【博士】水平荷載作用下橋墩及樁基的靜力與動力響應(yīng)分析【2010】

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　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：浙江大學(xué)　　學(xué)位年度： 2010年　　國民經(jīng)濟的快速增長給橋梁建設(shè)和水路交通帶來了巨大需求，同時也引發(fā)撞橋事故概率的增高，嚴(yán)重危及到橋梁的安全運營。鑒于此，本文對水平荷載作用下橋墩及樁基的靜力和沖擊動力響應(yīng)開展了解析和數(shù)值計算研究，主要工作和創(chuàng)新成果如下：　　1．對黏性土和砂性土地基水平極限抗力的計算方法進(jìn)行了歸納總結(jié)和計算對比。基于地基反力法和簡化的土體彈塑性本構(gòu)關(guān)系，進(jìn)一步完善了均質(zhì)地基中水平受荷樁樁頂嵌固(樁頂約束轉(zhuǎn)動)情形的解析解?！　?．基于地基反力法和簡化的土體彈塑性本構(gòu)關(guān)系，分別對“Gibson模式”和“廣義Gibson模式”地基中水平受荷長樁進(jìn)行了解析計算研究，給出了不同工況下樁身最大撓度、最大轉(zhuǎn)角、最大彎矩的無量綱解析表達(dá)式。計算表明聯(lián)合荷載(水平力和彎矩)作用下樁身最大撓度、最大轉(zhuǎn)角和最大彎矩與荷載的關(guān)系具有非線性、非對稱性，故采用常規(guī)線性疊加法進(jìn)行聯(lián)合荷載作用下的計算將偏于不安全。在常見荷載范圍內(nèi)，對復(fù)雜的解析結(jié)果進(jìn)行了簡化擬合，提出的擬合公式計算簡便精度高，有利于工程的應(yīng)用。通過與實測數(shù)據(jù)及p-y曲線法計算結(jié)果的比較表明，本文方法可較有效地開展非均質(zhì)彈塑性地基中水平受荷長樁的計算分析?！　?．基于地基反力法和簡化的土體彈塑性本構(gòu)關(guān)系，結(jié)合提出的雙層地基極限抗力計算表達(dá)式，對雙層非均質(zhì)彈塑性地基中樁頂自由和嵌固兩種常見情形下的水平受荷長樁進(jìn)行了解析推導(dǎo)，得到了相應(yīng)的閉合計算式。并利用所得解分析了雙層地基土性參數(shù)對樁基性狀的影響。算例分析表明，本文解計算結(jié)果與單樁和群樁的三維有限元模擬結(jié)果及現(xiàn)場試驗實測值吻合較好。　　4．基于Euler梁．Winkler模型(E．w模型)，給出了均質(zhì)黏彈性地基中不同邊界條件下樁受水平?jīng)_擊荷載響應(yīng)的完全解析解。針對E．w模型動力分析存在的不足，對Timoshenko梁．雙參數(shù)模型(T-D模型)黏彈性地基中樁的動力響應(yīng)進(jìn)行了半解析求解，并對E．w模型和T-D模型樁的動力響應(yīng)進(jìn)行了計算比較。對相同的撞擊能量下三種常見的簡化沖擊荷載形式(矩形脈沖荷載、半正弦脈沖荷載和三角形脈沖荷載)作用下樁的動力響應(yīng)進(jìn)行了計算對比。　　5．基于T-D模型，對成層黏彈性地基中水平?jīng)_擊荷載作用下單墩．樁基礎(chǔ)和雙墩．樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)進(jìn)行了理論推導(dǎo)。通過單墩．樁基礎(chǔ)動力計算模型，對承臺、墩頂結(jié)構(gòu)、荷載作用位置、河床沖刷深度、復(fù)雜的沖擊荷載形式等進(jìn)行了參數(shù)影響分析。最后利用本文理論模型對兩座撞擊試驗橋墩進(jìn)行了簡化計算，計算結(jié)果和實測值較吻合。　　6．對某大橋受撞橋墩．樁基礎(chǔ)實測資料進(jìn)行了分析，并對橋墩的受撞過程進(jìn)行了推測反演。針對其中受損最嚴(yán)重的橋墩開展了擬靜力三維有限元數(shù)值模擬分析，較全面地考察了橋墩．樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的受損和偏位情況，相關(guān)結(jié)果與實測數(shù)據(jù)較一致。本文計算結(jié)果可為橋墩進(jìn)一步的檢測、修復(fù)設(shè)計提供依據(jù)及為類似工程分析提供參考。　　

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