河床下切对桩柱式桥墩稳定性影响研究

摘要

桥梁作为交通运输的重要组成部分之一，自古以来就有着广泛的应用，历史悠久，特别是近些年来国家经济以及科学技术的高速发展，各种类型和构造的桥梁随处可见，给国家创造了巨大的社会和经济效益。随着各种桥梁的修建，当代桥梁技术也随着迅速发展，各类型桥梁结构的计算理论与方法都趋于成熟，但是近年来，由于河床的自然演变、桥墩对水流和泥沙的干扰以及人类的过度采砂都加速了河床下切的发展速度，部分桩基裸露在外，桩土间相互作用减少，桥墩的相对计算长度增加，导致墩柱柔性增加，桥面铺装开裂变形，加上一般的桥梁设计使用年限很长，桥梁的稳定性、安全性受到严重影响。　　由于桩柱式桥墩在实际工程中特别是在地形高差较大的山区被广泛采纳，且目前对桩柱式桥墩进行桩柱联合起来分析的尚少，大多是将两者分开来分别进行分析，这与工程实际是不相符的。本文以桩柱式桥基作为一个整体对象来展开分析研究，探讨河床下切对桩柱式桥梁稳定性的影响。　　墩顶水平位移计算是桥墩稳定性、可靠性、耐久性的重要指标之一，在简述墩顶水平的发展概况后，通过Midas-civil来建立桩柱式桥墩的有限元模型，介绍了桩土间相互作用的理论和经典的计算方法，选择在桩基节点处添加弹性连接来模拟桩基在“m”法下的受力状况，并在相同的外荷载作用下，构建不同桩径墩径的单墩模型在不同河床下切深度下的墩顶水平位移模拟分析，通过分析不同模型参数的结果，得出相同河床下切深度对柔性大的桥墩有更大的危害，同一墩柱在不同下切深度下墩顶水平位移增幅大于上一级。　　在简述了结构两种失稳分析理论和临界荷载的研究方法后，以湖北某实际工程为背景，建立全桥的有限元模型来进行稳定性分析：使用梁单元，采用梁格法来模拟桥梁上部结构，下部结构也是通过添加节点弹性连接来模拟桩土相互作用，运用Midas-civil的荷载追踪功能，将移动荷载等效成静荷载对桥梁进行成桥运营状态下模拟，通过控制不同下切深度后的桥梁模型的屈曲模态和计算出的稳定性系数以及各墩柱的墩顶水平位移，对各个模型的结果比较总结得出结论，首先在相同的荷载作用下，不同桩径墩径对相同情况下的河床下切深度有着不同的抵抗力，其中桩径墩径较小的模型由于自身的水平刚度有限，对河床下切对其稳定性的影响更加敏感。所以中小桥更应该注意河床下切所带来的危害；其次在相同的荷载作用下，同一桩径墩径的模型水平位移与河床下切深度不呈现正比例关系，随着增量相同下切深度的变化，墩顶水平位移增幅明显大于前一级的位移增量。河床下切以2米每次的速度减少，但是墩顶水平位移每次增加的量都要大于上一次，河床下切对桩柱式桥墩稳定性的影响程度由此可见。

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第一章 绪论

1.1研究意义

1.2桩柱式桥墩概述

1.3国内外的研究现状

1.4本文主要工作

第二章 桩柱式桥墩稳定理论

2.1概述

2.2桥梁结构稳定的类型

2.3临界荷载简述

2.4稳定问题的判定准则和分析方法

2.5桩柱式桥墩稳定问题求解

2.6本章小结

第三章 桩柱式桥墩水平位移分析

3.1概述

3.2桩柱式桥墩有限元分析

3.3墩顶水平位移的计算模型

3.4单柱在河床下切下墩顶水平位移模拟

3.5本章小结

第四章 桩柱式桥墩工程实例分析

4.1依托工程背景

4.2全桥有限元模型建立

4.3 不同下切深度下模型的计算分析

4.4本章小结

第五章 针对河床下切的桥梁加固

5.1概述

5.2桥梁的常见加固的方法

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果