地表堆载对既有桥梁桩基受力特性的影响研究

发布时间：2020-05-20 23:57

【摘要】：近年来,随着中国铁路网的不断加密、扩大,越来越多的铁路线路需要穿过人类活动频繁的区域,并且存在公路和铁路相互交叉的线路,在铁路桥梁桩基附近难免会存在建筑物和堆土静载,以及车辆动荷载,这些荷载的存在会对桥梁桩基产生不利影响,造成桥梁桩基的下沉和倾斜,严重时,会影响上部线路的行车安全。所以开展地表堆载对既有桥梁桩基受力特性的影响研究具有重要的现实工程意义。本文依托郑徐(郑州-徐州)高速铁路一特大桥桥梁桩基侧向堆载工程,通过建立桩土相互作用有限元模型,对桩基在侧向堆载下的受力特性进行分析,主要研究内容及结果如下:(1)分析了国内外桩侧荷载的研究现状,提出了桩基础研究中存在的问题和难点。从理论上分析了桩基荷载传递机理、侧阻力和端阻力的机理,为模型的建立提供了支持。(2)采用ABAQUS有限元软件研究桩侧堆载对桩基承载特性的影响,研究结果显示:对于单桩,堆载降低了桩基承载力,桩前侧、后侧应力在桩顶附近差别明显,在桩深28米以下,桩前、后侧应力基本相等,桩前侧负摩阻力大于后侧,桩顶附近的桩和周围土体的沉降大于桩端。在地面上,桩周围土体的沉降量大于桩顶,随着埋深的增加,土体和桩的沉降趋于相同;对于群桩,荷载主要由角桩和边桩承担,中心桩承担的荷载最小,轴向力沿埋深减小速率:角桩边桩中心桩。平行堆载的每个桩的侧向摩阻力沿深度的分布是一致的。每个桩的竖向沉降基本相同,竖向沉降在桩顶部最大,沿深度逐渐减小。(3)采用控制变量法,研究不同堆载距离、堆载等级和堆载宽度对桩身轴力、桩侧摩阻力和桩竖向沉降的影响。对于单桩,着重机理分析,分析在不同堆载距离、堆载等级和堆载宽度对单桩桩受力特性的影响;对于群桩,考虑群桩效应,分析在不同堆载距离、堆载高度和堆载宽度对各桩受力特性的影响。(4)分析了桩周土竖向沉降以及桩侧中性点的空间分布规律,刻画了中性面的空间分布。然后通过总结负摩阻力分布规律,简化了稳态下负摩阻力的分布形式,采用梯形进行拟合,推导出负摩阻力沿桩长的梯形分布函数,通过现场实测数据验证梯形模型的合理性,结果表明采用梯形模型计算的下拉荷载与实测值的误差在15%以内,说明梯形模型的合理性。
【图文】：

荷载传递机理,桩土

（4）对于支撑于坚硬岩石上的刚性桩，端阻力先于侧摩阻力发挥；荷载传递过程可以表述为：将桩离散成若干微单元，并假设一点的摩阻力决定这一点的位移，则可以用独立的弹簧来模拟桩土接触面，，桩土荷载传递机理如图2.1所示。图2.1 桩土荷载传递机理

示意图,侧摩阻力,示意图,桩侧负摩阻力

当桩土相对位移达到最大，这时接触面上的摩阻力也会达到最大值，称为桩侧极限摩阻力（Ultimate side resistance），同时把摩阻力为零的点定义为中性点。侧摩阻力传递机理如图2.2所示。图2.2 侧摩阻力示意图2.2.2 桩侧负摩阻力计算方法桩侧负摩阻力的计算方法主要有以下几种。（1） Terzaghi-Peck法Terzaghi和Peck提出的计算方法，计算公式n0qDnQ dz （2-8）式中：nQ -下拉荷载，kN;
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441;U443.15

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