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原文传递陡坡段桩柱式桥梁桩基设计计算方法及试验研究

论文题名：	陡坡段桩柱式桥梁桩基设计计算方法及试验研究
关键词：	桩基础;陡坡段;承载机理;临界荷载;非线性拟合;桩柱式桥梁
摘要：	随着西部大开发的进一步推进，山区高速公路与铁路发展迅速，当其穿越山岭地带时，为保护现有的生态人文环境，应避免对山体大切大挖，从而在某些特殊路段不得不沿陡坡采用全高架桥或半路半桥的结构形式。桩柱式桥梁桩基是我国西部山区桥梁建设中广泛采用的一种基础形式，但相应的桩基设计与施工尚缺乏规范或经验指导。因此，对陡坡段桩柱式桥梁桩基承载机理、受力与变形计算以及稳定性分析等问题展开深入系统的研究为当前我国山区桥梁建设过程中急需解决的关键问题之一。为此，本文结合国家自然科学基金、交通部西部交通建设科技项目“高陡横坡条件下桩柱式桥梁设计与施工技术研究”以及湖南省研究生科研创新项目“高陡边坡上桥梁双桩结构设计计算方法研究”，针对陡坡段桩柱式桥梁桩基承载机理、受力与变形计算以及稳定分析等问题，从解析方法和模型试验两方面展开深入研究，提出一套完整的陡坡段桩柱式桥梁桩基设计计算方法。　　本文首先综合分析了竖向荷载、横向荷载、轴横向荷载以及组合荷载作用下陡坡段桩柱式桥梁桩基的承载机理。进而基于极限平衡理论对边坡稳定性进行分析，获得了坡体剩余下滑力的计算公式;在对基桩微元进行受力分析后，建立了基桩各特征桩段的挠曲变形微分方程，并利用幂级数法求解获得陡坡段桩柱式桥梁基桩内力与位移分析的半解析解。在此基础上进一步开展了影响因素分析，发现:桩顶水平荷载增加时，基桩内力与位移呈线性增长，水平荷载对基桩上段部分影响较大;地基抗力折减越大，基桩的内力和位移增幅越大，桩身最大弯矩由上往下转移;合理选择桩径有利于改善基桩的内力与位移。　　其次，基于能量法建立了考虑“陡坡效应”陡坡段桩柱式桥梁基桩屈曲稳定性分析计算模型以及相应的桩-坡体系总势能方程，并借助能量法联立边界条件求解获得了陡坡段桩柱式桥梁基桩屈曲临界荷载及稳定计算桩长计算公式，并通过室内模型试验验证了计算方法的可靠性。进而结合工程实例系统地探讨了墩柱高度、桩柱弹性模量以及边坡坡度对基桩屈曲稳定的影响。　　再次，通过对陡坡段桩柱式桥梁双桩基础的结构特点及承载特性进行了详细分析，建立了考虑桩-坡-桩相互作用的陡坡段桩柱式桥梁双桩基础简化计算模型，导得了各特征桩段挠曲变形微分方程式，并利用幂级数法求解获得了陡坡段桩柱式桥梁双桩基础受力与变形分析的半解析解。进而深入分析了前后桩桩间距、坡体剩余下滑力合力以及地基抗力比例系数m对陡坡段桩柱式桥梁双桩基础桩身内力及位移的影响，提出了陡坡段桩柱式桥梁桩基设计计算方法及其详细的设计计算流程。　　最后，基于相似理论，设计并完成了陡坡段桩柱式桥梁双桩基础室内模型试验。重点研究了墩柱高度及边坡坡度对陡坡段桩柱式桥梁双桩基础承载机理、破坏模式以及内力与变形的影响，并通过试验实测资料验证了理论计算方法的可靠性和合理性。
作者：	尹平保
专业：	岩土工程
导师：	赵明华
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文