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高陡横坡段桥梁双桩结构内力计算方法与试验研究

刘广轩  
【摘要】:随着我国西部山区高速公路建设的高速发展,为了满足公路平纵线形及保护自然环境,不少陡坡段采用全高架桥或半路半桥的形式穿越,从而导致部分桩基建于高陡的河谷岸坡上。为了保护沿坡桩基的稳定性及相邻环境的安全,工程中多采用桥梁双桩基础,此时,如何准确确定该类桩基的内力位移已成为工程设计的关键。为此,本文结合西部交通建设科技项目“高陡横坡条件下桩柱式桥梁设计与施工技术研究”(200831878531),从理论与试验上对该问题进行较系统深入的研究,提出了高陡横坡段桥梁双桩结构的设计计算方法。 本文首先综合分析论述了常规竖向承压桩、横向荷载桩、组合荷载桩及普通边坡桩基的受力特性,分析了高陡横坡段桥梁桩基与常规桩基的主要区别。在此基础上,借鉴被动桩在复杂荷载下计算分析思路和已有双排支护桩与抗滑桩的理论,建立了双桩结构与边坡及桩间土相互作用模型:后桩承受推力以滑动面为界简化为滑坡推力与主动土压力,前后排桩桩前抗力采用弹性地基反力法计算,并考虑桩间距和滑坡体的影响范围计算桩间土对前桩的作用力。而后针对不同桩段的受荷特点,计入轴横向荷载共同作用时对桩体内力和位移的影响,建立不同特征桩段的微分方程,采用有限差分法进行求解,并自行编制了Matlab计算程序,从而建立了高陡横坡段桥梁双桩结构的内力位移计算方法。 针对相关模型试验资料匮乏的现状,参与设计完成不同坡度的岩质横坡段桥梁双桩结构的室内模型试验,通过量测受荷过程中桩身内力和桩周地基抗力的分布情况,基于试验结果验证了本文理论分析方法的可靠性,并进一步分析探讨了不同荷载条件下高陡横坡段桥梁双桩结构的承载机理和受力变形特性。最后,利用有限元方法可重复性强的优点,采用ADINA非线性有限元软件建立三维数值分析模型,分析研究了不同桥梁荷载下边坡的力学响应和不同荷载组合对桥梁双桩结构内力位移的影响。同时探讨了桩身刚度、横系梁刚度、桩周岩土体弹性模量对双桩结构内力及位移的影响,得到高陡横坡段桥梁双桩结构的多因素敏感度分析结果。


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