考慮地基影響的高橋墩穩(wěn)定及水平位移實(shí)用計(jì)算方法.pdf

1、本學(xué)位論文以中交集團(tuán)特大科技研發(fā)項(xiàng)目《山嶺區(qū)資源節(jié)約型高速公路建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究》的子課題《山區(qū)橋梁高墩形式比選及穩(wěn)定性研究》為背景,旨在通過(guò)高橋墩穩(wěn)定性分析及水平位移理論方法,尋求影響高橋墩穩(wěn)定性的敏感性參數(shù)及內(nèi)在規(guī)律,建立考慮地基影響的高橋墩穩(wěn)定及水平位移實(shí)用計(jì)算方法;并以有限元分析、室內(nèi)模型試驗(yàn)研究和依托工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)為手段,驗(yàn)證分析高墩穩(wěn)定性、計(jì)算長(zhǎng)度和墩頂水平位移的計(jì)算方法。
　　本文指出穩(wěn)定計(jì)算和水平位移計(jì)算問(wèn)題在高墩橋梁

2、設(shè)計(jì)中具有重要意義,特別是在計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)對(duì)偏心距增大系數(shù)影響較大,而我國(guó)現(xiàn)行橋梁規(guī)范有關(guān)條文相比英、美規(guī)范較為粗略,且取值未包含“偏保守采用值”。同時(shí),墩頂水平位移的計(jì)算至今在多種計(jì)算方法之間還存在較大出入。
　　本文回顧了橋墩穩(wěn)定、水平位移和墩型比選的發(fā)展及研究現(xiàn)狀,梳理了橋墩的分類(lèi)形式,介紹了多種橋型中橋墩或橋塔的基本情況。調(diào)研了我國(guó)近年建成的6條不同地域山區(qū)高速公路中高橋墩的應(yīng)用情況,統(tǒng)計(jì)分析了213座橋梁中817個(gè)高墩樣本

3、,總結(jié)了4種較常見(jiàn)橋墩墩型的適用高度區(qū)間。
　　本文基于能量原理,推導(dǎo)了高橋墩在施工階段自重以及運(yùn)營(yíng)階段墩頂集中豎向荷載作用下臨界穩(wěn)定荷載的近似求解公式。分析了四種橋墩在不同截面參數(shù)、不同墩高條件下的穩(wěn)定性,結(jié)果顯示各墩型一階穩(wěn)定安全系數(shù)50~60米范圍內(nèi)降低較快,60~90米降幅區(qū)域平緩;薄壁空心墩穩(wěn)定安全系數(shù)明顯高于其他三類(lèi)墩型,尤其是在60~90米區(qū)間范圍內(nèi)其穩(wěn)定性?xún)?yōu)勢(shì)明顯?；谟邢拊?對(duì)依托工程進(jìn)行了兩類(lèi)穩(wěn)定分析,結(jié)果顯

4、示:考慮二類(lèi)非線(xiàn)性影響時(shí),計(jì)算結(jié)果都比特征值低,說(shuō)明線(xiàn)性穩(wěn)定分析求得的結(jié)果不保守,是極限承載力的上限;非線(xiàn)性穩(wěn)定分析結(jié)果得到的穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.58,滿(mǎn)足穩(wěn)定安全要求;系梁設(shè)置數(shù)量對(duì)算例中雙柱式墩的面內(nèi)穩(wěn)定并非呈單調(diào)增長(zhǎng)。
　　本文研究了不同邊界約束條件下高墩的計(jì)算長(zhǎng)度,提出了不同狀態(tài)下高墩計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的計(jì)算方法?？紤]橋墩的幾何非線(xiàn)性,推導(dǎo)了橋墩不同邊界條件下一階失穩(wěn)臨界力的計(jì)算公式,并利用歐拉公式得到其計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。其中,本

5、文公式在彈性地基裸墩施工階段、成橋運(yùn)營(yíng)階段剛性地基狀況下、成橋運(yùn)營(yíng)階段彈性地基狀況下計(jì)算值與規(guī)范規(guī)范規(guī)定值相比,偏差均小于1％。
　　本文給出了不同邊界約束條件下高墩受力變形的形函數(shù),基于勢(shì)能駐值原理,針對(duì)墩頂位移進(jìn)行了分析。針對(duì)給出的墩身形函數(shù),研究了地基彈性約束條件、無(wú)墩頂約束等不同條件下墩頂水平位移的計(jì)算公式,并在該基礎(chǔ)上,給出了剛性基礎(chǔ)有墩頂約束時(shí),計(jì)算高墩墩頂水平位移的實(shí)用公式。
　　本文研究成果不但可在橋梁設(shè)計(jì)階