寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預
制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱
管樁在工程建設中被大量運用，因此，針對其工作特性的研究越來越深入。正確處理在各種荷載作用下管樁與土的相互作用問題已成為目前管樁研究的熱門問題。在靜荷載作用下的管樁工作特性研究方面，Ｒandolph等［12］提出了管樁與土相互作用模型，研究了管樁與土的相互作用特性，得到了管樁承載力的函數，并通過模型試驗驗證了此模型的合理性。費康等［3］研究了薄壁管樁的荷載傳遞機理，利用有限元方法研究了管樁內外側摩擦力的分布以及土塞作用。在動力荷載作用方面，丁選明和劉漢龍等［46］在簡化樁—土接觸關系并把單相介質土體對管樁的作用視為Voigt體連接的情況下初步得到了
［78］
動力特性研究，得到了樁頂導納函數以及樁頂復剛度的表達式，并對比了研究結果和三維模型得到的結
果，檢驗了結論的正確性。吳文兵等［10］研究了土塞效應對管樁動力特性的影響，采用虛土樁法和附加質量法獲得了土塞—管樁的相互作用規律。賈媛媛等［11］研究了大直徑鋼管樁在豎向荷載作用的承載
力特性，分析了豎向荷載作用下大直徑鋼管樁的樁身參數以及樁側土摩擦系數對其承載力特性的影響規律。
寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱
東南沿海軟弱土地基中管樁運用廣泛，這一區域地下水位普遍較高，以前的研究中大多把地基土作為單相介質，不考慮土中孔隙水的影響，而很多實芯樁的振動理論研究成果表明，土中孔隙水對土的波動及樁的振動均有著明顯的影響。此外，管樁在施工過程中極易對樁周土產生影響，比如施工擠密和施工松弛效應，把土體視為均勻介質的研究成果在嚴格意義上是不適用于受到施工效應影響的管樁動力分析
的。因此，本研究基于飽和多孔介質理論和Novak薄層法，考慮管樁的施工效應，在飽和土中建立管樁基礎的縱向振動模型，并綜合分析施工效應和飽和土體水含量對樁頂動力響應的影響。
1計算模型
針對飽和土中管樁的動力問題，關鍵是要合理建立管樁與飽和土的耦合振動模型。本研究考慮施工效應時飽和土中管樁的縱向振動特性問題，建立的管
樁—土耦合作用模型如圖1所示。采用內徑為ra、外
徑為rb的粘彈性摩擦管樁，受施工效應影響的內部區域為rm，將內部區域細分為N個薄層同心環區域。
圖1管樁—飽和土相互作用模型
Fig.1Pipepileandsaturated
soilinteractionmodel
［9］進行了飽和土中管樁的
管樁樁頂動力響應解析解。劉林超等
基于多孔介質理論和Novak薄層法
寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱
2
第4期翟志明等:考慮施工效應時飽和土中管樁的縱向振動研究
2飽和土體的動力響應
以飽和多孔介質理論和Novak薄層法為理論基
［9］
2SS2SLS
r2rrt2vtt2LLS
ρLW+sW－W=0
t2vtt
1433
，(1)
SSSS
WL為土中液相的縱向位移;nS為土中固相的體積分數，nL為土中液相的體積分數，并且滿足nS+nL=
(nL)2·γL
1;ρS為土體的固相的表觀密度，ρL為土體的液相的表觀密度;sv=L為液固耦合系數，g為重
k
寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱LLL
+∞
把式(1)進行Laplace變換，其中，W(r，s)=w(r，t)e－stdt，s=iw，則式(1)變換為:
0
2SS
S
rrr，(2)
L2LLS
由式(2)可得:
μ
S
2SS2
2+μ－ρs－L2+svsW=0，(3)
rrrρs+svs
化簡可得樁身周圍土中任意環形范圍內動力方程為:
2SS
r22+r－r2α2WS=0，(4)
rr
2
ρs+svs
解方程(4)得:
WS(r)=AK0(αr)+BI0(αr)，(5)式中，K0(αr)是零階的第一類虛宗量的Bessel函數，I0(αr)是零階的第二類虛宗量的Bessel函數，A和B作為復值常數，它們的值由研究區域中任意同心環區域土體的邊界條件決定。
