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黄土地区桥台尺寸效应和地基沉降对U型桥台力学性能的影响研究
| 论文题名： | 黄土地区桥台尺寸效应和地基沉降对U型桥台力学性能的影响研究 |
| 关键词： | U型桥台;地基沉降;尺寸效应;力学性能 |
| 摘要： | 本文依托甘肃省重大黄土科研专项的子课题《湿陷性黄土地区桥梁养护维修技术研究》，以研究黄土地区重力式U型桥台开裂机理为主要线索，研究过程中结合甘肃省黄土地区特殊的地质地貌，主要考虑了影响桥台力学性能的两方面因素，一是黄土地基非均匀沉降，二是黄土地区特有塬、峁、梁地形造就的高大宽桥台的尺寸效应，旨在弄清其对U型桥台力学性能的影响，同时有针对性地提出相应的处理措施。系统深入地研究桥台尺寸效应和地基沉降对重力式U型桥台力学性能的影响，具有十分重大的理论意义和工程使用价值。本文在总结前人研究成果的基础上，通过分析、总结、ANSYS数值模拟、利用可视化软件进行数据处理等方法进行了的研究。 首先，分析了甘肃省黄土地区受调查U型桥台的病害资料，确定了其主要病害形式为台身开裂，并从设计、施工、使用、地基及环境等方面分析了其产生的原因。其次，阐述了重力式U型桥台的构造及计算理论，并结合主要病害形式和具体工程实践，提出了当前桥台计算中所存在的问题，如台后填土的材料非线性问题，以及台背与填土接触的状态非线性问题等。然后，利用ANSYS建立三维实体有限元模型，分别模拟尺寸效应和地基沉降对U台力学性能的影响，选用DP模型作为台后填土的弹塑性本构模型，设置面-面接触单元来模拟台背与土体间的相互作用。在研究U台尺寸效应对其力学性能影响时，设置了三个工况来模拟桥台在不同阶段的受力状况，分别分析了不同高度、宽度及侧墙长度变化时桥台应力和位移的变化规律。在研究地基不均匀沉降对桥台力学性能影响时，分为基础倾斜和脱空两种情形进行数值模拟。 最后研究结果表明:在三种工况作用下，前墙与侧墙交接处为U型桥台的薄弱位置，该位置高度约2/3H处的拉应力最大，且随桥台尺寸的增大呈现线性增大的趋势;通过比较不同工况下的应力和位移可知，台后土压力是导致开裂、变形的主要因素;桥台在荷载作用下，前墙上缘中部向前倾斜，两侧墙尾翼部位上侧向外张开，二者交接处最先产生裂缝。地基不均匀沉降通常会引起桥台基础发生倾斜或局部脱空，导致其受力状态发生了改变，使桥台中产生了附加应力，当附加应力与设计荷载作用下的应力之和超过台身材料的强度极限值时，就会产生开裂病害。在总结本文研究成果的基础上，针对黄土地区重力式U型桥台开裂病害，为防止或减少病害，并有效地改善其受力状态，从黄土地基湿陷性消除和桥台台身加固两个方面提出了相应的处理措施。 |
| 作者： | 吴文杰 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 王根会 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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