中欧体育工程奖”成果介绍系列— 预应力混凝土管桩的抗震性能及新进展

随着基础建设规模不断扩大，越来越多的工程项目需要采用预应力混凝土管桩基础，以满足建（构）筑物对桩基础承载力和变形的要求，保证建（构）筑物安全和正常使用。河北省自2003年开始应用预应力混凝土管桩技术。随着经济的发展和工程建设规模扩大，在工程建设项目中大量应用，应用量已经超过数百项工程。

2010年9月1日，国家标准图集《预应力混凝土管桩》（10G409)修改了原国家标准图集《预应力混凝土管桩》（03SG409)规定的适用范围——为非抗震地区和抗震设防烈度为6、7度地区，若将PHC管桩使用于抗震烈度为8度的地区则需另行验算。规定的适用范围“为非抗震地区和抗震设防烈度小于等于8度地区的工业与民用建筑、构筑物等工程的低承台桩基础，抗震设防烈度为8度且建筑场地类别是Ⅲ、Ⅳ类时慎用”，至于如何进行“另行验算”标准图集和相应的规程规范并没有给出相应的说明。

预应力混凝土管桩在静力条件下的承载能力、受力性状，研究得已经比较成熟，形成了独立的理论体系，但预应力混凝土管桩在地震荷载作用下的动力特性研究还比较少，在预应力混凝土管桩抗震设计时大多数情况下仍需要依靠经验。而近些年地震灾害越来越频繁的出现，这就更迫切的要求我们了解地震作用下的预应力混凝土管桩的反应特性，因此研究预应力混凝土管桩的抗震性能无论对于设计施工还是安全保障都具有重大的意义。

课题组经过 6 年的研究，针对地震烈度、土层特性等因素影响预应力混凝土管桩抗震性能的技术难题，展开结构性能试验、振动台试验、现场试验、理论分析及仿真模拟硏究，在桩身弯矩变化规律、桩土变形机理、压弯破坏特性、抗震风险评定等方面取得了突破。发表研究论文9篇（其中EI检索6篇），主持并编制了河北省工程建设标准《预应力混凝土管桩基础技术规程》（DB13（J）/T105-2010），出版研究专著一部，完成硕士论文4 篇，博士论文1篇，取得了较大的社会效益，产生较大的影响。

开裂展开图及试验照片(剪坏)

成果针对预应力混凝土管桩的破坏形态进行了足尺寸抗弯和抗剪承载力试验，为预应力混凝土管桩受水平力荷载下的基础设计提供了依据，并为其抗震验算提供了参考。

对预应力混凝土管桩单及多桩基础进行了振动台试验，首次确定了预应力混凝土管桩桩身弯矩最大值的产生位置约为距离桩顶 5～6 倍的桩径，该截面应该加强配筋或作出相应抗震设防措施的结论。在振动台试验的基础上，通过有限元软件建立了预应力混凝土管桩时程分析的数值模型，运用计算机模拟技术对振动台试验结果进行了补充与完善，进行验证了预应力混凝土管桩抗震性能的结论。

开裂展开图及试验照片(弯坏)

基于振动台试验结果利用加权余量法，揭示了预应力混凝土管桩在振动过程中的弱化规律。根据144根预应力管桩基础竖向承载力的试计比统计分析，首次校和了总体安全系数值，确定了可靠指标值，得出了设计选用的承载力桩身强度发挥不足50%的结论。

研究成果为桩基础的抗震设计、施工提供了科学依据，对减少工程质量事故、保证主体结构安全，节约工程投资和缩短建设工期具有重要意义，具有良好的经济效益和社会效益，推广应用前景十分广阔。

振动台模型箱安装

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