山区高墩墩顶水平位移及墩型比选研究

摘要

随着我国山区高速公路建设的不断发展,桥墩型式选择呈多样化趋势,如实心墩、薄壁墩、变截面墩等等。在实际工程中,其力学指标(主要如代表高墩刚度的墩顶水平位移)成为选择墩型的首选考虑因素,同时还应兼顾材料用量,施工难度,美观程度等。墩型比选未见相关研究;且在进行比选时墩顶水平位移这一因素现有的成果仅就单一因素下的墩顶位移展开研究,未形成系统,这是本文研究的出发点。本文通过大量的调研收集到现有的18种墩型,对不同高度区间不同墩型的墩顶位移及综合比选方法展开研究,主要研究成果如下:
　　将力学指标量化到墩顶水平位移上,利用势能驻值原理推导出无墩顶约束条件下墩顶位移的计算公式,选择出各墩型合理的形函数及合适的力学模型。找出了薄壁墩、变截面矩形墩、独柱实心墩、双柱实心墩的不同截面尺寸的合理形函数,将不同截面尺寸墩顶水平位移a(mm)的计算值与有限元法计算结果进行对比,各墩型中最大误差为9.904％以内,由此可见,本文选取的形函数较准确。
　　本文主要对山区高速公路墩型选择情况调研并加以总结,得到不同高度区间内常用的墩型,在此调研结论的基础上,通过力学指标、用量、施工方法、美观四个因素选择最优墩型,利用AHP法确定了选择桥墩截面型式时各因素权向量A={力学指标,材料量,施工方法,美观}={0.43,0.31,0.22,0.04}。通过综合排名,墩型比选结论有:当墩高在20m以内时,独柱墩与双柱墩较薄壁墩优势明显。墩高30m时,独柱墩,双柱墩,变截面矩形墩较其他墩型优势明显;墩高40m时,首选D240、D260的独柱墩;墩高50m时,优选为变截面矩形墩三种截面型式和D260独柱墩;墩高60m时,优选为180、220、260、300cm×200cm、200、240、280cm×200cm的变截面矩形墩;墩高70m时,300×600cm壁厚50cm的薄壁墩较其他截面薄壁墩优势明显;墩高80m时,350×600cm壁厚50cm薄壁墩优势明显;墩高90m-100m时可采用400×650cm壁厚60cm的薄壁墩或比其截面尺寸大的薄壁墩。本文研究成果可为我国山岭地区桥墩设计选型提供参考。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.3本文研究的主要内容

第二章 山区高墩基本理论

2.1墩顶水平位移计算方法

2.2墩型比选方法

2.3本章小结

第三章 山区桥梁高墩型式调研

3.1调研技术路线

3.2山区墩型调研

3.3高墩型式分析

3.4本章小结

第四章 各墩型墩顶水平位移计算分析

4.1 能量法推导弹性约束条件下墩顶水平位移公式

4.2 薄壁墩墩顶水平位移计算分析

4.3 变截面矩形墩墩顶水平位移计算分析

4.4 独柱实心墩裸墩墩顶水平位移计算分析

4.5 双柱实心墩裸墩墩顶水平位移计算分析

4.6依托工程墩顶水平计算

4.7 本章小结

第五章 山区高墩墩型量化比选

5.1用AHP法确定各因素的权重向量

5.2各墩型墩顶水平位移

5.3各墩型各截面型式材料量

5.4施工工艺

5.5美观

5.6不同墩高内各截面各因素分值及总分

5.7本章小结

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