【博士】山區(qū)高橋墩-樁基結(jié)構(gòu)體系承載特性及其分析方法研究【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：巖土工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：湖南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系的承載特性及其分析方法是西部山區(qū)公路建設(shè)所面臨的新課題之一。由于山區(qū)地形、荷載及工況等條件的復(fù)雜性，高橋墩一樁基結(jié)構(gòu)體系無(wú)論是承載機(jī)理和變形分析，還是穩(wěn)定性計(jì)算方法均缺乏深入研究。因此，如何全面掌握山區(qū)高橋墩．樁基礎(chǔ)的承載機(jī)理、受力特性與分析方法，對(duì)其合理設(shè)計(jì)計(jì)算具有重要的理論與工程實(shí)際意義。為此，本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“陡坡段橋梁樁基設(shè)計(jì)理論與數(shù)值模擬方法研究"(50578060)和湖南省交通科技項(xiàng)目“高陡邊坡段橋梁樁基設(shè)計(jì)與防護(hù)技術(shù)研究”(200513)，從理論分析、數(shù)值模擬、室內(nèi)模型試驗(yàn)等方面對(duì)其進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，以期豐富山區(qū)高橋墩、樁基結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)計(jì)算理論?！　”疚氖紫仍诳偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外已有相關(guān)研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，引入巖體結(jié)構(gòu)控制理論，對(duì)樁周巖體工程特性及其風(fēng)化分帶方法進(jìn)行了分析，建立出山區(qū)高橋墩．樁基基巖風(fēng)化程度的量化表達(dá)式。通過分析與總結(jié)邊坡穩(wěn)定性分析方法后，考慮邊坡穩(wěn)定性分析的不確定性因素，引入基于模糊理論的邊坡多級(jí)模糊評(píng)判方法對(duì)樁周巖質(zhì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。針對(duì)山區(qū)高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)，探討了山區(qū)高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系的承載機(jī)理和受力特性，借鑒平地基樁樁身內(nèi)力及變形計(jì)算分析思路，通過分析邊坡上基樁前后巖(土)體抗力及推力分布規(guī)律，建立復(fù)雜荷載下高橋墩．基樁的計(jì)算模型，采用冪級(jí)數(shù)方法求解，導(dǎo)出高橋墩．基樁內(nèi)力及位移計(jì)算方法，并開發(fā)出相應(yīng)計(jì)算程序?！　∑浯?，在分析穩(wěn)定性分析基本理論及基樁失穩(wěn)荷載求解方法的基礎(chǔ)上，考慮基樁失穩(wěn)破壞的非線性與突發(fā)性特點(diǎn)，引入突變理論，建立山區(qū)高橋墩．樁基體系穩(wěn)定失穩(wěn)的尖點(diǎn)突變模型，基于突變理論基本原理，求得了山區(qū)高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定失穩(wěn)條件，并建立出山區(qū)高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系失穩(wěn)破壞荷載與其對(duì)應(yīng)墩頂水平位移確定方法。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)山區(qū)樁端巖溶發(fā)育問題，考慮溶洞頂板破壞的突發(fā)性及其影響因素的模糊性，提出巖溶區(qū)高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系下伏溶洞頂板安全厚度確定的突變模型與樁端溶洞項(xiàng)板穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的突變?cè)u(píng)判新方法。　　為了進(jìn)一步探討山區(qū)高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系的承載機(jī)理和受力特性，結(jié)合工程實(shí)際，借助非線性有限元分析軟件，在考慮樁．巖接觸等非線性因素的基礎(chǔ)上，建立出山區(qū)高橋墩一樁基結(jié)構(gòu)單排雙樁的三維彈塑性模型，分析了不同荷載條件下山區(qū)高橋墩一樁基的受力特性及其穩(wěn)定性影響因素，深化了對(duì)山區(qū)高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系承載特性的認(rèn)識(shí)?！　〈送?，采用非確定性分析方法，在總結(jié)可靠度基本理論及現(xiàn)有可靠性分析常用方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有方法的局限性，引入響應(yīng)面方法，建立高橋墩一樁基結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定的改進(jìn)響應(yīng)面方法。針對(duì)高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系巖土參數(shù)區(qū)間性特點(diǎn)，引入?yún)^(qū)間理論和非概率思想，建立了基于區(qū)間理論的高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性非概率可靠性分析方法，從而形成較完整的山區(qū)高橋墩．樁基結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性非確定性分析方法。　　最后，通過高橋墩．樁基室內(nèi)模型試驗(yàn)驗(yàn)證了本文理論方法的正確性。試驗(yàn)共分兩大部分：第一部分是承載特性試驗(yàn)，完成了豎向荷載、側(cè)向荷載、水平荷載及復(fù)雜荷載下4組模型樁受力特性試驗(yàn)，探討不同樁項(xiàng)自由長(zhǎng)度、不同嵌固深度、不同基樁剛度以及不同邊坡坡度等對(duì)基樁受力的影響，進(jìn)一步深化山區(qū)高橋墩-樁基的受力特性和承載機(jī)理：第二部分是高橋墩．樁基失穩(wěn)破壞試驗(yàn)，通過設(shè)計(jì)不同墩樁長(zhǎng)度比、墩樁剛度比及不同墩頂邊界約束等組合條件下的模型試驗(yàn)，探討了高橋墩．樁基屈曲工作性狀，獲得了不同樁基埋深、墩樁剛度比、墩頂約束等條件下的高橋墩．樁基的失穩(wěn)破壞荷載。理論與試驗(yàn)結(jié)果表明：理論計(jì)算與試驗(yàn)值吻合較好，展示了本文方法的合理性與工程參考價(jià)值?！　?

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