【博士】橋臺(tái)后回填差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)方法研究【2005】

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　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2005年　　在地勢(shì)不平坦地區(qū)或軟土地區(qū)修筑公路時(shí)常建造橋梁以跨越溝、谷或軟基路段的阻隔，這就形成了橋臺(tái)后回填材料變形及穩(wěn)定問(wèn)題。路橋過(guò)渡段差異沉降發(fā)展至一定程度就會(huì)導(dǎo)致“橋頭跳車”現(xiàn)象的發(fā)生。本文在橋臺(tái)后回填材料工程特性及橋臺(tái)后回填有限元模擬研究基礎(chǔ)上，提出橋臺(tái)后回填的差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)及回填設(shè)計(jì)方法與流程，旨在有效抑制差異沉降帶來(lái)的公路結(jié)構(gòu)物后路面的結(jié)構(gòu)與功能性損害。本文主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論概述如下：　　1．材料工程特性三軸試驗(yàn)研究。根據(jù)材料三軸試驗(yàn)，分析了路面結(jié)構(gòu)材料(大粒徑瀝青碎石、水穩(wěn)碎石與級(jí)配碎石)回彈模量與回填材料(粉質(zhì)粘土與碎石)的靜，動(dòng)力變形特性，以及已有計(jì)算公式的適用性：提出了修正的Li—Selig永久變形計(jì)算公式、材料非線性強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則表達(dá)式和密實(shí)狀態(tài)下材料的剪脹系數(shù)表達(dá)式?！　?．材料本構(gòu)模型研究。依據(jù)材料性能試驗(yàn)成果，推導(dǎo)得到了細(xì)粒材料與粗粒材料的屈服面與硬化規(guī)則表達(dá)式：引入次加載面(Subloading Surface)概念，將模型拓展為相應(yīng)動(dòng)力形式。采用向后Euler算法以及Newton．Raphson迭代方法積分本構(gòu)方程，并以UMAT的形式嵌入到ABAQUS軟件中。通過(guò)碎石材料的三軸試驗(yàn)有限元模擬初步驗(yàn)證了本構(gòu)模型的適用性和有效性?！　?．橋臺(tái)后回填差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)研究。通過(guò)ABAQUS大型有限元軟件(交通荷載采用VDLOAD子程序模擬)，分析了橋臺(tái)后回填區(qū)域上典型瀝青路面結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力響應(yīng)特性，以及差異沉降與路面結(jié)構(gòu)損傷裂紋擴(kuò)展直至破壞的發(fā)展規(guī)律，提出了路橋過(guò)渡段回填的差異沉降結(jié)構(gòu)性控制標(biāo)準(zhǔn)?；谌?、車、路振動(dòng)模型及其相應(yīng)解答，將結(jié)構(gòu)性控制標(biāo)準(zhǔn)推廣為可考慮公路等級(jí)差　　異的路橋過(guò)渡段差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)?！　?．交通荷載作用下橋臺(tái)后回填長(zhǎng)期變形計(jì)算方法研究．參照路面結(jié)構(gòu)多層體系理論，根據(jù)彈性動(dòng)力平衡微分方程與Fourier變換，推導(dǎo)得到移動(dòng)條形荷載作用下彈性半平面多層體系動(dòng)應(yīng)力解答。根據(jù)修正的Li-Selig永久變形經(jīng)驗(yàn)公式，推導(dǎo)得到平面應(yīng)變條件下交通荷載作用引起的路表殘余應(yīng)力與殘余變形計(jì)算公式，并采用Fortran語(yǔ)言編制相應(yīng)計(jì)算程序RSTL．FOR?！　?．橋臺(tái)后路堤荷載作用下飽和成層地基固結(jié)變形計(jì)算方法研究。基于Boussinesq彈性解、Terzaghi固結(jié)微分方程與Kelvin粘彈性應(yīng)力應(yīng)變微分方程，推導(dǎo)了半無(wú)限路堤荷載分級(jí)施工條件下成層地基固結(jié)變形解答，并采用Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)了相應(yīng)計(jì)算程序CSSML-FOR。　　6．橋臺(tái)后回填設(shè)計(jì)方法研究。依據(jù)剛?cè)徇^(guò)渡設(shè)計(jì)思想與橋臺(tái)后回填工后沉降設(shè)計(jì)計(jì)算方法，提出了設(shè)計(jì)年限為15年情況下橋臺(tái)后回填(包括回填范圍，回填材料選擇與搭板設(shè)計(jì))設(shè)計(jì)方法。根據(jù)橋臺(tái)后回填工后沉降設(shè)計(jì)計(jì)算方法與差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，提出了保證路橋過(guò)渡段正常工作的回填設(shè)計(jì)流程，并給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例分析?！　?．橋臺(tái)后回填加筋處治與設(shè)計(jì)方法研究。根據(jù)橋臺(tái)與回填區(qū)域水平位移的倒三角形分布特征，提出了加筋長(zhǎng)度隨高度方向有所變化(即回填區(qū)底部短上部長(zhǎng))的鋪設(shè)建議。根據(jù)加筋復(fù)合體形成機(jī)理以及橋臺(tái)后加筋回填特性，提出了拔出破壞條件下加筋復(fù)合體材料強(qiáng)度與變形參數(shù)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。以第7章回填設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，提出了橋臺(tái)后加筋回填設(shè)計(jì)方法。　　本文開(kāi)展的研究工作較為全面而深入地揭示了橋臺(tái)后回填沉降變形規(guī)律，提出了相應(yīng)沉降計(jì)算方法、差異沉降控制標(biāo)準(zhǔn)與回填設(shè)計(jì)流程，為相關(guān)工程實(shí)踐提供了理論與技術(shù)支持。　　

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