由于外部區域不受施工擾動影響，可視為土質均勻。根據多孔飽和介質理論和Novak平面應變理
論解式(5)，得外部區域任意一點的土體位移為:
WSm(r)=AmI0(αmr)+BmK0(αmr)，(6)
式中，Am，Bm為外部區域邊界條件決定的復數常數。利用水平無窮遠處土體位移衰減為零，得Bm=0，
則外部區域土體位移為:
WSm(r)=AmK0(αmr)，
土體中任一點處的豎向剪切應力為:
S
τm(r)寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱=μm=－μαmAmK1(αmr)，(7)
dr
其中，K1(αmr)為一階第二類虛宗量的Bessel函數。
在內外兩區域交界面處，內部區域土體受到的豎向剪切力來自于外部區域土體，根據剪切剛度定
義，可得飽和土體內外區域界面處的剪切復剛度為:
－2πrmτ(rm)2πrmμSαmK1(rmαm)
KKm=S=
礎，可以得到飽和土體的動力控制方程為:
()[()]=0
μSW+1W－ρSW－sW－W
()
式中，μ=G(1+2iξ)，G為土骨架的剪切模量，i=槡－1，ξ為土體阻尼比;W為土中固相的縱向位移，
力寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱加速度，k為滲透系數，γ=ρg為液相的重度。
∫
{(
)
W1W－［Ss2WS－ss(WL－WS)］=0
2+
μ
ρv
ρsW+svs(W－W)=0
[]
WS1WS2(svs)S
WW
ｄｚｄβ
式中：σｖ—土芯豎向應力；σ′—土芯有效豎向應力；γ′—土芯有效重度；ｄ—樁內壁直
徑；β—土芯與樁內壁之間的剪應力與豎向有效應力的比率。
（２）國內將預應力混凝土管樁與鋼管樁的性能作了比較，在敞口鋼管樁承載力計算公式
的基礎上，得出了預應力混凝土管樁的承載力估算公式［２］：
Ｒａ＝ｕｐ∑ｑｓｉａｌｉ＋λｐＡＰｑｐａ （２） 當４＜ｈｂ／（Ｄ－寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱２ｔ）＜５時 λｐ＝０．２ｈｂ／（Ｄ－２ｔ） 當ｈｂ／（Ｄ－２ｔ）≤４時 λｐ＝０．８ 當ｈｂ／（Ｄ－２ｔ）≥５時 λｐ＝１．０
式中：ｕｐ—樁身周長；ｑｐａ一樁端持力層的端阻力特征值；ｌｉ—樁穿越第ｉ層土厚度；λｐ—樁端“土塞”的閉塞效應系數；Ａｐ—樁端投影面積；Ｄ—預應力混凝土管樁外直徑；ｑｓｉａ—第ｉ層土的樁側阻力特征值；ｔ—預應力混凝土管樁壁厚；ｈｂ一樁端進入持力層深度。（３）我國現行ＪＧＪ９４－２００８《建筑樁基技術規范》對預應力混凝土管樁的進行承載力計
算按如下公式［３］：
Ｑｕｋ＝Ｑｓｋ＋Ｑｐｋ＝ｕ∑ｑｓｉｋｌｉ＋ａｐｓｋＡｐ （３）
Ｒａｎｄｏｌｐｈ對敞口管樁的土芯應力進行了靜力分析，得出下式１：
ｄσｖ＝γ′＋４σ′ｖ （１）
2
第 ２ 期肖章壽：管樁的豎向抗壓承載力機理及沉降分析
１６３
２β
當Ｐｓｋ１＞Ｐｓｋ２時，Ｐｓｋ＝Ｐｓｋ２
式中：Ｑｓｋ、Ｑｐｋ分別為總極限側阻力標準值和總極限端阻力標準值。
影響土塞效應的主要因素有土性、樁徑、樁的入土深度等。通過一系列的現場試驗結果證明，鋼管樁內的土塞高度與鋼管樁的直徑以及土層的性質有密切相關，在工程施工結束后
相當長的時間內，因打樁擾動，土塞在樁端１０倍樁徑以上，土塞的工程特性指標比原狀土層差很多；雖然在樁１０倍樁徑范圍內的土塞密實，但閉塞效應很難達到１００％。
樁在下沉寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱中地基土進入管樁內形成土塞是一個復雜過程，它受打樁過程中管樁的振動、地基土中因振動和擠壓所產生的超孔隙水壓力以及地基土性質等因素相互影響，土塞的工程特性指標發生很大變化。
目前國內外專家都已經把“土塞效應”考慮到承載力中，但我國的現行規范對管樁的承載力計算只用一種單一的計算模式，把敞口管樁與閉口管樁的承載力計算只考慮截面的大小變化，而沒有考慮土層及施工方法不同，顯然不能正常反應不同的工程個體，在實際工程中往往也把敞口管樁與閉口管樁同等使用。敞口管樁與閉口管樁在同一土層中沉降有什么不同呢，筆者進行了數據歸類分析。
２ 荷載－沉降試驗結果對比及分析
福州某一安置房項目，挑選１０根φ４００ｍｍ基樁進行荷載－沉降試驗，其中５根為敞口
