科学技术与工程,():.,():.桩头静态劈裂技术应用与破裂机理孔德森,齐睿,张永娟,郭仁亮(.山东科技大学土木工程与建筑学院,青岛;.山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室,青岛)摘 要 为提高桩头静态劈裂技术在实际工程中的破桩效果,根据工程实际情况对现有技术方案做出优化,设计了“中心 孔 环布 孔”的布孔形式,并进行现场试验验证该方案的可行性,同时为深入研究桩头破裂机理,以试验参数为基准,采用 软件预插内聚力单元进行数值仿真,对比研究了优化前后两种布设形
2、式下模型的损伤开裂情况。研究结果表明:对于直径 的灌注桩,采用“中心 孔 环布 孔”的布孔形式,在 左右能够使桩头完全劈裂,且表面大致呈“工”字形以 条裂纹发展,能取得较好的劈裂效果;静态劈裂过程,孔壁处最先产生损伤裂纹,并沿最大主应力方向延伸贯通,随后裂纹宽度不断增大,桩头劈裂;在靠近钢筋位置处布设劈裂孔,有利于减少钢筋的受力变形。研究成果为桩头静态劈裂技术方案的设计和优化提供参考。关键词 现场试验;静态劈裂;桩头破除;内聚力单元;混凝土损伤中图法分类号.;文献标志码 收稿日期:;修订日期:基金项目:国家自然科学基金();山东省自然科学基金()第一作者:孔德森(),男,汉族,山东滕州人,博士
3、,教授。研究方向:桩基工程、隧道工程等。:。通信作者:齐睿(),女,汉族,山东淄博人,硕士研究生。研究方向:桩基与地下工程。:。,(.,;.,),“”,“”,“”,;桩头静态劈裂技术指将静态劈裂剂浆液灌于桩头预设的劈裂孔中,浆液发生化学反应体积膨胀,对劈裂孔内壁产生径向膨胀压力,从而劈裂桩头,相较于传统桩头破除方法,该技术在保证桩身结构完整性的前提下,有操作简便、无噪声、震动、污染等优势。有学者从静态劈裂剂自身出发,研究成分、配比等对膨胀性能的影响,也有学者从应用对象考虑,在静态破岩机理、裂纹衍生发展规律等方面开展研究。李瑞森等通过膨胀压力试验研究了孔深、孔径、约束程度对劈裂剂作用力的影响规律
4、。崔年生等采用正交试验的方法研究了不同水剂比、水温及混凝土强度下的静态劈裂效投稿网址:果。等研究发现在使用非爆炸膨胀材料劈裂岩石的过程中,合理布设钻孔倾斜角度形成的裂隙网络能更好地破坏岩石的完整性。郑志涛等研究发现静态劈裂剂在相同水剂比,不同钻孔直径下达到最大膨胀压所需的时间基本相同。通过对花岗岩采石场的实测数据分析,建立模型并依据钻孔直径估算不同强度岩石和混凝土布孔间距。彭建宇等证明了用颗粒离散元方法研究静态劈裂剂在圆筒内膨胀行为的可行性。娄荣等使用扩展有限元模拟了钢筋混凝土梁的静态劈裂过程。郝大宽等采用 系统进行数值分析,研究在静态劈裂剂作用下孔距变化对岩石致裂效果的影响。等通过实验研究静
5、态劈裂剂在不同直径圆筒内产生的径向和轴向膨胀压力,进而建立了静态劈裂剂水化过程中弹性模量随应力变化的力学模型。静态劈裂技术的研究大多从静态破岩机理和作用效果影响因素等方面展开讨论,也有将其与桩头破除工程结合考虑的研究,但尚未与实际应用结合进行深入探讨,基于此,现结合实际情况在工程项目现场进行桩头静态劈裂技术的应用试验,并采用 有限元软件全局预插内聚力单元模拟试验过程,分析桩头劈裂过程中的应力分布、裂纹衍生规律、内置钢筋的受力变形特点,深入探讨桩头在静态劈裂作用下的内在损伤机理。以期为桩头静态劈裂技术应用的可行性,损伤机制的理论完善与劈裂孔布设形式的优化提供一定参考价值。平度现场试验为研究桩头静
6、态劈裂技术的应用可行性,在青岛市平度区某工程项目现场进行了试验。试验地区为砂土地质,试验对象为 根小规模灌注桩,如图 所示,试验当天最高温度为 。现场试验选取的灌注桩直径为 ,其桩头长度 ,混凝土强度等级为,布有 根直径为 的 钢筋作为纵筋。依照静态劈裂剂使用说明与现场实操性,选取劈裂孔直径,孔间距 。工程中桩头常用的劈裂孔布设形式为“单中心孔 环布孔”,如图()所示,此时中心孔距桩头边缘较远,导致其需要较大的膨胀压力来进行桩头破裂,易引发喷孔现象,从而影响桩头破碎效率。基于此,本试验对布孔形式进行优化,采用中心斜布 孔,环形布设 孔的 孔形式,以提高桩头破碎效率,优化后的劈裂孔布设方式如图(
