水平循环荷载作用下FRPC组合桩基本特性研究

The problem of durability is increasingly outstanding for pile with traditional material (steel, concrete, timber) in corrosive environment, which will require high maintenance and rehabilitation cost with high life-cycle cost. Concrete filled in FRP tube pipe pile is a novel type of composite pile with many advantages such as good resistance to physical and chemical corrosion, light weight and high strength and so on. It is scarce to study the bearing characteristic of concrete filled in FRP pipe especially under cyclic horizontal load. The nonlinear analysis model will be put forward and the weaken effect will be considered under horizontal cyclic load. The bearing capacity and deformation law under horizontal load will be analyzed by static load testing of FRP model pile; Pile-soil interaction will be explored under horizontal cyclic load by using strength theory and non-relative flow rule based on weaken rule of stress-strain relationship；Load value,load frequency and cyclic number will be studied by finite element simulation on the effect of pile-soil interaction; the applicability of traditional theory and empirical approaches of FRP pile will be analyzed, and the modification of calculation model and value of parameter will be given. The bearing mechanism of FRP pile will be revealed under cyclic horizontal load, and the analysis method will be put forward on bearing capacity and deflection.

传统材料桩（钢、混凝土、木）在滨海腐蚀环境中耐久性问题突出，服役过程中需要昂贵的加固和修复费用，具有较高的全寿命成本。FRP管混凝土组合桩（简称FRPC桩）是由FRP外壳和其内部充填混凝土形成的一种新颖组合桩基础，具有良好的抗物理化学侵蚀、轻质高强等优点。目前国内外对其承载特性研究偏少，尤其是水平循环荷载下的研究欠缺。项目拟系统地研究水平循环荷载下FRPC桩承载特性，建立循环荷载作用下的非线性计算模型，研究承载性能的循环弱化特性，采用强度理论和非相关流动法则，研究水平循环荷载作用下桩-土相互作用规律；通过FRPC桩宏细观试验，分析其水平循环荷载下的承载特性；采用有限元数值模拟考察荷载大小、加载频率、循环次数等参数对桩土相互作用的影响规律；最后研究经典理论方法对FRPC桩的适用性以及计算模型修正与参数的取值，预期揭示水平循环荷载下FRPC桩承载机理，建立其水平承载和变形的分析方法。

传统材料桩（钢、混凝土、木）在滨海腐蚀环境中耐久性问题突出，服役过程中需要昂贵的加固和修复费用，具有较高的全寿命成本。FRP 管混凝土组合桩（简称FRPC桩）是由FRP 外壳和其内部充填混凝土形成的一种新颖组合桩基础，具有良好的抗物理化学侵蚀、轻质高强等优点。本课题主要通过室内试验结合理论分析和数值分析研究了FRPC桩的承载性能；通过推出试验推出试验研究了FRP管与混凝土剪切变形破坏特征，分析粘结形式、长径比、径厚比、混凝土强度等级、是否使用膨胀剂等因素对FRP管与混凝土粘结强度的影响；研究了FRP管与混凝土之间可靠的粘结形式，揭示FRP 管与混凝土之间的粘结滑移关系。通过行FRPC桩的室内纯弯试验，结合截面的应变分布规律，验证了平截面假定，分析了抗弯刚度的变化规律以及刚度叠加原理，研究了各个影响因素对FRPC组合桩抗弯性能的影响。通过低周反复荷载试验，研究了FRPC组合桩的承载能力、变形特征以及延性、耗能等抗震性能；并观察其在试验过程中的破坏特征，通过对滞回曲线、骨架曲线、强度及刚度退化、延性性能和耗能性能等试验结果进行对比研究。通过比较FRPC组合桩与PHC、PRC管桩的延性性能和耗能性能，研究发现FRPC组合桩在抗震性能方面和传统管桩相比有一定的优势。通过对FRPC桩的水平循环荷载试验，对每根模型桩所受荷载大小、加载频率、荷载循环次数因素的影响进行了理论上的相互比较和分析。通过FRPC桩的半模试验，对水平受荷桩在加载过程中桩周土体位移场的发展变化进行量测，通过不同加载阶段的土体位移场的测量，得到了水平受荷作用下FRPC桩周土体变形的位移场，揭示了FRPC桩-土相互作用规律。研究成果为FRPC桩的抗弯设计、抗剪设计、抗震设计提供理论基础和指导依据。