[博士]軟土地區(qū)懸索橋重力式錨碇穩(wěn)定性和變位研究

內容簡介

　　[博士]軟土地區(qū)懸索橋重力式錨碇穩(wěn)定性和變位研究　　學科專業(yè)：結構工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：同濟大學　　學位年度：2006　　隨著交通建設事業(yè)的快速發(fā)展，近年來不斷有懸索橋重力式錨旋需要建在軟土地基上，然而軟土地基的特性與目前懸索橋重力式錨錠設計準則之間存在很大差距，因此，在軟土地基上設計錨旋時，不僅需要對常規(guī)懸索橋重力式錨旋整體穩(wěn)定性驗算方法進行適當修正，而且需要進行錨旋變位驗算。本文以此為背景，采用相似模型試驗、解析分析和數值模擬三種手段相互驗證的方法從整個施工、運營過程對懸索橋重力式錨旋進行了較系統(tǒng)的研究。這些研究成果，不但加深了對錨錠工作機理的認識，總結了軟土地基上錨旋整體穩(wěn)定和變位的一些規(guī)律，而且提出了適合軟土地區(qū)重力式錨旋整體穩(wěn)定性和變位分析的理論方法?？梢詺w納如下:　　 (一)錨錠及周圍土體穩(wěn)定性和變位規(guī)律　　從基坑開挖到基礎形成，從錨體澆筑到全橋運營，地基先由均勻受壓到后傾偏心受壓再到前傾偏心受壓，錨旋則經歷了從后傾向前傾的變化?！　? 在巨大的錨錠自重作用下，對于強度低、壓縮性高的軟土地基，錨旋前趾的沉降不能忽視。而錨旋前趾的沉降使得錨碳轉動軸的位置不再是傳統(tǒng)錨碗設計理論中假定的錨碳前趾部位，而是相對偏后，在錨錠基底范圍內部，錨旋轉動軸前面的地基承載力能夠對錨錠抗傾覆穩(wěn)定發(fā)揮一定的作用?！　? 從錨錠發(fā)生失穩(wěn)破壞的整個過程來看，隨著基坑開挖、混凝土澆筑和主纜拉力的逐漸增加，錨旋側面塑性區(qū)從錨旋附近地表逐漸向遠處、向深處發(fā)展擴大，最后和錨旋底部塑性區(qū)貫通，形成完整連續(xù)的滑動面，引起錨旋失穩(wěn)?！　? 基坑開挖，錨旋結構周圍土體向坑內位移，坑底土體隆起，錨旋下部地基由于受到基坑開挖卸載的擾動影響，強度降低。錨旋結構施工后，錨旋下部地基在錨旋基底壓力作用下產生再壓縮沉降。隨著主纜拉力的施加，錨旋前側土體出現(xiàn)豎向和水平向位移。土體豎向和水平向位移隨主纜拉力、測點距離等因素的變化而變化?！　? 錨錠結構四周接觸面外側的圍護結構和土體均有助于錨旋結構保持穩(wěn)定、減少變位，但各接觸面作用力發(fā)揮作用的大小隨主纜拉力的變化而變化。從這點來看，在軟土地基上設計下埋重力式錨錠時，可以適當考慮前側土體的抗力作用，但由于實際土壓力非常復雜，士壓力到底取多少需慎重分析研究確定。　　 (二)錨旋穩(wěn)定性分析　　錨旋基坑開挖結束，基礎澆筑之前是比較危險的工況之一，而且錨旋施工中基坑開挖卸載等因素對基底土層產生了擾動影響，降低了地基承載能力，本文進行地基穩(wěn)定性分析時考慮這種擾動影響，對地基承載力進行適當折減。　　錨旋周圍介質對錨錠穩(wěn)定性和變位的影響非常明顯，但考慮到懸索橋對錨旋位移的限制一般較嚴格，錨旋前側圍護結構不可能達到極限平衡狀態(tài)，需要分析能夠考慮圍護結構最大容許位移的抗力，本文采用彈性地基梁理論推導了圍護結構抗力和錨旋位移的關系式。　　軟土地基上錨旋轉動軸并非傳統(tǒng)設計中假定的錨錠前趾點，在軟土地區(qū)設計錨旋需考慮錨旋下地基承載力對錨錠穩(wěn)定性的影響。本文采用魏錫克極限承載力公式推導了錨旋下轉動軸前面地基承載力所能提供的抗傾援力矩?！　? 在對上述3個方面分析的基礎上，對常規(guī)重力式錨旋設計時整體穩(wěn)定性驗算公式進行了部分修正。　　 (三)錨旋變位分析　　根據靜力平衡條件，推導了能夠考慮錨錠結構各接觸面上土與結構相互作用的變位分析模型。在此基礎上，假定錨旋周圍土體為線彈性體，得到了錨旋結構任意點變位的解析解，并給出了算例?！　? 基于Miundlin, Cerniti應力解和分層總和法，提出了錨旋的沉降計算方法。該方法吸取了分層總和法可以充分考慮場地土層分布的優(yōu)點，又改進了規(guī)范中分層總和法采用解確定附加應力場的局限性?！　? 對節(jié)旋變位的非線性分析進行了簡單討論，提出了采用接觸面雙曲線本構關系分析錨碗變位的初步框架?！　? 本文通過對相似模型試驗、解析分析和三維數值模擬三種成果相互驗證，綜合研究錨旋結構與土體的相互作用機理和穩(wěn)定性、變形規(guī)律，無疑有助于加深對軟土地區(qū)重力式錨旋設計的適用性和安全度的認識，研究得到的規(guī)律、成果對懸索橋重力式錨旋的設計、施工有參考價值。

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