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第一章：介绍
桩主要用于侧向和竖向荷载作用下的支护结构。桩的竖向承载力主要取决于场地条件，土质性质，桩身材料特性，桩身尺寸和桩身安装方法。桩的类型可按照其安装方法分为俩类。第一类是由打入桩组成的桩，可以用来置换和扰动土壤；第二类是由没有位移的桩组成。钢，预制混凝土，土材料和纤维强聚合物属于第一类。在第二类中，通过钻孔除去土壤，在钻孔中浇筑混凝土形成桩。
分析方法和若干设计规范可以用来评价桩的轴向承载力，端承力和侧桩摩阻力基于桩测量的动态方法可用于预测桩的轴向静能力和评估桩的安装性能和耐久性。然而，在进行动态测试之前，必须确定几种材料特性和数据，包括桩长，截面积，比重，波速和弹性模量。预测负荷设定响应和桩的极限稳定状态的动态方法的评估必须组合动态方法分析结果与静载试验数据。考虑到纤维增强复合桩的工程应用，要评估这些桩在轴向荷载下的行为，必须进行上述工程测试过程并开发可靠的评估纤维增强聚合物复合桩的短-长性状的设计方法。
- 一个名为哈德逊河公园的滨水修复工程开始了。一个目标是为轻质结构更换多达100000承载桩。钢筋的锈蚀，混凝土的劣化，和木材堆的脆弱性的海洋环境导致开发商考虑降解性高的复合材料，如纤维，以替代桩由木材，混凝土或钢。
同时，1998。联邦公路管理局（FHWA），为了在聚合物基础设施的应用方面的长期利益，发起了对玻璃钢的使用研究项目。
目前这项研究的主要目的是满足公路和相关设施下部结构的FRP复合承重桩，取代传统材料，如木材、混凝土或钢，特别是在恶劣的海洋环境中建造滨水结构的需要。由于传统材料在恶劣环境中的降解速度快（图1和2），玻璃钢的工程应用可能会取代传统的桩材料。此外因为典型的化学治疗的毒性性质，木桩化学治疗变得更加困难。国家交通部（DO1）面临的主要康复项目也开始对评价采用FRP复合承载桩基础设施应用的可行性有兴趣。玻璃钢复合桩竖向承载力的可行性分析像承载桩，室内试验，和全尺寸性能，包括玻璃钢桩的动，静荷载试验。
实践现状
对桩的工程性能的研究主要集中在横向荷载作用下的桩身性能。总之，目前对FRP桩的研究和应用已经取得了进展：
- 玻璃桩的受力性能
- 玻璃钢桩工程性能的现场观测与实验示范工程
玻璃钢桩的受力性能
迄今为止进行的研究主要是对FRP桩材料的力学性能、抗弯性能和抗弯承载力进行实验室测试。
对塑料桩进行的室内试验，确定了横向抗弯刚度。测试桩有38 7厘米（cm）-（15.25英寸直径，钢筋包括16个25.4-mm直径钢筋连接螺旋。两个桩端的两个支架之间的自由跨度为5.8米（m）（19英尺（t））。在试验期间，在自由跨度中间循环施加荷载。试验结果表明，负载超过222千牛（KN）（50磅）的桩引起了永久变形。在这些荷载作用下，钢筋开始屈服，导致再生塑料的滑移。极限承载能力为311千牛（70磅），此时桩进行了充分的塑性变形。此外，桩对这一负荷的反应承延性，回收塑料似乎没有在加载过程中开裂。
为了获得兰开斯特复合材料的屈曲载荷，进行了两个轴向的室内试验桩，桩样本的直径为25.4和30.5厘米（10和12英寸）和长度分别为9和11米（29.52和36.08英尺），两次分别循环加载到30.5厘米（12英寸）直径桩样本的最大值为2113 kN载荷（475磅）和2228千牛，后者荷载会引起样品失效。第三加载循环导致了桩样品在1841 kN（414磅）破坏。在25.4厘米（10英寸）直径的桩上，失效的最大载荷是1392千牛（313磅）。
在目前的研究中，结合选定的玻璃钢桩制造商的实际情况，说明了实验室和现场轴向载荷试验评估这些桩作为轴向承重桩的工程性能的必要性。
野外观测和试验示范工程
目前玻璃钢桩的工程应用表明，FRP复合桩主要被用于实验，对围护桩、滨水障碍，和轻型结构的支承桩（12-13）图3展示了美国海军兰开斯特复合材料公司制造的护舷桩。潜艇基地，圣地亚哥，CA。5000号码头，位于洛马在隐形刺客南部，是作为攻击潜艇的大本营的四个主要码头之一。
图4显示了PPI在美国圣地亚哥州海军码头10号CA制造的挡泥板桩。这个码头停泊美国海军船只。
图5显示了在新奥尔良港的纳什维尔大道海运码头，LA。该终端包含40个6厘米（16英寸）seapile桩和30.5厘米到30 5厘米（12到12英寸的seatimber护舷系统于1996由海国际制造。