樁，編號為１＃，２＃，３＃，４＃，５＃；５根為閉口樁，編號為６＃，７＃，８＃，９＃，１０＃，底部樁靴均用鋼板密封。采用慢速維持荷載法分１０級，第一級取分級荷載的２倍，后面采用逐級等量加載進行靜載荷試驗。試驗樁樁長均為２０ｍ，樁端持力層均為粘土。試驗分兩批次進行，其中１＃，２＃，３＃，６＃，７＃，８＃在打完樁后１５ｄ進行靜載試驗。４＃，５＃，９＃，１０＃在打完樁后４５ｄ進行靜載試驗。設計單樁極限承載力均為２ ９８０ｋＮ。實測得到的Ｑ－Ｓ曲線（圖１，２）。
２．１ 兩種樁型沉降結果分析２．１．１ 敞口樁Ｑ－Ｓ曲線
從圖１中１＃～３＃樁可以看出預應力敞口管樁Ｑ－Ｓ曲線屬于緩變型。當樁頂荷載增加到單樁極限承載力２ ９８０ｋＮ時（試驗設定值），沉降在１０～１５ｍｍ。從Ｑ－Ｓ曲線中可以看出，當荷載在２～６級時，每級的沉降量幾乎呈線性增加，即此時樁側摩阻力發揮主要作用，而
樁端摩阻力發揮很小。隨荷載繼續增加，樁頂沉降較上一級沉降增加，樁側摩阻阻力達到極
限值，樁端摩阻力繼續發揮作用。在第３級荷載之前，樁底沉降微小，此時的樁頂沉降為樁
身的彈性變化量，即樁承載力基本上只由樁側摩阻力承擔。在荷載逐漸增加時，樁端阻力逐漸發揮作用，此時管樁承載力主要是樁側摩阻力和樁端阻力的綜合作用。繼續加載，樁身彈性變形在樁頂沉降中的比例逐漸減小，而樁底沉降所占比例則線性增加。
２．１．２ 閉口樁Ｑ－Ｓ曲線
預應力閉口管樁也是屬于緩變型。從圖２中６＃～８＃樁得知，在荷載加至極限承載力，樁頂沉降緩慢增長，當樁頂荷載增加到單樁極限承載力２ ９８０ｋＮ時（試驗設定值），沉降為
當Ｐｓｋ１≤Ｐｓｋ２時，Ｐｓｋ＝１（Ｐｓｋ１＋Ｐｓｋ２）
3
１６４
福 建 地 質 Ｇｅｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｆｕｊｉａｎ第 ３２ 卷
圖１ １＃～５＃敞口樁單樁豎向抗壓靜載試驗Ｑ－Ｓ曲線圖
Ｆｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍ ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ Ｑ－Ｓ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ １＃～５＃ｏｐｅｎ ｐｉｌｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃｏｍｐｒｅｓ－
ｓｉｖｅ
寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱
５～１０ｍｍ。而從圖中得知，在荷載加至極限承載力之前，除第一級荷載時沉降量稍大以外，其余幾級荷載，每級沉降量△ｓ變化不大，△ｓ基本上為樁身彈性變形。而隨樁頂荷載的增
加，樁端阻力得到充分發揮，沉降量也較上一級沉降增加，但沒有發生線性增加的趨勢。
２．２ 成樁后間歇時間對樁沉降影響
（１）在４５ｄ后對敞口的另外兩個管樁進行靜載試驗，得出如圖１的４＃、５＃樁的Ｑ－Ｓ曲線，當樁頂荷載增加到單樁極限承載力２ ９８０ｋＮ時（試驗設定值），沉降在２５～３０ｍｍ。（２）在４５ｄ后對閉口的另外兩個管樁進行靜載試驗，得出如圖２的９＃、１０＃樁的Ｑ－Ｓ曲線，當樁頂荷載增加到單樁極限承載力２ ９８０ｋＮ時（試驗設定值），沉降在５～１０ｍｍ，
沒有發生沉降突變現象。
4
第 ２ 期肖章壽：管樁的豎向抗壓承載力機理及沉降分析
１６５
圖２ ６＃～１０＃敞口樁單樁豎向抗壓靜載試驗Ｑ－Ｓ曲線圖
Ｆｉｇ．２ Ｄｉａｇｒａｍ ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄ ｔｅｓ Ｑ－Ｓ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ６＃～１０＃ｏｐｅｎ ｐｉｌｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃｏｍ－
ｐｒｅｓｓｉｖｅ
２．３ 敞口樁與閉口樁受力機理及沉降比較分析
（１）敞口樁隨沉降增大，部分樁底土進入管內，形成土塞。其受力性狀表現為樁側摩阻
