陡坡段桥梁高承台基桩受力特性与P-△效应分析

摘要

由于西部地形以山区为主，许多公路桥梁的建造不得不依托高陡边坡，由此形成了复杂的基桩受力体系。陡坡段桥梁高承台基桩不同于普通的平地桩，除了承受来自上部结构的竖向自重荷载，横向风荷载、汽车制动荷载、地震荷载外，由于基桩处于陡峭边坡上，桩身同时受到了来自边坡的侧向土压力，形成组合荷载。同时承台的形式使得基桩不可避免的出现部分较长的外露段，外露段的存在将导致基桩产生不容忽视的二阶效应，即“P-△效应”。
　　 本文首先对陡坡段桥梁基桩在各类荷载作用下的承载机理及破坏性状进行深入探讨，发现陡坡段桥梁高承台基桩的破坏模式除了囊括单纯横向、竖向荷载作用下的全部破坏模式外，还有其独特的组合破坏模式。滑坡推力的分布范围及分布形式将对基桩的破坏模式起到关键性影响。
　　 然后，采用大型有限元分析软件ABAQUS建立陡坡段桥梁高承台单、双桩模型，分析研究了桩身的弯矩、变形及“P-△效应”，并通过多组数值模型从荷载水平、桩身内部环境、外部环境三个方面对多个影响因素的敏感性进行分析，分析结果表明在设计及施工过程中应尽量避免桩身出现过长的自由段，选择合理的桩身直径、嵌岩深度及桩间距，同时应尽量保证桩周土体的完整性，这样才能使得对桩身弯矩、变形及“P-△效应”的控制达到理想的效果。
　　 最后，依托实际工程，通过隆百高速公路试验桩土压力及桩身弯矩的监测数据了解陡坡段桥梁基桩桩前土体滑坡推力的分布形式，并通过建立相关数值模型与监测数据进行对比分析，进一步验证了陡坡段桥梁高承台基桩“P-△效应”的存在性及显著性。
　　 本文的相关数据和结论，对于实际工程中陡坡段桥梁高承台基桩的设计和计算具有重要的现实意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 国内外基桩研究现状

1．1．1 基桩受力分析研究现状

1．1．2 基桩试验研究现状

1．1．3 基桩数值分析研究现状

1．2 本文主要的研究工作与创新点

1．2．1 本文的主要工作

1．2．2 本文的创新点

第二章 陡坡段桥梁高承台基桩承载机理及P-△效应分析

2．1 二阶效应及其分类

2．2 陡坡段桥梁高承台基桩荷载类别

2．3 竖向荷载作用下陡坡段桥梁高承台基桩的受力分析

2．3．1 竖向荷载作用下基桩的承载机理

2．3．2 桩-土体系相互作用机理

2．3．3 竖向荷载下基桩的破坏性状

2．4 横向荷载作用下陡坡段桥梁高承台基桩的受力分析

2．4．1 横向荷载作用下基桩的承载机理

2．4．2 横向荷载下基桩的破坏性状

2．5 倾斜荷载作用下陡坡段桥梁高承台基桩的受力分析

2．5．1 倾斜荷载作用下基桩的P-△效应分析

2．5．2 倾斜荷载作用下基桩的承载机理

2．5．3 倾斜荷载作用下基桩的破坏性状

2．6 组合荷载作用下陡坡段桥梁高承台基桩的受力分析

2．6．1 组合荷载作用下基桩的P-△效应分析

2．6．2 组合荷载作用下基桩的承载机理

2．6．3 组合荷载作用下基桩的破坏

2．7 小结

第三章 陡坡段桥梁高承台基桩的数值模拟

3．1 ABAQUS数值模拟的基本原理

3．1．1 ABAQUS程序的基本求解过程

3．1．2 桩土的本构模型

3．1．3 接触面理论

3．1．4 单元选取

3．2 基于ABAQUS分析桥梁高承台单桩的受力性状与P-△效应

3．2．1 单桩计算模型的建立

3．2．2 桩身内力、变形及P-△效应分析

3．2．3 单桩影响因素的敏感性分析

3．3 基于ABAQUS分析桥梁高承台双桩的受力性状与P-△效应

3．3．1 双桩计算模型的建立

3．3．2 桩身内力、变形及P-△效应分析

3．3．3 双桩影响因素的敏感性分析

3．4 单桩结构与双桩结构的对比分析

3．5 小结

第四章 工程实例

4．1 工程概况

4．2 试验点工程地质概况

4．3 监测内容与方法

4．3 监测结果与数值模拟对比分析

4．3．1 土压力监测结果分析

4．3．2 桩身弯矩监测结果与数值模拟对比分析

4．4 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况