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斜坡段桥梁基桩三向承载模型试验及数值模拟研究
| 论文题名： | 斜坡段桥梁基桩三向承载模型试验及数值模拟研究 |
| 关键词： | 桥梁基桩;高陡斜坡;极限承载力;数值模拟 |
| 摘要： | 随着我国“一带一路”及“西部大开发”等战略方针的实施与推进，越来越多的桥梁、输电线塔以及高层建筑等不断建设。受工程地质条件和环境保护等方面的限制，某些基桩不得不建在高陡斜坡上。与常规的平坡桩相比，斜坡段桥梁基桩将受三向空间组合荷载的作用，导致其承载特性及破坏模式更为复杂。然而，现有的基于单一平面内组合荷载作用的桩基设计计算理论难以准确反映斜坡段桥梁基桩的实际受力状况，并可能造成基桩设计失误，带来安全隐患。因此，研究三向空间组合荷载作用下斜坡段桥梁基桩的受力与变形特性及破坏模式具有较大的工程意义。本文主要采用模型试验与数值模拟相结合的方法，开展斜坡段桥梁基桩三向承载机理研究，取得如下主要成果: (1)以某实际工程桩为原型，根据相似理论，设计并完成了不同坡度和水平荷载作用角度下水平受荷斜坡基桩室内模型试验，测得了桩顶荷载位移曲线及桩身弯矩分布。结果分析表明:桩顶水平位移随坡度增加呈非线性增大，随水平荷载作用角度增加而呈线性减小，桩身最大弯矩位于泥面以下3～5倍桩径范围内，坡度越大桩身最大弯矩位置越深。数值模拟得出桩顶位移和桩身弯矩分布规律与室内模型试验结果基本吻合，内力与位移计算误差均控制在20％以内，说明本文所述有限元能够准确模拟斜坡段基桩水平承载特性及桩土相互作用的可行性。 (2)通过数值模拟研究了斜坡坡度、水平荷载作用角度、桩径、长径比及砂土重度等对斜坡段桥梁基桩的承载特性及桩土相互作用机理的影响。计算结果表明:斜坡坡度和桩径对桩身受力与变形影响最为明显，水平荷载作用角度影响相对较小，而长径比和土体重度的影响基本可以忽略。桩身最大弯矩和最大极限土抗力位置均随斜坡坡度和水平荷载作用角的增加而下移，均出现在泥面以下2～5倍桩径处，而桩径、长径比及砂土重度对桩身最大弯矩和桩侧土抗力的影响可以忽略。 (3)以某实际工程为例，根据固定位移比加载方法，建立了空间组合荷载作用下斜坡段桥梁基桩极限承载力破坏模型。结果表明，空间组合荷载下斜坡段桥梁基桩的包络线变化规律与传统平地桩有所不同。桩径、斜坡坡度及水平荷载作用角等影响因素对二维荷载空间中极限承载力包络线的整体变化趋势影响不大，但随桩径和水平荷载作用角的增大，基桩包络线大体呈向外扩张趋势，而随斜坡坡度的增大包络线呈向内收缩趋势。 上述结论可以为斜坡段桥梁基桩设计与施工提供指导。 |
| 作者： | 贾文文 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 周德泉;尹平保;彭柏兴 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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