考虑土、上部结构和桥台相互作用的桥台地震土压力计算方法

发布时间：2017-05-18 03:01

  本文关键词：考虑土、上部结构和桥台相互作用的桥台地震土压力计算方法，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年地震频发,作为交通咽喉的桥梁结构如何保持良好的作用显得尤为重要。大量地震灾害研究资料表明,桥台在地震作用下由于土压力过大而破坏,进而引起桥梁倒塌丧失交通作用的情况十分明显。但是目前国内关于地震作用下桥台受到的土压力方面的研究还比较少,国内常用的桥台设计方法中地震土压力的计算乃是采用挡土墙土压力计算方法,然而桥台的受力情况与挡土墙并不尽相同,因为桥台的质量和刚度显然都比较大,而且作为上部结构的主要承重结构,在地震发生时还容易受到上部结构的质量和刚度的影响,并不像挡土墙等柔性结构在地震发生时变形较大。因此对于地震作用下桥台受到的主动与被动土压力的研究显得尤为重要。本文在Coulomb土压力理论的基础上,结合图解法求解土楔形体倾斜破裂角,推导考虑桥台实际结构形式的桥台土压力计算方法,并采用ABAQUS有限元分析软件对地震作用下桥台所受土压力进行数值模拟,进一步分析考虑上部结构的地震作用下桥台所受到的土压力,最后对所提出的计算方法中各个参数对于结果的影响进行探索研究。具体内容如下:(1)以Coulomb土压力理论为基础,考虑梁波提出的桥台台背填土划分形式,利用图解法对土楔形体倾斜破裂角进行求解,得到土楔形体倾斜破裂角的结果,进一步得出针对桥台的地震土压力计算方法。(2)利用ABAQUS有限元分析软件建立地震作用下桥台主动土压力计算数值分析模型,并在该模型中施加大、中、小三种等级地震波,其峰值加速度分别为0.4g、0.2g、0.1g。分析地震作用下桥台与土壤接触面应力分布形式和大小,以及作用在接触面上的土压力合力大小,并与理论计算结果进行对比。(3)以现有桥梁设计图为基础,建立考虑上部结构与桥台相互作用的桥台地震主动土压力数值分析模型,忽略桥墩对于上部结构的影响,建立单跨梁式桥数值分析模型,并对该模型施加峰值加速度为0.4g(大)、0.2g(中)、0.1g(小)三种地震波。分析该条件下接触面处应力分布情况,以及作用在接触面上的土压力合力大小,对不考虑上部结构作用的桥台地震土压力进行对比分析,得出上部结构的存在对于桥台地震土压力的影响。(4)对所提出的计算方法进行参数敏感性分析,分析各个参数变化对于土压力计算值的影响。结果表明:随着内摩擦角(φ)的增大,主动土压力计算系数逐渐减小,并且此趋势越来越明显。并且随着外摩擦角(δ)的增大,主动土压力系数也逐渐减小;当δ=φ/2~φ,这种趋势并不明显,然而当δ=0~φ/2,这种变化趋势较为显著。随着台背倾角的增大,土压力系数渐减小。相对来说,内摩擦角的影响程度更大一些。水平地震加速度系数增大则主动土压力系数增大,随着内摩擦角的增大,水平加速度变化对土压力计算结果产生的影响逐渐减小。就以上参数来说,内摩擦角的变化对于桥台土压力计算结果影响较大,水平地震系数变化对于计算结果的影响比内摩擦角变化对计算结果的影响弱。(5)总的来说,土壤内摩擦角(φ)对于桥台地震土压力计算结果的影响要大于其他任何参数。同时,在本研究过程中发现,不考虑上部结构与桥台的相互作用会大大低估桥台在地震过程中受到的土压力,降低幅度达到50%以上,在设计过程中,如果不考虑上部结构对于桥台的影响则会降低桥台的安全系数,使得在地震过程中桥台容易因土压力过大而发生破坏。总而言之,挡土墙地震土压力计算方法并不能适用于桥台,本文方法考虑了土压力计算过程中各个参数的影响以及上部结构与桥台相互作用的影响,更符合桥台的实际情况。
【关键词】：桥台 地震 土压力 数值分析 土楔形体平衡理论
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10-12
• 1.2 研究现状12-14
• 1.2.1 桥梁在地震过程中发生的破坏类型12-13
• 1.2.2 挡土墙在地震中的表现13-14
• 1.3 挡土墙土压力计算14-19
• 1.3.1 拟静力计算方法14-17
• 1.3.2 极限位移法17-18
• 1.3.3 数值分析方法18
• 1.3.4 拟动力方法18-19
• 1.4 相关实验研究19-20
• 1.5 本课题研究的主要内容20-22
• 第二章 地震条件下桥台土压力计算方法22-36
• 2.1 挡土墙地震土压力计算方法22-25
• 2.1.1 Mononobe-Okabe方法22-23
• 2.1.2 梁波方法23
• 2.1.3 林宇亮水平层分析法23-25
• 2.2 主动土压力计算过程25-30
• 2.2.1 土楔形体的受力分析25
• 2.2.2 土楔形体ACD受力分析25-29
• 2.2.3 土楔形体ABC受力分析29-30
• 2.3 被动土压力计算30-33
• 2.3.1 土体ACD受力图30-32
• 2.3.2 土体ABC受力分析32-33
• 2.4 算例分析33-36
• 第三章 地震条件下桥台主动土压力计算的数值模拟方法研究36-50
• 3.1 ABAQUS有限元分析软件介绍36-38
• 3.2 桥台地震土压力数值分析方法38-50
• 3.2.1 创建部件几何模型39-40
• 3.2.2 定义材料参数及截面属性40-41
• 3.2.3 装配部件41-42
• 3.2.4 定义分析步及接触属性42-43
• 3.2.5 设置荷载及网格43-46
• 3.2.6 后处理46-50
• 第四章 考虑上部结构的桥台地震土压力数值模拟50-64
• 4.1 引言50-51
• 4.2 考虑上部结构桥台地震土压力数值模拟模型51-53
• 4.3 考虑上部结构桥台地震土压力数值模拟结果分析53-61
• 4.3.1 接触面应力云图分析53-56
• 4.3.2 桥台地震位移响应分析56-60
• 4.3.3 桥台土压力与计算结果对比分析60-61
• 4.4 本章小结61-64
• 第五章 参数变化对土压力计算结果的影响64-72
• 5.1 引言64
• 5.2 本文方法与M-O方法及库伦理论对比64-66
• 5.3 计算参数对本文公式的影响66-69
• 5.4 本章小结69-72
• 第六章 结论与展望72-76
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-84
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的学术论文84

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