[博士]軟土地區(qū)懸索橋重力式錨碇穩(wěn)定性和變位研究

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　　[博士]軟土地區(qū)懸索橋重力式錨碇穩(wěn)定性和變位研究　　學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位： 博士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)　　學(xué)位年度：2006　　 隨著交通建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，近年來(lái)不斷有懸索橋重力式錨旋需要建在軟土地基上，然而軟土地基的特性與目前懸索橋重力式錨錠設(shè)計(jì)準(zhǔn)則之間存在很大差距，因此，在軟土地基上設(shè)計(jì)錨旋時(shí)，不僅需要對(duì)常規(guī)懸索橋重力式錨旋整體穩(wěn)定性驗(yàn)算方法進(jìn)行適當(dāng)修正，而且需要進(jìn)行錨旋變位驗(yàn)算。本文以此為背景，采用相似模型試驗(yàn)、解析分析和數(shù)值模擬三種手段相互驗(yàn)證的方法從整個(gè)施工、運(yùn)營(yíng)過(guò)程對(duì)懸索橋重力式錨旋進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。這些研究成果，不但加深了對(duì)錨錠工作機(jī)理的認(rèn)識(shí)，總結(jié)了軟土地基上錨旋整體穩(wěn)定和變位的一些規(guī)律，而且提出了適合軟土地區(qū)重力式錨旋整體穩(wěn)定性和變位分析的理論方法。可以歸納如下:　　 (一)錨錠及周圍土體穩(wěn)定性和變位規(guī)律　　 從基坑開挖到基礎(chǔ)形成，從錨體澆筑到全橋運(yùn)營(yíng)，地基先由均勻受壓到后傾偏心受壓再到前傾偏心受壓，錨旋則經(jīng)歷了從后傾向前傾的變化。　　 在巨大的錨錠自重作用下，對(duì)于強(qiáng)度低、壓縮性高的軟土地基，錨旋前趾的沉降不能忽視。而錨旋前趾的沉降使得錨碳轉(zhuǎn)動(dòng)軸的位置不再是傳統(tǒng)錨碗設(shè)計(jì)理論中假定的錨碳前趾部位，而是相對(duì)偏后，在錨錠基底范圍內(nèi)部，錨旋轉(zhuǎn)動(dòng)軸前面的地基承載力能夠?qū)﹀^錠抗傾覆穩(wěn)定發(fā)揮一定的作用?！　? 從錨錠發(fā)生失穩(wěn)破壞的整個(gè)過(guò)程來(lái)看，隨著基坑開挖、混凝土澆筑和主纜拉力的逐漸增加，錨旋側(cè)面塑性區(qū)從錨旋附近地表逐漸向遠(yuǎn)處、向深處發(fā)展擴(kuò)大，最后和錨旋底部塑性區(qū)貫通，形成完整連續(xù)的滑動(dòng)面，引起錨旋失穩(wěn)?！　? 基坑開挖，錨旋結(jié)構(gòu)周圍土體向坑內(nèi)位移，坑底土體隆起，錨旋下部地基由于受到基坑開挖卸載的擾動(dòng)影響，強(qiáng)度降低。錨旋結(jié)構(gòu)施工后，錨旋下部地基在錨旋基底壓力作用下產(chǎn)生再壓縮沉降。隨著主纜拉力的施加，錨旋前側(cè)土體出現(xiàn)豎向和水平向位移。土體豎向和水平向位移隨主纜拉力、測(cè)點(diǎn)距離等因素的變化而變化?！　? 錨錠結(jié)構(gòu)四周接觸面外側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體均有助于錨旋結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定、減少變位，但各接觸面作用力發(fā)揮作用的大小隨主纜拉力的變化而變化。從這點(diǎn)來(lái)看，在軟土地基上設(shè)計(jì)下埋重力式錨錠時(shí)，可以適當(dāng)考慮前側(cè)土體的抗力作用，但由于實(shí)際土壓力非常復(fù)雜，士壓力到底取多少需慎重分析研究確定。 　　 (二)錨旋穩(wěn)定性分析　　 錨旋基坑開挖結(jié)束，基礎(chǔ)澆筑之前是比較危險(xiǎn)的工況之一，而且錨旋施工中基坑開挖卸載等因素對(duì)基底土層產(chǎn)生了擾動(dòng)影響，降低了地基承載能力，本文進(jìn)行地基穩(wěn)定性分析時(shí)考慮這種擾動(dòng)影響，對(duì)地基承載力進(jìn)行適當(dāng)折減。　　 錨旋周圍介質(zhì)對(duì)錨錠穩(wěn)定性和變位的影響非常明顯，但考慮到懸索橋?qū)﹀^旋位移的限制一般較嚴(yán)格，錨旋前側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)不可能達(dá)到極限平衡狀態(tài)，需要分析能夠考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大容許位移的抗力，本文采用彈性地基梁理論推導(dǎo)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗力和錨旋位移的關(guān)系式?！　? 軟土地基上錨旋轉(zhuǎn)動(dòng)軸并非傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中假定的錨錠前趾點(diǎn)，在軟土地區(qū)設(shè)計(jì)錨旋需考慮錨旋下地基承載力對(duì)錨錠穩(wěn)定性的影響。本文采用魏錫克極限承載力公式推導(dǎo)了錨旋下轉(zhuǎn)動(dòng)軸前面地基承載力所能提供的抗傾援力矩?！　? 在對(duì)上述3個(gè)方面分析的基礎(chǔ)上，對(duì)常規(guī)重力式錨旋設(shè)計(jì)時(shí)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算公式進(jìn)行了部分修正?！　? (三)錨旋變位分析　　 根據(jù)靜力平衡條件，推導(dǎo)了能夠考慮錨錠結(jié)構(gòu)各接觸面上土與結(jié)構(gòu)相互作用的變位分析模型。在此基礎(chǔ)上，假定錨旋周圍土體為線彈性體，得到了錨旋結(jié)構(gòu)任意點(diǎn)變位的解析解，并給出了算例?！　? 基于Miundlin, Cerniti應(yīng)力解和分層總和法，提出了錨旋的沉降計(jì)算方法。該方法吸取了分層總和法可以充分考慮場(chǎng)地土層分布的優(yōu)點(diǎn)，又改進(jìn)了規(guī)范中分層總和法采用解確定附加應(yīng)力場(chǎng)的局限性?！　? 對(duì)節(jié)旋變位的非線性分析進(jìn)行了簡(jiǎn)單討論，提出了采用接觸面雙曲線本構(gòu)關(guān)系分析錨碗變位的初步框架。　　 本文通過(guò)對(duì)相似模型試驗(yàn)、解析分析和三維數(shù)值模擬三種成果相互驗(yàn)證，綜合研究錨旋結(jié)構(gòu)與土體的相互作用機(jī)理和穩(wěn)定性、變形規(guī)律，無(wú)疑有助于加深對(duì)軟土地區(qū)重力式錨旋設(shè)計(jì)的適用性和安全度的認(rèn)識(shí)，研究得到的規(guī)律、成果對(duì)懸索橋重力式錨旋的設(shè)計(jì)、施工有參考價(jià)值。

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