力隨樁沉降逐步發揮，而管樁沉降引起樁端阻力發揮，但因敞口樁樁端截面面積較小，端阻力也比較小。樁端阻力（環形面積）發揮極限后，土塞發生相對位移，這樣就產生內側阻力作用于環形內側面積，產生更大的側阻力。此時，管內土塞摩阻力才開始發揮作用，樁側摩阻力達到極限值后，樁端阻力也隨即達到極限值。閉口樁則不然，因其樁端閉口，即樁端截
面積為敞口樁截面積的１．５６倍。在樁靜壓施工時，與敞口樁對比，進入敞口樁管內的土被
擠到樁周，即產生很大的擠土效應。同時樁端阻力也比敞口樁的樁內側摩阻力與端阻之和大很多。所以敞口樁與閉口樁在樁側阻力發揮到極限后明顯沉降較大。
（２）第二組試驗在４５ｄ后進行，從圖１的４＃和５＃樁和圖２的９＃和１０＃樁可以看出敞
5
１６６
福 建 地 質 Ｇｅｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｆｕｊｉａｎ第 ３２ 卷
口樁沉降明顯加大，而閉口樁沉降和原來同等條件下沒有什么大的變化，其原因分析為閉口樁樁端密封，避免了地下水滲入樁端持力層相反，對于敞口樁，地下水直接進入持力層，地下水對持力層的軟化對樁端阻力與樁側摩阻力造成極為不利的結果。
３ 結論
（１）敞口管樁與閉口管樁樁端截面形式不同，樁端持力層為粘土時，在達到極限承載力
之前，敞口管樁沉降明顯大于閉口管樁的沉降。
（２）敞口管樁在地下水通過管芯對持力層長時間的軟化、樁側土液化后沉降明顯加大，
所以在基礎設計時應充分考慮此項因素。
（３）敞口樁雖然有“土塞效應”，但個別對沉降量有特殊要求的工程基礎，選擇敞口樁
寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱
時應經過充分論證，建議使用閉口樁更加合適。
參 考 文 獻
１ 陳克華．管樁的荷載傳遞機理及承載力研究．工程建設與管理，２００８，１０
２ ＪＧＪ ９４－２００８．建筑樁基技術規范．
Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
摘要：對設有加強環的PHC管樁與普通PHC管樁進行了水平往復循環加載試驗，并做了荷載位移滯回曲線分析，試驗結果表明有加強環的PHC管樁的延性比普通PHC管樁有明顯的提升。通過ABAQUS軟件分析不同外徑下的加強環對管樁與承臺節點處延性的影響，通過在管樁與承臺節點處設置五組不同外徑的加強環，分別分析節點處的荷載位移滯回曲線，從而分析不同外徑的加強環對管樁延性的影響。分析結果表明，不同外徑的加強環對管樁的作用效果不同，隨著外徑的增加，其管樁水平抗彎和抗剪能力也在提高。
關鍵詞：加強環；延性；PHC管樁；抗震
中圖分類號：TU528.73文獻標志碼：A文章編號：10023550（2017）09013904
Influenceofdifferentdiameterofreinforcingringontheductilityofpipepile
ZHANGQing，XUANHuaizhen，GUOZhaosheng，HEWubin
（CollegeofArchitectureandCivilEngineering，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China）
Abstract:WitharingofPHCpipepileandPHCpipepiletostrengthenthehorizontalcyclicloadingexperiment，andtheload
displacementhystereticcurvesanalysis.ThetestresultsshowthatstrengthentheductilityofthePHCpiletotheringthantheordinaryPHCpipepilehasimprovedsignificantly.ByusingABAQUSsoftwaretoanalysisdifferentdiametersofstrengtheningeffectofringofpipepile
