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局部冲刷影响下水中沉井基础的承载性能研究
| 论文题名： | 局部冲刷影响下水中沉井基础的承载性能研究 |
| 关键词： | 悬索桥;沉井基础;承载性能;分层总和法;超载安全度 |
| 摘要： | 泰州长江公路大桥为三塔两跨悬索桥，中塔基础是多跨悬索桥的重要结构部分，在深厚覆盖层地区，中塔基础在竖向荷载作用下，地基变形较大。针对泰州大桥中塔沉井基础具有水位深、覆盖层厚、易冲刷以及船碰力大等特点，本文采用理论分析和数值计算相结合的研究方法，探讨局部冲刷影响下泰州大桥中塔水中沉井基础的承载性能，为评价水中沉井基础的承载能力提供参考。主要研究内容和结果有: (1)基于大尺寸沉井基础沉降计算的分层总和法，为精确求得地基附加应力，以半空间体内部受集中力的Mindlin解为基本解，推导了矩形截面基底受均布荷载作用下地基附加应力的解析解;当基底受非均布荷载时，将荷载作用区域细分为若干子区域，探讨了一种求解地基附加应力的半解析方法。最终用分层总和法求得沉井基础沉降位移为5.18cm。 (2)利用FLAC3D软件进行数值分析，土体采用Morh-Coulomb弹塑性计算模型，分别针对泰州大桥中塔沉井基础仅考虑竖向设计荷载作用和计入水平船碰力作用的两种情况，进行三维数值模拟计算。基于沉井基础的位移、基底土应力以及地基的塑性区分布规律，研究了船碰力对水中沉井基础承载性能的影响。并将数值模拟计算结果(仅考虑竖向设计荷载作用沉降为4.5cm，当同时计入水平船碰力作用时沉降为6.0cm)与现场实测的基础沉降位移(5.1 cm～6.7cm)进行对比，验证了数值模拟的结果。 (3)基于由模型试验得到的20年一遇和300年一遇的洪水冲刷坑形态，建立了FLAC3D数值计算模型。将冲刷土体过程看作开挖土体的过程进行模拟计算，给出在冲刷边界面上由于土体初始应力释放引起增量形式的等效结点荷载。通过数值计算的方法得到20年一遇的冲刷下基础的沉降位移为6.14cm，300年一遇的冲刷下基础沉降位移为5.74cm，探讨了局部冲刷对水中沉井基础承载性能的影响。 (4)以泰州大桥中塔沉井基础为研究对象，分别针对不考虑冲刷和考虑冲刷两种情况，采用超载的方式，基于数值模拟的结果，结合中塔沉井基础的变形控制要求，研究中塔沉井基础的变形随竖向荷载超载系数的变化情况，最终得到不考虑冲刷作用时沉井基础的超载安全度为2.56，考虑20年一遇的洪水冲刷下沉井基础的超载安全度为2.10，考虑300年一遇的洪水冲刷下沉井基础的超载安全度为2.04，进而探讨了局部冲刷对水中沉井基础超载安全度的影响。 |
| 作者： | 邵帅 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 葛玉梅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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