图6显示了一个浮动码头工程，这些桩的直径为30.5厘米（12英寸）,7米（45英尺）长。
当前的实践说明机械实验室测试结果可以帮助评估在轴向载荷下的FRP复合材料工程行为的缺失，以及根据结果与实验测试结果比较动力。玻璃钢复合桩作为承载桩的工程应用，提出了以下研究与开发（Ramp;D）需要。
研究和发展需要
应用FRP承重桩需要评估其现场性能，以及开发和评估可靠的测试程序和设计方法，以评估：
驾驶性能和质量控制；
桩基安装和制造过程中的质量控制；
沉降响应和轴向承载力；
土桩相互作用和沿已装桩的荷载传递；
短期材料复核性能；
桩的长期性能受蠕变和时间效应影响；
物理，机械和化学材料降解机理；
为了解决这些研究和发展的需要，并评估FRP复合桩作为垂直承重桩的可行性，在新泽西伊丽莎白港的新泽西港口，纽约港务局和中国港务局在一个场地上进行了一个全面的试验，包括对玻璃钢桩的动载和静载试验。图7显示了伊丽莎白演示站点的端口。足尺试验与合作的公司和NJ工程部和纽约州运输部的支持下进行的（NYSDOT）。
示范项目的范围包括：
玻璃钢复合桩的制作与监测；
田间和实验室土壤调查；
轴向压缩荷载下全循环塑料及复合材料试件的室内试验；
NJ伊丽莎白港11号玻璃钢桩及基准钢桩的行车与监测；
在NJ伊丽莎白港口的四个完整体系；
为了为这一示范项目挑选桩，一组专家准备了一项资格要求，并向复合桩制造商发出请求；这些制造商被邀请提交他们的资格和产品供审议。资格要求的项目有：联系信息、打桩系统，一般描述材料特性、动力性、耐久性、蠕变、质量保证/质量控制经验，现场记录和标本。选定的FRP复合材料桩由再生塑料玻璃纤维筋（seapile海洋复合桩），钢筋再生塑料，再生塑料玻璃纤维随机分布（型）和塑料外壳制造混凝土组成，且分别产自海国际公司，PPL，美国ecoboard，美国塑料木材USPL）和兰卡斯特复合材料有限公司。图8显示了桩制造商的位置。
制造厂进行桩基检测后，包括在桩的不同位置安装应变计。生产商把这些桩送到现场，并在厂家的全力支持和配合下进行了桩的安装。所有的制造商也参加了。这项研究报告总结了这个全面的实验和伴随测试的结果。
第2章提出了一种建立复合材料等效力学性能的工程分析方法，包括初始加载的弹性模量、轴压强度、转动惯量和临界屈曲载荷。在这项研究中使用的复合材料是由回收的塑料玻璃纤维筋（seapile海洋复合桩），钢筋再生塑料，再生塑料的增强与随机分布的纤维（型）组成，由国际公司，PPI和USPL制造。
第3章介绍了网架结构随着专为FRP应变测量的仪器方案变化的结果。将试验结果与现行设计规范和常用的评估桩端极限承载力、桩端摩阻力和桩侧摩阻力的方法进行了比较。该工程分析为玻璃钢桩的设计提供了初步的建议。
第四章使用案例桩波分析程序分析（CAPWAP）和GRL打桩分析仪（PDA）以及桩身完整性检测仪（坑）测试结果方程分析桩的程序（GRL WEP）2）E建立玻璃钢桩的动力特性。并用PDA对标准打桩机安装玻璃钢桩的可行性进行了评价。采用CAPWAP计算桩是由PDA测量动态数据程序评估桩的承载能力。
第二章：玻璃钢复合材料在轴向压缩荷载下的力学短期行为
在广泛应用的基础上，FRP桩的工程应用需要建立和评估材料特性，建立可靠的测试程序和数据分析方法，以建立FRP复合桩。这些测试可以用来确定这些桩是否为深基础施工提供了一种选择，特别是在滨水环境和侵蚀性土壤5220），以解决这些工程问题，并评估这些材料在轴向压缩载荷下的力学行为。玻璃钢复合材料试件在实验室进行了试验。在这项研究中使用的复合材料是由回收的塑料玻璃纤维筋（seapile海洋复合桩），钢筋再生塑料，再生塑料的增强型玻璃纤维（含随机分布）组成。
SEAPILE FRP复合材料
本章进行了压缩试验，讨论实验室足尺玻璃钢复合材料样品的结果。在这项研究中使用的复合材料由再生塑料发挥玻璃钢筋强迫（seapile复合海洋plles）制造。试验材料是复合材料试样与其各部件的材料，包括玻璃纤维杆和再生塑料。
作者提出了建立复合材料的等效力学/特性的工程分析方法，包括线性相位初始加载的弹性模量、抗压强度。惯性矩和临界屈曲载荷。等效的复合材料的机械性能与组件材料的力学性能有关，假设塑性加载中纤维钢筋应变之间的相容性，这种分析的结果表明，在复合材料的反应性是提高测试seaplle样品的回收塑料在TL屈曲性能的主要影响，再生塑料是防止钢筋屈曲而不能有效地防止玻璃棒周围解体；因此，它只有一个有限贡献，就是复合材料的轴向压缩强度。
