摘要
在对混凝土灌注桩进行桩顶浇灌时，需通过超量灌浆的方式排出桩顶泥浆，确保桩顶质量不会受泥浆影响，超灌桩头在后续施工环节由人工或机械破除，难以保证桩头质量，容易影响施工进度。新型软切破桩头施工法，基于水射流原理对初凝前超灌桩头混凝土进行柔性破除，能够避免传统破桩头技术缺陷，但使用该技术对桩头混凝土强度的影响还需科学验证。其中，桩头混凝土的蠕变特性和蠕变时的力学性能演化，对建筑结构的使用性安全具有重要的影响。本文通过对软切桩头混凝土不同成型环境下芯样的试验对比，探究了其在不同荷载下的蠕变发展趋势，并在此基础上构建出一种新的非线性蠕变损伤本构模型，对软切桩头混凝土的蠕变特性进行系统性的研究。论文主要的研究内容和成果如下： (1)比较了现场取样的软切桩头混凝破桩头混凝土与实验室养护混凝土，在模拟桩头服役条件下，三轴压缩试验中的力学性能。对试验试件偏应力-应变曲线中，不同轴应力下混凝土内损伤演化发展趋势进行讨论。通过不同围压的下的三轴压缩试验，探讨了围压对混凝土抗压强度的影响。对比各组混凝土的极限抗压强度与弹性模型等参数大小及其离散性，说明了软切破桩头方法的可行性。 (2)以三轴压缩试验中各组试件平均抗压强度为基础设计了分级加载蠕变试验，第一级荷载为平均抗压强度的60%，荷载梯级为平均抗压强度的10%。通过各级荷载下的蠕变试验得到其蠕变速率曲线和瞬时应变曲线等，分析了各级荷载下各组混凝土的蠕变演化规律。其中，桩顶标高下混凝土与实验室养护混凝土的蠕变演化趋势及相应时刻的累积蠕变量接近。 (3)从流变力学经典蠕变本构方程出发，同时引入基于分数阶微分方程和损伤力学的非线性黏性元件，针对混凝土蠕变曲线特征，分阶段构造蠕变方程，以叠加原理将其组合起来，得到能够描述其蠕变全过程的非线性的一维本构模型。根据弹塑性力学的定义，将一维蠕变模型推广到三维的形式。 (4)将本研究的试验数据与模型发展趋势对比，说明该模型能够较好的反映软切桩头混凝土的蠕变发展趋势。在此基础上，以其他研究数据验证了模型的普遍适用性。基于对应段本构方程构造特征和以蠕变试验数据对模型中的参数进行了识别，比较各级荷载下的蠕变数据和模型曲线，证明该模型对三轴应力状态下的混凝土全过程蠕变特征能够有良好的反映，可以为混凝土的质量鉴定和安全评估提供参考。
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