详情

原文传递埋地管涵-土相互作用及管涵结构横纵向受力特性研究

论文题名：	埋地管涵-土相互作用及管涵结构横纵向受力特性研究
关键词：	埋地管涵;管土相互作用;装配式;土压力;多层结构软土模型;Pasternak地基模型;不均匀沉降
摘要：	随着我国公路交通事业的快速发展,横穿高速公路的埋地管涵数量日益增多,新的管涵结构型式也不断涌现,预制装配式马蹄形埋地管涵就是其中具有代表性的一种。预制装配式管涵由于其受力合理、标准化设计、工厂化预制、装配化拼装,施工便捷、经济效益明显等优点,装配式埋地管涵结构型式必将得到广泛的应用和推广.国内对预制装配式管涵的研究和应用相对起步较晚,目前还没有针对装配式管涵设计和施工相对成熟的分析方法和设计理论。　　基于上述背景,本文针对埋地管.土相互作用及管涵结构横纵向受力特性进行研究.首先,开展了大型原比尺的管.土物理模型试验,跟踪监测了填土荷载和外荷载作用下的管.土响应。试验结果表明:管涵顶部中心和其两侧土层的压缩性不同,当管涵两侧土体由于压缩向下变形,即对管涵上方的土体产生向下拖曳力作用,此时管涵不仅要承担管顶以上土柱的自重,同时承担外土柱传递到内土柱上的剪切力作用,从而导致管顶中心点土压力集中.外荷载作用下,偏心加载对管涵结构受力更加不利。随着循环动荷载的增大,土体竖向累积变形随之增大;相同的竖向动荷载循环作用下,土体竖向累积变形随着振次的增加而增大,而当振次达到一定次数后,竖向累积变形趋于稳定. 　　基于试验现象和数据修正了马斯顿理论,提出了浅埋式埋地管涵土压力计算方法和计算公式,计算结果和试验结果对比表明本文的计算模型较好地反映了管涵的实际受力状态。采用数值分析方法研究了管涵土压力各影响因素对管涵土压力的影响规律,包括填土特性、地基土特性、管涵几何尺寸、管涵刚度、碾压荷载、埋设地形等因素。　　针对模型试验的管涵结构内力采用不同方法进行计算分析,就交通荷载下管涵的受力特性进行研究,计算表明混凝土标号对管涵各板的最大弯矩影响不明显,各板最大弯矩随着板厚的增大而增大,随着覆土厚度的增大而增大。正载下管顶土压力、偏载下管涵顶板最大土压力与设计车速均呈线性关系,两者随设计车速的增大而增大。然后对地震荷载下的多孔联拱管涵结构的受力特性进行了研究,表明地震荷载对涵孔之间连接柱的弯矩增量影响最大。　　作为埋地管涵纵向受力分析的基础,详细阐述多层结构软土模型以及土体各向异性和结构性在模型中的数值实现,采用动态链接库的编辑方式,在PLAXIS程序中成功实现了程序化计算,利用室内试验数据验证了模型的准确性,接着对典型结构软土的工程项目进行计算分析,计算表明采用多层结构软土模型能较好地模拟软土的结构性特征,准确预测软土在堆填荷载作用下的变形特性。　　基于Pasternak地基模型,建立了较为合理的考虑地基差异沉降的埋地管涵纵向力学理论模型,得到了沉陷区埋地管涵的挠曲线表达式,并对埋地管涵的纵向力学性状要素进行了分析,最后提出埋地管涵的安全性判别方法。　　最后将相关研究成果综合应用于六武高速公路的埋地管涵结构设计中。
作者：	申文明
专业：	岩土工程
导师：	唐晓武;边学成
授予学位：	博士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文