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原文传递三角形布桩下桩承式加筋路堤荷载传递效率研究

论文题名：	三角形布桩下桩承式加筋路堤荷载传递效率研究
关键词：	桩承式加筋路堤;同心圆土拱;最大垂度;转换系数;荷载传递
摘要：	桩承式加筋路堤因其经济高效的优点已在高速公路和铁路工程建设中得到了广泛的关注。在桩承式加筋路堤中，土拱效应和张拉膜效应是主要的荷载传递机制，许多学者针对以上两种荷载传递机制已经展开了大量的研究，但还有很多需要进行完善的地方。比如，现有许多的土拱效应计算方法都是基于正方形布桩形式的场地设计的，能应用于三角形布桩场地下的土拱效应计算方法还很少，且计算结果与实测也有较大的偏差；大多数张拉膜效应计算方法都是在二维平面内设计的，不能反应三维真实的情况，并且在计算张拉膜效应的时候预测相邻桩间加筋体最大垂度的方法也很少。因此本文对三角形布桩条件下的荷载传递效率计算方法进行研究，同时对三维相邻桩间加筋体最大垂度值的预测方法进行研究。主要研究内容包括: 　　（1）基于VanEekelen同心圆土拱理论，对三角形布桩下桩承式加筋路堤土拱效应进行研究。引入等效桩帽的概念，将其他复杂形状的桩帽以面积等效的方法等效为圆形桩帽进行分析。假设土拱是由三桩之间形成的同心半球土拱（3D）以及相邻桩间形成的同心半圆土拱（2D）组成。分别对3D和2D土拱顶部微单元进行竖向应力平衡分析，依次分析作用在三桩内接三角形范围内的荷载、相邻桩间加筋条带上方以及桩帽上方的荷载，引入待定系数а满足整体竖向平衡条件，由此分析土拱效应传递到桩帽上的荷载。假设加筋体变形为抛物线形式、加筋体固定在桩帽边缘，将桩帽边缘分为六个拉膜区域以此对加筋体进行平衡分析，以此推导张拉膜效应传递到桩帽上方的荷载。结合土拱效应和张拉膜效应推导出三角形布桩下桩承式加筋路堤荷载传递效率计算公式，并与工程实测数据和其他计算方法进行对比分析。　　（2）基于ABAQUS有限元软件建立单桩处理范围内的单元模型（3D模型）对桩承式加筋路堤进行模拟。验证模型合理性的基础上分析三维情况下的布桩方式、桩帽大小和形状、地基土反力系数、垫层的有无等影响因素对相邻桩间土工合成材料桩间加筋体最大垂度之的影响。以相同条件建立二维（2D）有限元数值模型，分析相同的影响因素对二维相邻桩间加筋体的最大垂度的影响，并与三维情况做对比分析。结合2D和3D模型数据推导出2D-3D相邻桩间加筋体最大垂度转换系数半经验公式。基于现有的二维土拱理论，提出一个简化的二维桩承式加筋路堤相邻桩间加筋体最大垂度的计算方法。根据二维相邻桩间加筋体最大垂度的计算方法以及转换系数公式分析推导出三维的相邻桩间加筋体最大垂度计算公式。以此提出一种相邻桩间加筋体最大垂度的预测方法。最后选用四个相关的工程实测数据来验证相邻桩间最大垂度计算公式的合理性。
作者：	宫跃航
专业：	土木工程(岩土工程)
导师：	李明宝
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北林业大学
学位年度：	2022