裂缝对寒冷地区水面光伏支架PHC管桩力学性能影响

贾约明，孔祥逸，钱 赟，于东玮,3，操太春,3，吴 琳，张大勇*

(1.国家电投集团能源科技工程有限公司，上海 201100； 2.大连理工大学 海洋科学与技术学院，辽宁 盘锦 124221；3.大连理工大学 运载工程与力学学部，辽宁 大连 116023)

0 引 言

预应力高强度混凝土(Prestressed High-Strength Concrete，PHC)管桩作为建筑基础的重要结构，已广泛应用于楼房、光伏发电站、公路、港口码头等领域[1]。我国在PHC管桩的制作流程、施工工艺、承载能力和耐腐蚀性方面都作出较详细的规定[2-5]。此外，PHC管桩应用至今，有关PHC管桩的损伤问题也有较多研究：吴锋等[6]试验发现管桩在开裂后仍具备一定的承载能力；刘华等[7]采用有限元方法建立混凝土本构方程，将混凝土的损伤开裂过程分为各向同性阶段、损伤阶段、开裂阶段和破坏阶段；刘向征[8]采用子域边界元法针对二维双材料裂缝扩展问题提供断裂参数。然而，关于管桩在冷湿环境下冻胀开裂的问题，业内鲜有关注和研究[9]。

针对寒区水面光伏支架PHC管桩冻胀导致的纵向开裂问题：采用Abaqus中的扩展有限元法探究管桩在桩内土体冻胀力作用下的开裂形态；基于混凝土塑性损伤模型中的损伤因子，以弹性模量为指标分析管桩在纵向开裂后的力学性能退化情况；以东北地区某水库光伏支架为对象，分析其在极端风载荷作用下的承载能力。

1 桩内土体冻胀力作用下管桩开裂状态

采用Abaqus整体式建模方法对PHC300-A(70)管桩进行建模，并且由于后期需要考察其力学性能下降情况和模拟风载荷作用下管桩受力情况，选取塑性损伤模型作为PHC管桩模拟计算的混凝土本构模型[10-11]，其中塑性损伤模型的有关参数如表1所示。……