andpilecapnodeductility，byfivegroupsofdifferentdiametersofthestiffeningring，respectively，analysisofnodeloaddisplacementhystereticcurves，soastoanalyzethedifferentdiametersofthereinforcementeffectofringontheductilityofpipepileisarrangedinthepipepileandpilecapatanode.Theresultsshowthattheeffectofdifferentdiameterofreinforcingringonthepipepileisdifferent，withtheincreaseofoutsidediameter，thehorizontal寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱bendingandshearcapacityofpipepileisalsoimproved.Keyingring；ductility；PHCpipepile；earthquakeresistance
0引言
近年，隨著預應力混凝土管樁不斷發展，管樁的縱向
承載力提升很大。但是鋼筋混凝土結構的設計不僅要滿足
豎直方向強度的要求，還要滿足水平方向延性的要求，尤
其是在抗震構件中。劉海成，郭全全[1]等人通過實際例子得
出了，對于環形截面構件，預應力混凝土會隨著預應力的增加延性系數顯著降低，因此在進行PHC管樁設計時，應
該足夠的重視構件延性問題。目前，國內對在往復荷載作用下的管樁的受力性能有一定的研究。張偉，賀武斌等[2]通
過試驗和數值模擬得到，當其在強烈地震作用下時，樁基礎特別是管樁和承臺結合點處以及管樁與管樁之間的連接點處容易受到較大的剪力和彎矩作用，樁頭節點容易發生脆斷而影響整體穩定性；本文通過在管樁與承臺節點處設置鋼筋混凝土加強環對管樁延性影響的基礎上，通過ABAQUS軟件模擬在不同尺寸的加強環保護下，對混凝土
管樁延性的影響。1試驗概況
1.1試件的基本數據
此次試驗選用的寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱是兩根樁長2850mm，樁身直徑為400mm，壁厚為95mm，AB型的高強混凝土管樁，混凝土強度為C80，其中試件一為普通PHC管樁，試件二是配有
一個加強環的PHC管樁。兩試件預應力鋼筋均為7準12，箍筋為準6@100。承臺混凝土強度等級C30，試件一的承臺尺寸為1.5m×0.8m×0.9m，而由于設有加強環的原因，試件二的承臺尺寸為1.5m×1.0m×0.9m，試件二與試件一除了加
強環鋼筋籠不同外，兩試件的連接構造相同且樁身嵌入承
臺的深度均為50mm，試驗裝置及樁身截面如圖1。
試件一和試件二均是經過離心成型并經高壓蒸養而
成。對于普通PHC管樁在澆筑前，將管樁直立同時放入填
芯鋼筋骨架，與承臺鋼筋固定，然后支模板澆筑混凝土形
收稿日期：20161009
基金項目：國家自然科學基金青年科學基金項目（51408395）；山西省自然科學基金（201601D011055）；山西省留學人員科技活動擇優資助項目（02020028）
·139·
1
圖1試件配筋及截面（單位：mm）
成成型管樁。而對于帶有加強環的管樁，制作與前者基本
相同，只需在澆筑混凝土前，將填芯鋼筋骨架與加強環鋼筋和承臺鋼筋骨架同時安裝再進行一次性澆筑，即形成帶
有加強環的填芯混凝土管樁。1.2試驗加載及測點布置
如圖所示，承臺是用鋼梁和兩組地腳錨栓固定，此次加載，縱向加載采用千斤頂加壓，壓力保持200kN，水平加
載則采用一臺電液伺服加載器通過反力墻產生水平位移
荷載，分級加載，每次位移增量相同，往復循環加載。
此次測點分布在管樁與承臺連接部位的4根縱筋相
同部位。在澆筑前，在該部位布置鋼筋應變片，用來測量該處鋼筋的應變。
1.3試驗加載及結果分析
（1）試件一加載過程。加載初期，管樁處于彈性階段，
寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱
荷載曲線呈直線變化，荷載加載到最大值79.5kN以后，在每次的循環加載中，管樁承受的最大荷載值快速減小，盡
管樁頂變形較大，但荷載簡化很小。
（2）試件二加載過程。加載初期和試件一表現相同，荷
載曲線呈直線變化，當荷載值達到120kN左右時，荷載達到極限，當繼續增加位移到60mm時，荷載突然降低，大
