桩基不均匀沉降对桥梁上部结构影响分析与监测研究

发布时间：2020-06-14 06:06

【摘要】：由于桩基础具有较高的承载能力和良好的稳定性,设计理论与施工工艺成熟及适用性强等特点,而且更容易运输和安装,其在多年冻土区的桥梁结构广泛使用。但在多年冻土区,桩基周围温度的变化会导致桩与周围土体界面的抗剪强度降低,从而导致桩身承载力下降,桩位移增大等问题,从而威胁桥梁的稳定性和交通安全。因此,桩的不均匀沉降直接关系到桥梁局部破坏和整体安全。目前国内外对桩基不均匀沉降所导致的桥梁上部结构受力变化关注较少。本论文的主要研究内容如下:首先通过现场调研和分析以及历史观测资料,得到青藏高原某简支梁桥不同桩基长期不均匀沉降数据。以此为依据,将桩基的不均匀沉降量引入到简支梁桥上部结构的分析中,建立了基于实际桥梁结构的有限元模型,分析了不同沉降模式下的结构应力应变分布和变形情况。结果表明,多年冻土地区桩基的不均匀沉降会引起桥梁横向连接处的应力集中,从而引发桥梁横向连接裂缝。此外,当桩基不均匀沉降发生时,单边沉降会导致整个结构发生扭转变形。其次,根据上述静力分析结果,桥梁横向连接处的水泥砂浆在桩基不均匀沉降条件下会发生破坏,因此建立了考虑横向连接损伤的有限元模型,对其进行模态分析,比较研究了无损和损伤桥梁的振型和频率。结果表明,局部横向连接破坏时,结构频率和振型均发生显着变化。随后,进一步采用模态置信准则和坐标模态置信准则法对损伤的桥梁进行了损伤识别研究,结果表明上述方法可以对横向连接破坏进行识别和定位。最后,针对青藏高原某真实桥梁,设计了用于结构监测的传感器系统,包括温度、应变和振动传感器。并对采集的数据进行了分析。温度数据表明,桥梁两侧由于受日照等因素影响,有着显著的温差。对于应变数据的分析表明,桥面上的车辆载荷的随机分布导致应变传感器测量得到不同应变值。从应变数据可以看出,应变在有车辆通过时,会出现较大的峰值,由此可以得到车辆荷载的大小和分布特征,并且进一步可分析得到车速及其方向。最后对桥梁的加速度数据进行了分析,确定结构的基频在5.6-5.8Hz之间且受外部环境如温度和车辆荷载影响。上述数据为后续的结构损伤识别和安全评估提供了基础信息。 【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U446;U443.15

【参考文献】