边坡滑移对桥梁桩柱的影响研究

发布时间：2017-04-20 11:05

  本文关键词：边坡滑移对桥梁桩柱的影响研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着西部地区经济的发展,其交通运输网也在不断的扩大与完善。而在交通网的基础设施建设中,考虑到必须保护山区的生态环境,从而通过采用隧道或者高架桥的形式来穿越山体。对于穿越山体的桥梁,其桩基则会被建在不同形式的边坡上(如微坡、缓坡、陡坡、以及极陡坡)。因此,位于这些边坡上的桥梁桩基所要承受的荷载,除了有上部结构传递的轴向荷载与水平荷载以外,还有坡体产生的侧向土压力,从而使边坡上的桥梁桩基处于一个相对比较复杂的地质环境中。目前对于该类桩基的研究相对较少,而且还没有一套完整的理论体系来作为依据。为此,本论文采用ANSYS有限元软件对于单桩结构进行了模拟,分析了其在竖向荷载、横向荷载以及两者共同作用下的位移和内力变化,并且对比分析了影响该类桩基受力变形的相关因素。论文研究的主要内容及结果如下:(1)考虑到边坡的稳定性会直接影响到边坡上桥梁桩基的安全,首先对已有的与边坡相关的理论进行了分析研究,总结分析了有关影响边坡稳定性的因素,以及边坡上滑动面的确定方法。以介质载体的链式演化描述边坡发生滑移时的特征,进一步分析了边坡坡体推力以及抗力的分布形式和计算方法。(2)边坡上桥梁桩基的内力计算以m法的基本假定为基础,推导出了桩基受荷段的微分方程,并且运用幂级数进行方程的解答,从而得到了组合荷载与土体抗力作用下的桩身挠曲变形方程的求解方法。(3)边坡桥梁桩柱在竖向荷载作用下,桩柱会发生竖向压缩变形,而且随着竖向荷载的增大,竖向变形也会增大;同时,根据坡体下滑推力的作用下,桩基的内力的变化情况,可以推断出下滑推力对于桩柱的集中作用点的大概位置。(4)边坡土体性质的不同,能够影响桩基的受力与变形,即随着土体弹性模量的变大,桩基的横向位移越来越小,说明坡体下滑推力在变小,即边坡越稳定。(5)边坡坡度的变化,同样也会影响桩基的受力与变形情况,即随着坡度的增大,桩基的横向位移也在增大。
【关键词】：边坡桥梁桩基 坡体推力 模拟分析 内力变化 位移变形
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.551
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.2 研究现状12-15
• 1.2.1 边坡上滑坡体推力的研究现状12-13
• 1.2.2 边坡上桥梁桩基的研究现状13-15
• 1.3 本文的研究思路以及主要内容15-16
• 2 边坡的滑移特征与受力分析16-28
• 2.1 边坡的分类16
• 2.2 边坡滑动面的确定方法与稳定性分析16-25
• 2.2.1 瑞典圆弧法16-17
• 2.2.2 条分法17-24
• 2.2.3 运用ANSYS有限元模型确定边坡临界滑动面24
• 2.2.4 边坡稳定性的综合评价24-25
• 2.3 坡体推力及抗力分析25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 边坡上桥梁桩基的承载机理与受力分析28-39
• 3.1 边坡桥梁桩基的受荷特点28
• 3.2 竖向荷载作用下边坡桥梁桩基承载特性28-31
• 3.2.1 竖向荷载作用下桩基的受力特性28
• 3.2.2 桩侧摩阻力的分析28-29
• 3.2.3 桩端阻力的影响分析29
• 3.2.4 桩基与土体间的荷载传递机理分析29-31
• 3.3 边坡桥梁桩基在横向荷载作用下的承载特性31-33
• 3.3.1 桩基在横向荷载作用下的研究方法31-32
• 3.3.2 单桩在横向荷载作用下的破坏模式32-33
• 3.4 边坡桥梁桩基在组合荷载作用下的承载特性33-34
• 3.5 桩基内力的分析计算34-36
• 3.5.1 内力分析计算的基本假定34-35
• 3.5.2 微分方程的建立35-36
• 3.6 微分方程的求解36-38
• 3.6.1 边界条件36-37
• 3.6.2 微分方程的幂级数解37-38
• 3.7 本章小结38-39
• 4 运用有限元软件对边坡上桥梁桩柱所受坡体推力进行分析39-56
• 4.1 ANSYS软件的简单介绍39
• 4.2 边坡桥梁桩柱与土体的本构模型39-40
• 4.2.1 理想弹塑性增量本构模型39-40
• 4.2.2 广义米赛斯准则( Prager-Drucker准则)40
• 4.3 二维有限元模型建立40-55
• 4.3.1 模型的几何尺寸40-41
• 4.3.2 选取网格划分单元41-42
• 4.3.3 对平面模型进行网格划分42
• 4.3.4 计算方法42
• 4.3.5 桩顶竖向荷载的影响42-45
• 4.3.6 横向荷载的影响45-47
• 4.3.7 组合荷载作用的影响47-51
• 4.3.8 土体性质的影响51-52
• 4.3.9 边坡坡度的影响52-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 边坡失稳时桥梁桩柱的内力分析56-73
• 5.1 天然边坡上桥梁桩柱的受力分析56-58
• 5.2 降雨情况下边坡桥梁桩柱的受力分析58-60
• 5.3 增加竖向荷载作用60-64
• 5.4 三维有限元模型的建立64-72
• 5.4.1 边界条件的设置和网格划分64-65
• 5.4.2 边坡处于天然状态65-68
• 5.4.3 边坡处于降雨状态68-72
• 5.5 本章小结72-73
• 6 结论与展望73-74
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-77
• 攻读学位期间的研究成果77

【参考文献】

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本文编号：318516