玻璃钢复合材料及构件材料的力学性能
海洋复合桩由挤压再生塑料材料seapile玻璃纤维筋（图9）和玻璃纤维筋拉挤成型工艺制造，采用玻璃纤维和聚酯树脂。再生塑料是由主要的高、中、低密度聚乙烯（HDPE、MDPE、和LDPE）组成。它也含有少量的聚丙烯制成的后消费废物（E）、吹塑瓶、塑料桶，塑料袋、电视电缆护套和工业废料（E）。废料管、电话线、薄膜汽车地毯。复合桩材料由内芯组成，核心和泡沫是由循环塑料制成，而且皮肤是由固体聚乙烯和色素、紫外线吸收剂和抗氧化剂复合而成的。皮肤相对光滑，摩擦系数约为0.21（湿）和0.22（干），与美国材料试验协会（ASTM）根据测试和材料f489。
为了建立玻璃纤维棒的力学性能，进行了两次轴向压缩试验，采用的是4.4厘米-（1.75英寸直径棒材。最高负荷达到591.6千牛（133磅），在这一点上显示脆性破坏。图10显示了玻璃纤维棒的应力应变关系。玻璃纤维棒的杨氏模量为1.6times;10千帕（2, 320 ksi），和破坏时的最大应力为3.63x10 kPa（52.6 ksi）。图11显示了它的部分解体测试完成后。考虑到杆件的弹性性能，根据欧拉方程计算其无屈曲长度为22.5厘米（8.9英寸）。
图12显示了应变率为0.1 cm的再生塑料材料的应力-应变关系。每分钟04英寸（min）。33%分钟）和0.025厘米每英寸0.1英寸（083／分钟）
结果表明，这种再生塑料材料的轴向负荷的非线性响应的应变率相关。新的再生塑料得到的应力-应变曲线的线性部分的弹性模量为3times;10 kPa（千帕）（43.5 ksi）和1.93times;10 kPa 28 ksi），分别为0.33% min和0.083% min的应变率。图13显示了回收泡沫塑料的轴向应力和径向应变关系。
计算泊松比等于0.37和相应的剪切模量值为应力-应变曲线的线性部分109 489 kPa（15.9 ksi）。
建立复合材料的性能，一个轴向压缩试验进行了一seapile桩样品40.6厘米（6英寸）直径和8i厘米（32英寸）长。样品包含直径为7.6厘米（1.75英寸）的16个玻璃纤维增强棒。因为TOS Y端样品不平整，石膏浆液放桩上苏和加载钢板之间。三基康振弦式应变计被安装在桩截面的玻璃纤维钢筋。另外四个应变计被粘在外面的皮肤上。在最初的座椅载荷作用下，每分钟额定加载速率为0.25毫米0.01英寸。
图14显示了FRP复合材料在轴向压缩试验中的力应变关系。达到的最大负荷为9661千牛（2172磅），此时样品经历了脆性破坏。新的复合材料的弹性模量为3.38times;10kpa（490.23 ksi）。图15显示了故障后的全尺寸样本段。说明没有经历任何屈曲时加载，只有样品的上部被损坏。
复合桩试件轴压试验的工程分析
弹性模量和抗压强度
工程分析的主要目的是建立复合材料的等效力学性能模型，包括初始加载阶段的弹性模量、轴向压缩强度、惯性矩和临界屈曲载荷。复合材料的等效材料性能与构件材料的力学性能有关，假设塑性与纤维增强材料在轴向压缩载荷下的应变协调性。在分析中使用了以下假设。
对于复合材料截面，在施加载荷f下的平衡方程可以是文字如图6
如图19所示，复合材料的等效杨氏模量与置换系数、相对刚度系数b和玻璃纤维棒的杨氏模量的函数有关方程4产生的等效杨氏模量值是3.05 x 10kpa（442。36 ksi），此计算E之间的差异，得到的复合样品ee-3实验结果值0.38times;10 kPa（490.23 ksi）小于实验值10%。
假设FRP复合材料为各向同性弹性材料，可以根据弹性理论计算复合材料的等效剪切模量、等效模量。这个假设不考虑纤维加固的优惠部分诱导复合材料的各向异性。因此，等效剪切模量G可以用图20中的方程来计算。
在图2i产生等效抗压强度R＝7的方程值4 x 10kpa（10.73 ksi）：是价值和计算得到的复合材料样品的实验结果之间的差异，是实验值的8.8%。
分析对复合材料性能的再生塑料的影响可以考虑失效负载因子（FLF），其定义为复合材料的失效负载Fe的破坏荷载NFB的比值，FLF可以用图中的公式计算。
图14说明了16杆组和复合材料的轴向载荷和轴向应变之间的实验关
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