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桥梁基桩的屈曲及其可靠度分析方法研究

丁加明  
【摘要】: 随着我国大跨度桥梁的高速发展,超长、超高的桥梁基桩在工程建设中应用 日益广泛,因此桥梁基桩的屈曲分析也日益受到应有的重视。基桩的屈曲分析是 一个相当复杂而又具有实际工程意义的课题,其影响因素繁多。尽管国内外学者 上世纪就已有相应的探讨,取得了许多研究成果,但大多局限于对基桩本身的屈 曲研究,而未考虑基桩本身的初始弯曲、施工缺陷和土体分层等诸多特殊情况的 影响。结构可靠度设计是近年来才提出的基于概率论的设计方法,由于桩土共同 工作,桩基的结构体系和设计计算体系十分复杂,各种土性的取值因为样本空间 的非常庞大而难以准确确定,因此离实际应用尚存在一定问题,而对基桩屈曲的 可靠度分析目前似尚未见文献报道。通过对桥梁基桩屈曲破坏机理的深入分析, 客观地评价了国内外基桩屈曲的各种分析方法,讨论了诸如桩身初始倾斜、初始 弯曲、初始倾斜以及分层地基等特殊环境对基桩屈曲的影响;给出了多种边界条 件下基桩屈曲分析的能量法解答及其幂级数解的思路,提出了基桩屈曲分析的非 线性有限元方法,并利用大型有限元结构分析软件ANSYS实现了桥梁基桩屈曲 分析的非线性分析;完成了对桥梁基桩在初始倾斜、初始弯曲、初始缺陷及分层 地基情况下的非线性屈曲分析,得出一些可用于指导工程实践的重要结论;提出 了基桩屈曲的可靠度分析思想,采用贝叶斯方法对基桩屈曲极限荷载的概率分布 进行修正,引用模糊随机可靠度的验算点法计算基桩的屈曲可靠度,利用蒙特卡 洛模拟求解基桩屈曲极限荷载随机变量的统计特征值,提出了几种计算基桩屈曲 可靠度指标的方法,从而实现了基桩屈曲的可靠度分析;将本文方法用于已有模 型实测资料及大型现场实桩实测资料的分析,其表明本文方法计算结果与实测值 吻合良好。


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