基樁屈曲穩(wěn)定分析的理論與試驗(yàn)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、隨著山區(qū)高墩橋梁及大跨徑橋梁的不斷發(fā)展,超長(zhǎng)基樁(特別是自由長(zhǎng)度較大的高橋墩基樁)的應(yīng)用日益廣泛,樁身屈曲或縱向撓曲分析已成為一相當(dāng)復(fù)雜而又具有重要理論與工程實(shí)際意義的課題。盡管?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此課題已進(jìn)行大量研究,并提出了相應(yīng)的理論解答,但多為基于第一類(lèi)穩(wěn)定問(wèn)題的半解析解;試驗(yàn)方面,除早期國(guó)外學(xué)者所進(jìn)行的一些研究外,國(guó)內(nèi)雖己完成了部分工作,但也只是初步;至于國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)的規(guī)范中,更因缺少可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與成熟的理論計(jì)算方法而僅能推薦一些經(jīng)驗(yàn)

2、公式。因此,為完善規(guī)范及便于工程實(shí)用,仍需從理論與試驗(yàn)上對(duì)樁身屈曲穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行更深入的研究。 本文首先基于m法假定,采用最小勢(shì)能原理和變分法分別導(dǎo)得了樁身在無(wú)均布軸向荷載、作用有側(cè)摩阻力、自重等載荷工況下的穩(wěn)定計(jì)算長(zhǎng)度與臨界荷載解析解,進(jìn)而導(dǎo)得了樁側(cè)地基土反力系數(shù)呈一般冪分布時(shí)的樁身屈曲穩(wěn)定分析能量法統(tǒng)一解,并系統(tǒng)地探討了樁側(cè)摩阻力、樁身自重及地基反力系數(shù)分布模式等對(duì)樁身屈曲穩(wěn)定的影響規(guī)律:一般情況下可不考慮樁側(cè)摩阻力的影響,而

3、當(dāng)樁頂自由長(zhǎng)度較大時(shí)樁身自重的影響不容忽視;至于地基反力系數(shù)分布模式對(duì)樁身屈曲穩(wěn)定的影響則與樁身埋置比例有關(guān),埋置比例越大,則影響愈明顯。為了考慮樁身可能初始缺陷等對(duì)樁身后屈曲穩(wěn)定的不利影響,首次采用擾動(dòng)法對(duì)樁身初始后屈曲問(wèn)題進(jìn)行探討,獲得了不同樁土剛度比、樁頂自由長(zhǎng)度等因素對(duì)樁身初始后屈曲平衡路徑的影響規(guī)律曲線。因基于第一類(lèi)穩(wěn)定問(wèn)題的基樁屈曲分析能量法難以考慮樁土共同工作及非線性等復(fù)雜因素的影響,首次將新型的無(wú)單元伽遼金法引入樁基工程

4、領(lǐng)域,將樁身屈曲視為第二類(lèi)穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值分析,并對(duì)諸如權(quán)函數(shù)選取、位移邊界條件施加、背景積分網(wǎng)格劃分及內(nèi)部位移不連續(xù)處理等基本問(wèn)題進(jìn)行了深入研究和探討,然后采用所給出的兩種位移邊界處理技術(shù)對(duì)某理想嵌巖樁進(jìn)行撓曲變形分析,其結(jié)果與解析解、有限元法的對(duì)比分析不僅驗(yàn)證了無(wú)單元伽遼金法的優(yōu)越性,也發(fā)現(xiàn)了該法暫時(shí)存在的計(jì)算效率偏低、占用資源大等缺陷。隨后,提出了處理樁土接觸面上存在的材料與位移不連續(xù)問(wèn)題的兩類(lèi)方法:當(dāng)假定樁土變形協(xié)調(diào)時(shí),按可視性

5、準(zhǔn)則分別采用修正變分原理與罰函數(shù)兩種方法進(jìn)行處理;對(duì)非變形協(xié)調(diào),則基于線彈性一理想塑性接觸模型給出了接觸分析的非線性迭代算法。并針對(duì)樁身屈曲破壞時(shí)可能存在的材料非線性,給出了彈塑性問(wèn)題的無(wú)單元伽遼金法算法。在此基礎(chǔ)上,建立了樁身屈曲分析的數(shù)值模型,并開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的計(jì)算程序PBAPEFGM,其可近似考慮樁土共同工作、材料與幾何非線性及樁身可能初始缺陷等因素的影響。另外,設(shè)計(jì)并完成了多組室內(nèi)單樁屈曲模型試驗(yàn),通過(guò)設(shè)計(jì)不同樁材、樁身長(zhǎng)細(xì)比、埋置

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