桩承式加筋体二维及三维变形与受力特性的比较研究

发布时间：2017-10-30 18:00

  本文关键词：桩承式加筋体二维及三维变形与受力特性的比较研究

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【摘要】：桩承式加筋路堤具有工后沉降小、稳定性高和施工时间短等优点,在国内外得到广泛应用,部分国家也有相应的设计规范。加筋体的载荷-变形是一个复杂的三维力学问题,但在目前的工程设计中,为便于计算,常将其简化为二维问题,计算结果可能偏于保守。有鉴于此,对桩承式加筋体建立一种真三维分析方法,研究其在三维条件下的变形和受力特性,并和二维情况进行比较,无疑具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以三维方形布桩形式下的加筋体为研究对象,通过最小势能原理推导出了加筋体的平衡偏微分方程组,并利用比拟方程法对其进行了简化,然后联合边界元法和可变多面体法对简化方程组进行求解,建立了一种桩承式加筋体的真三维分析方法。针对工程设计中常采用均布荷载及不考虑地基反力的情况,通过一个自编算例和一个工程实例验证了本文三维分析方法的合理性和可靠性,并重点研究了加筋体在三维条件下的变形和受力特性。最后,将真三维分析方法的计算结果与目前几种常用的二维方法计算结果进行了比较,分析了加筋体的受力与变形特性在两种情况下的异同点。本文取得的主要成果如下：1.在三维条件下,通过最小势能原理推导出了桩承式加筋体的平衡偏微分方程组。该方程组比较合理地考虑了加筋体的大变形特性,但具有高度非线性特点。2.通过比拟方程法将加筋体的三维平衡偏微分方程组简化为泊松方程组,然后联合边界元法及可变多面体法进行求解,由此建立了桩承式加筋体的真三维分析方法。该方法具有离散误差小和计算效率高等优点,其可靠性和合理性通过工程实例的计算结果得到了初步验证。3.在均布荷载和无地基反力情况下,二维及三维加筋体的变形与受力具有如下异同点：(1)就变形而言,两种情况下加筋体的竖向变形曲线均为抛物线,但三维情况下的竖向变形最大值约为二维情况的60%～80%；(2)就加筋体沿条带长度方向上的拉力而言,两种情况下的最大值均出现在桩帽边缘,最小值出现在条带中部；在三维情况下,加筋体拉力在整体上仅为二维情况的50%～80%,但在桩帽角点附近却比二维情况大10%～20%；(3)二维情况下得到的加筋体变形和拉力总体上偏于保守。4.在三维情况下,加筋体的变形和拉力分布特点为：(1)加筋体的竖向变形在空间呈下凹状,最大值出现在四桩中心点；(2)加筋体水平向两个拉力分量的分布在空间均呈“马鞍”形双曲抛物面,最大主拉力的分布呈下凹曲面；最小主拉力的较大值出现在桩帽边缘及中部区域,较小值出现在桩间条带区域中部；上述各种拉力均在桩帽角点处达到最大值,并在其附近发生突变,出现明显的应力集中现象；(3)桩间条带区域为主受力区,且沿条带长度方向为最大主拉力方向；(4)加筋体的变形随桩间距的增大或抗拉刚度的减小而明显增大；拉力亦随桩间距的增大而明显增大,但其对抗拉刚度的变化并不敏感。5.针对本文提出的桩承式加筋体三维分析方法,已编制了相应的Fortran计算程序。
【关键词】：桩承式加筋路堤 加筋体 加筋体变形 加筋体拉力
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U416.12
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题的研究意义13-14
• 1.2 桩承式加筋体国内外研究现状14-21
• 1.2.1 试验研究14-15
• 1.2.2 理论研究15-20
• 1.2.3 数值分析20-21
• 1.3 本文主要研究工作21-23
• 第二章 桩承式加筋体的真三维分析方法23-48
• 2.1 计算模型23-26
• 2.2 加筋体的平衡方程及边界条件26-28
• 2.2.1 平衡方程26-27
• 2.2.2 边界条件27-28
• 2.3 作用在加筋体上的荷载计算28-30
• 2.4 加筋体平衡方程的求解30-45
• 2.4.1 平衡方程的简化30-32
• 2.4.2 简化方程的求解32-45
• 2.5 加筋体的变形及拉力计算45-46
• 2.6 本章小结46-48
• 第三章 真三维分析方法的可靠性及合理性验证48-98
• 3.1 引言48
• 3.2 算例148-84
• 3.2.1 算例概况及计算方案48-51
• 3.2.2 计算结果及算例简析51-65
• 3.2.3 桩间距对加筋体变形和受力的影响分析65-75
• 3.2.4 抗拉刚度对加筋体变形和受力的影响分析75-84
• 3.3 算例2—与工程实测结果的比较84-96
• 3.3.1 算例概况及计算方案84-86
• 3.3.2 计算结果及对比分析86-96
• 3.4 本章小结96-98
• 第四章 加筋体二维及三维变形与受力特性比较98-131
• 4.1 引言98
• 4.2 加筋体二维分析方法98-106
• 4.2.1 常规二维分析方法简介98-104
• 4.2.2 二维分析方法比较104-105
• 4.2.3 二维和三维分析方法的计算原理比较105-106
• 4.3 二维及三维分析方法的对比计算106-130
• 4.3.1 对比计算方案106-108
• 4.3.2 对比计算结果108-128
• 4.3.3 加筋体二维和三维变形与受力特性的异同点128-130
• 4.4 本章小结130-131
• 结论与展望131-134
• 参考文献134-138
• 攻读学位期间发表的论文138-140
• 致谢140-141
• 附录A 加筋体的拉力—应变关系141-144
• 附录B 加筋体的非线性几何方程144-150
• 附录C 加筋体的三维平衡方程推导150-155
• 附录D 三维条件下作用在加筋体上的荷载计算155-167
• 附录E 系数矩阵元素计算167-181

【参考文献】

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本文编号：1118678