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山区高速公路斜坡桥基稳定分析及设计方法研究

翟利华  
【摘要】: 本文以常吉高速公路为依托工程,以典型斜坡桥基为研究对象,在广泛收集有关工程资料的基础上,采用有限元数值模拟分析技术,着重深化研究山区高速公路斜坡桥基稳定分析及设计中特有而亟待解决的问题,为斜坡桥基设计提供科学依据。 从斜坡桥基的受力特点以及桥基与斜坡相互作用关系出发,主要做了以下几方面的工作。 1、斜坡桥基承载能力分析 以理想弹塑性力学理论为基础,运用有限元技术对工程实例桥基的承载能力进行分析,提出了运用桩土共同作用的接触非线性计算模型实现桥基承载力求解的新方法,通过对计算结果与试验数据对比,证明了该方法确定斜坡桥基承载力的可行性和有效性。在现有规范对斜坡桥基承载力确定方法不明确的情况下,通过对不同设计参数下斜坡桥基承载能力的变化情况进行分析,提出斜坡桥基受力特点,为斜坡桥桥基设计提供依据。 利用正交设计思想,安排数值模拟试验,对斜坡桥基的各项力学指标做正交敏感性分析,得出各设计参数对斜坡桥基计算值贡献大小,通过回归分析得出斜坡桥基承载力折减系数计算公式。 2、斜坡桥基稳定性分析 针对嵌岩桩稳定特性分析,从研究桩基在不同长细比及横向水平力条件下的受力特性,探讨横向山体荷载对桥基内力、变形与稳定性的影响,研究斜坡桥基在不同设计参数下的稳定性,以此确定桥基的埋置深度,为高边坡桥基的在屈曲设计方面提供计算方法及设计思路。 3、桥基荷载作用下斜坡稳定性分析 基于强度折减理论,提出改变步长搜索法求解边坡稳定安全系数的方法,将强度折减法从二维平面问题引申到三维空间问题,避免了二维方法中桩基计算宽度的确定,更好地得出边坡应力应变分布情况,提出了将塑性区是否貫通作为求解边坡安全系数的标准,为复杂边界下边坡稳定性评价提供了新的思路和方法。本文的研究成果可为斜坡桥基的设计、施工提供一定的理论指导,也为其相关规范的修订奠定基础。 4、斜坡桥基的优化设计 从实际问题出发,利用结构分析理论,把斜坡桥基的优化问题用数学表达式方法研究”(合同号:06430101001916)表示出来,建立数学模型,提出了斜坡桥基优化设计的两个目标函数:一是桩基容许承载力;二是结构总体积最小。并采用功效函数法确定了目标函数的加权系数。针对模型离散变量的优化设计特点,引入了蚂蚁算法的精英蚂蚁寻优策略,并以伪代码形式给出了优化算法的基本步骤。


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