約為66kN，此刻認為管樁已失去抗彎能力，試驗完成。由圖2、3的荷載位移滯回曲線可知，試件一在加載初
期處于彈性階段，繼續加載到位移為20mm時，荷載達到最大值100kN左右，而試件二中，位移一直加載到50mm時，
荷載才達到最大值，此時荷載為130kN。而且從整體上看，設有加強環的管樁荷載位移滯回曲線比普通樁的飽滿許
多，也就是說，有加強環的管樁能消耗更多的能量，從而提
高了管樁的整體延性。2數值分析
通過以上的試驗我們可以得出，在管樁與承臺的節點處設有加強環可以明顯提高管樁的延性，為了更好的研究加強環對管樁的影響，此次通過ABAQUS軟件模擬不同外
徑的加強環對管樁延性的影響。
如果在管樁與承臺節點處設置加強環，一是可以對節點處起到錨固作用，二是可以增大受力面積，從而提高受
彎和受剪的能力。從材料力學中抗彎承載力公式可知，隨
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圖2試件一的荷載位移滯回曲線
圖3試件二的荷載位移滯回曲線
著加強環外徑的部分不斷增大，管樁抗剪能力也在增大[4]。2.1模型建立
此次建模，采用三維實體單元C3D8R混凝土模型，該
寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪
模型的優點是：
（1）當網格比較粗略時也不會出現嚴重的沙漏問題。（2）在復雜的受力情況下，不會出現自鎖問題[3]。采用
寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪預應力混凝土管樁（PC管樁）和高強度預應力混凝土管樁（PHC管樁）、預制板式樓梯、alc板、陶粒板、PC構件、疊合板、預制磚胎膜、橋梁樁、預制墻板、預制樓梯、預制飄窗、成品墻板、管樁柱
的鋼筋模型是T3D2桁架模型，對于三維模型，因為六面體單元可以使用更小的成本得到高精度計算，所以模型選
取的六面體單元。2.2模型選取
綜合大量文獻[56]所選模型標準，本次選取樁長為2.85m，外徑D=400mm，內徑d=210mm，壁厚95mm；用強度為C80的混凝土做樁身。預應力鋼筋為7準12，箍筋為準6@100。加強環的外徑分別選用500、600、700、800、900mm五組。
2.3材料的選擇及其本構關系
模型材料本構關系的選取往往是模型建立的基礎。本
文將采用彈塑性理論，混凝土塑性損傷模型主要作用是模擬混凝土在受拉和受壓兩種狀態下塑性應力應變關系，而
2
且在模擬循環往復荷載作用下，該模型能得到更加精確的受力分析，所以針對它的這個優點，混凝土的本構關系將采用混凝土損傷塑性模型，為了讓其收斂性，選用單折線線性模型的鋼筋，也就是屈服前，鋼筋隨應力的變化而變
化，屈服的數值基本不變，但仍處于線性變化。2.4荷載加載
為了讓試驗更加接近試驗時的狀況，在樁的一端“綁定”了一個弧形夾具，它的目的是使所加的荷載能夠更好
的作用在樁上，水平位移的加載則根據規范中給出的加載的最大位移和在試驗加載過程中的實際加載位移過程中
出現塑性破壞時的情形進行分析，JGJ94—2008《建筑樁基技術規范》指出出現以下情況之一的，則停止加載：情形一，較小位移時樁身即被折斷；情形二，水平位移超過40mm。
綜合以上情形，本次模擬可考慮采用40mm的極限位移
值，循環往復初始寧波陶粒板alc板預制pc構件管樁柱梁樁成品墻體鎮海慈溪加載位移是5mm，以后逐級增加5mm[7]。如圖4。
圖7D=700mm時的荷載位移滯回曲線
圖8D=800mm時的荷載位移滯回曲線
圖4水平位移控制曲線
ａｎｄ Ｓｅｔｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｉｌｅ
Ｘｉａｏ ｚｈａｎｇｓｈｏｕ
（Ｆｕｊｉａｎ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ Ｔｅｓｔ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ
ｏｆ Ｃｏｎｓｒｕｃｔｉｏｎ Ｗｏｒｋｓ，Ｆｕｚｈｏｕ，３５００１１）
Ａｂｓｒａｃｔ
式中，α=[ρSs2－(svs)2]S
L2+svs/μ。
SdWm(r)S
