[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)計準(zhǔn)則之間存在很大差距，因此，在軟土地基上設(shè)計錨旋時，不僅需要對常規(guī)懸索橋重力式錨旋整體穩(wěn)定性驗算方法進行適當(dāng)修正，而且需要進行錨旋變位驗算。本文以此為背景，采用相似模型試驗、解析分析和數(shù)值模擬三種手段相互驗證的方法從整個施工、運營過程對懸索橋重力式錨旋進行了較系統(tǒng)的研究。這些研究成果，不但加深了對錨錠工作機理的認識，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?？梢詺w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營，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，對于強度低、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)動軸的位置不再是傳統(tǒng)錨碗設(shè)計理論中假定的錨碳前趾部位，而是相對偏后，在錨錠基底范圍內(nèi)部，錨旋轉(zhuǎn)動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)破壞的整個過程來看，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處、向深處發(fā)展擴大，最后和錨旋底部塑性區(qū)貫通，形成完整連續(xù)的滑動面，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影響，強度降低。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、測點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。從這點來看，在軟土地基上設(shè)計下埋重力式錨錠時，可以適當(dāng)考慮前側(cè)土體的抗力作用，但由于實際土壓力非常復(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的工況之一，而且錨旋施工中基坑開挖卸載等因素對基底土層產(chǎn)生了擾動影響，降低了地基承載能力，本文進行地基穩(wěn)定性分析時考慮這種擾動影響，對地基承載力進行適當(dāng)折減?！　? 錨旋周圍介質(zhì)對錨錠穩(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)圍護結(jié)構(gòu)不可能達到極限平衡狀態(tài)，需要分析能夠考慮圍護結(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)動軸并非傳統(tǒng)設(shè)計中假定的錨錠前趾點，在軟土地區(qū)設(shè)計錨旋需考慮錨旋下地基承載力對錨錠穩(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)動軸前面地基承載力所能提供的抗傾援力矩?！　? 在對上述3個方面分析的基礎(chǔ)上，對常規(guī)重力式錨旋設(shè)計時整體穩(wěn)定性驗算公式進行了部分修正?！　? (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算方法。該方法吸取了分層總和法可以充分考慮場地土層分布的優(yōu)點，又改進了規(guī)范中分層總和法采用解確定附加應(yīng)力場的局限性?！　? 對節(jié)旋變位的非線性分析進行了簡單討論，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?！　? 本文通過對相似模型試驗、解析分析和三維數(shù)值模擬三種成果相互驗證，綜合研究錨旋結(jié)構(gòu)與土體的相互作用機理和穩(wěn)定性、變形規(guī)律，無疑有助于加深對軟土地區(qū)重力式錨旋設(shè)計的適用性和安全度的認識，研究得到的規(guī)律、成果對懸索橋重力式錨旋的設(shè)計、施工有參考價值。

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