7、)所示。图 试验对象.图 劈裂孔布设方式.试验结果与分析桩头破坏过程如图 所示,可见在封口 后,劈裂剂反应基本结束,劈裂孔间已出现贯通裂纹,使得桩头整体呈现出劈裂破坏状态。图 试验桩头劈裂过程图.桩头静态劈裂是一个持续渐进的过程,宏观上可分为 个阶段:裂纹萌生阶段、裂纹衍生扩展阶段与桩头贯通劈裂阶段。由图 可知,灌注劈裂科 学 技 术 与 工 程 ,()投稿网址:剂之后,随水化反应的进行,孔内的膨胀压力逐渐增大,约 后达到混凝土抗拉强度,桩头进入裂纹萌生阶段,劈裂孔附近开始出现破坏,由于此时裂纹过于细小,加之灌注桩表面崎岖,图像难以清晰记录;随静态劈裂剂的持续作用,裂纹在尖端应力作用下不断延伸
8、,进入裂纹衍生扩展阶段,反应约.后,裂纹在劈裂孔间交汇并贯穿桩头,主裂纹产生,如图()所示,但宽度尚小,桩头仍有较大稳定性,无法自行劈裂;随后进入桩头贯通劈裂阶段,裂纹宽度不断增大,约 后,水化反应基本结束,主裂纹皆已贯通桩头,如图()所示,桩头整体呈现出劈裂破碎的破坏形态。桩头裂纹的最终发展形态如图 所示。图 桩头裂纹的最终发展形态.由图 可知,试验采用的“中心 孔 环布 孔”的 孔布设方式,孔、斜布于桩头中部,孔、环布于纵筋附近,其劈裂特征为:相邻两孔间主裂纹延伸连接,且一直向外扩展至桩头自由端,裂纹形态以中间两孔连线对称,大致以“工”字形 条裂纹(、)发展,主裂纹发展整齐,桩头截面内有多
9、条细小损伤裂纹产生,整体劣化严重。桩头数值模型建立采用 有限元软件,以实际桩头参数为基础,建立桩头数值模型,深入研究桩头静态劈裂机理,同时,改变劈裂孔布设方式,固定孔间距为,建立方案优化前布孔方式为“中心 孔 环布 孔”的模型,如图()所示,与优化后所采用的图()形式进行对比。借助有限软件中的六面体单元对三维桩头模型进行网格划分,同时对灌注桩部件预先插入内聚力单元来模拟桩头的损伤开裂过程,并在劈裂孔和钢筋附近成倍布设种子,加密其附近网格,以减小单元尺寸效应。模型网格划分情况如图 所示,模型为图()所示的单中心孔形式,模型为图()所示的双中心孔形式。采用膨胀材料充填劈裂孔作为模型的施力来源,模拟
10、静态劈裂剂作用。对桩头模型材料属性做出基本假设:均质的、各向同性的,以弹性模量和泊松比定义弹性行为,采用损伤塑性本构定义非弹性行为。桩头模型材料属性的基本性能参数,如表 所示。图 桩头模型网格划分情况.表 桩头部件材料性能参数 材料性能弹性模量 泊松比抗压强度 抗拉强度 混凝土.钢筋 .模拟结果与分析.桩头劈裂形态研究模型计算完成后的最终劈裂形态如图 所示。图 模型劈裂结果.,()孔德森,等:桩头静态劈裂技术应用与破裂机理投稿网址:由图 可以看出,模型在两种布孔形式下均表现为孔间区域单元劣化严重,而近桩头模型自由端区域的裂纹发展较为简单平整,通过将模拟结果与试验结果相比较,发现两者裂纹的最终发
11、展形态具有明显的一致性:相邻两孔间单元均破坏严重形成主裂纹,且一直延伸至桩头自由端,形成贯通裂纹。分别提取模型、中的已破坏单元数量,计算其占总单元数量比值,并在每个计算步中提取单元分离的最大距离,观察裂纹最大宽度的变化情况,从而对桩头的静态劈裂过程特性进行深入分析,模型单元破坏情况如图 所示。图 模型单元破坏情况.由图 可知,膨胀压力作用前期,桩头未产生破坏,模型、的已破坏单元数量均为;随着膨胀压力的持续作用,在模拟时间.前后,模型相继进入裂纹萌生阶段,模拟单元最先发生破坏且破坏单元数量逐渐增加,模型也紧随其后发生破坏,两者的初始开裂时间相差不大,裂纹最大宽度在模型开裂后保持增长趋势;随后,模
12、型、破坏单元数量占比曲线均急剧上升,模型快速开裂,符合试验中裂纹衍生扩展阶段的特征;模拟时间为.左右,破坏单元占比曲线增长速度开始减缓,此时,未产生破坏的混凝土区域内部单元难以产生新的损伤裂纹,仅剩破裂面上的单元发生进一步劣化,并伴有细小裂纹产生,桩头劈裂主裂纹基本形成,模型开始进入桩头贯通劈裂阶段,裂纹最大宽度曲线持续增加,其中模型裂纹最大宽度的增长速率明显大于模型;最终,模型 的破坏单元占比稳定在.左右,裂纹最大宽度为.,模型则在左右,裂纹最大宽度为.。对模型、的单元破坏情况差异进行分析。从劈裂孔排布情况来看,模型的“中心孔”对应 个相邻孔,而在模型的双“中心孔”中,每个“中心孔”有 个孔
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 桩头 静态 劈裂 技术 应用 破裂 机理 孔德
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。