雉山拱桥刚性倾斜群桩桥台抗滑的ANSYS仿真分析

摘要

拱式桥梁是一种古典的桥型,是人类最广泛使用也是最早使用的桥型之一。拱桥拥有很多的优点,造型美观是拱桥最为显著的优点和特点,构造简单是拱桥的另一个优点。拱桥也是一种跨越能力非常大的桥型。在200米跨径以内拥有很大的竞争优势。传统设计桩基础的钢筋混凝土桩是柔性桩,虽然具有很高的垂直承载力,但抗水平滑动能力也不高。所以土体在长期荷载作用下会发生徐变位移,同时高填土产生的后期沉降会使桥台向后转移及下沉,桥梁末端与桥台间伸缩缝拉开,跨中桥面下陷积水,加之其在软弱地基上拱脚水平位移带来的病害。使得拱桥在200米跨径范围内失去竞争力,甚至制约了拱桥在地基上的发展。
　　 倾斜抗滑桩是一种创新性的桩基础,是在传统桩基础的基础上能更好的抵抗水平推力的一种桩基础。目的就在于克服传统拱桥边墩抗水平滑动能力较低之不足,在传统边墩钢筋混凝土底板下部设置多根刚性倾斜抗滑桩,以提高边墩抗水平滑动的承载能力,有效承担上部结构传来的水平力。
　　 本文中将会使用到的方法是运用ANSYS分析软件进行模拟,假设倾斜角度在3-10度内变化；桩间距离与桩基直径的比值在2.5—3.5内变化；桩的长度L与桩的直径D之比为1.5—2.5内变化。我们要做的就是分别取各种不同的值进行模拟,本文中会建立27个桥台模型分别进行模拟。最后找出这多组模型中位移和变位最小的那组数据。就是我们所需的最佳模型。
　　 但在ANSYS中用位移控制受力的情况是很难做到的,所以我们运用《桥梁博士》软件来初步的估算雉山拱桥拱脚的支承反力的大小,然后将这些力输入ANSYS模拟软件中进行模拟。也就是说,在作用同一种内力组合的条件下,哪种取值的桥台的位移和变位最小,那么这个组合就是最优的组合。
　　 桩土共同作用在ANSYS分析中属于非线性分析,它有两个难点,第一是接触分析单元问题,接触分析的取材、建模、识别以及应用在文中都有详细介绍。第二是收敛问题,由于是非线性问题求解,所以是否收敛显得相当重要。本例在计算时,有几个模型也出现了不收敛的情况,所以本文采取的办法是针对每个不同的模型采用不同的求解器。尽量做到让结果更精确。