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《西南交通大学》 2008年
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闭合型地下连续墙桥梁基础承载机理研究

宋章  
【摘要】: 闭合型地下连续墙(以下简称闭合墙)整体刚度大,承载能力高,作为一种新型的桥梁基础,不仅具有良好的竖向承载性能,而且还具有很好的水平承载特性。然而,由于墙内土芯受力变形十分复杂,基础承载性状的影响因素众多,到目前为止,对闭合墙桥梁基础的承载机理这一问题尚未得到很好的解决。为此,本文结合交通部西部交通科技项目,采用现场荷载试验、数值计算和理论分析的方法对单室闭合墙基础的荷载传递机理及其承载性状进行了系统的分析和研究。主要研究内容和成果如下: (1)通过闭合墙现场竖向载荷试验,对黄土层中闭合墙的荷载-沉降特性、墙身轴力与墙侧摩阻力的发挥性状、墙侧摩阻力和端阻力荷载分担比的变化规律进行了分析。结果表明:闭合墙具有端承摩擦墙的特性;竖向承载力由墙侧摩阻力和端阻力共同承担;侧摩阻力和端阻力的发挥取决于墙周土性参数的变化及墙土之间相对位移量的大小。 (2)考虑墙内土芯的承载作用,通过数值计算和分析,对竖向荷载作用下闭合墙基础的荷载传递机理,墙身内、外侧摩阻力的发挥机制,以及各荷载分量及其荷载分担比随墙顶荷载变化的分布规律等进行了研究;并探讨了墙身截面形状及尺寸、土体物理力学特性等因素对闭合墙承载性状的影响。 (3)研究了墙端附近墙内土芯的受力变形规律。采用土拱理论,基于平面应变假定,确定了土拱的合理拱轴线为二次抛物线形式,并对土拱的最不利受力截面位置、土拱出现及保持稳定的条件进行了详细探讨。指出:存在于土芯端部附近范围内的“应力锅状拱”效应有利于墙身内侧摩阻力及端阻力的发挥。 (4)通过水平荷载作用下闭合墙基础的三维数值计算,研究了闭合墙基础的水平受力变形破坏特征,以及墙身变位、内力及墙侧地基横向土抗力变化的分布规律。并探讨了不同加载方向下矩形闭合墙基础其水平屈服强度的方向性。 (5)斜向荷载作用下闭合墙基础的承载机理与单一的竖向或水平向荷载分别作用情况不同,其受力变形特征包括了竖向或水平向荷载单独作用下的各种可能情况。数值计算表明:斜向荷载作用下闭合墙基础的极限承载力与墙项荷载的倾斜程度及墙身侧摩阻力的发挥性状有关;其极限承载力应综合考虑地基土体的竖向承载能力、基础上部结构允许的位移量、地基横向土抗力、墙身材料强度特性等方面的要求。 (6)利用荷载传递法,推导出了闭合墙竖向荷载—沉降关系的弹塑性半解析公式,并求得了任意截面墙身轴力及墙身侧摩阻力计算表达式。通过计算分析,表明此公式能较好的分析竖向荷载作用下闭合墙基础的荷载传递机理及其承载性状。 (7)基于地基系数m法,按照弹性地基上有限长梁的方法,建立了地基横向土抗力、墙身变位与内力关系的微分方程,采用幂级数求解的方法,导得了水平向荷载及斜向荷载作用下闭合墙墙身内力与变位的关系公式。并初步验证了此计算公式的合理性。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U443.1

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