【摘要】：橋梁墩臺(tái)、抗滑樁及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)是巖土工程中最常見(jiàn)的三種結(jié)構(gòu)類(lèi)型,在設(shè)計(jì)時(shí)通常要進(jìn)行大量的分析計(jì)算來(lái)保證結(jié)構(gòu)在荷載作用下的安全穩(wěn)定。橋梁墩臺(tái)在受到水平荷載作用時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)樁體破壞的現(xiàn)象,進(jìn)而影響到橋梁下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,影響橋梁的正常使用。柔性墩臺(tái)理論使墩臺(tái)具備了一定的柔度,從而能夠承擔(dān)上部的水平力�？够瑯稇{借樁與樁周土體的共同作用,將滑坡推力傳遞到穩(wěn)定的地層,并利用穩(wěn)定地層的錨固作用和被動(dòng)抗力來(lái)平衡滑坡推力�；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)則主要承受基坑開(kāi)挖卸荷所產(chǎn)生的土壓力與水壓力,并將此壓力傳遞給支撐,是一種臨時(shí)施工擋墻結(jié)構(gòu)。由于影響因素較多,設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)實(shí)際情況,采用最為適宜的支護(hù)形式。柔性墩臺(tái)的內(nèi)力通常因墩頂和樁頂?shù)募s束條件不同而不同,其上部結(jié)構(gòu)傳遞的水平力也因各墩的剛度不同而不同,常采用集成剛度法計(jì)算,步驟十分繁瑣�？够瑯对谒搅ψ饔孟碌膬�(nèi)力分析通常采用圓弧法或滑坡推力法進(jìn)行計(jì)算,分析過(guò)程比較復(fù)雜,常會(huì)出現(xiàn)人為誤差�；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算隨方法比較成熟,但是如果地層條件較復(fù)雜,基坑開(kāi)挖深度較深時(shí),計(jì)算過(guò)程往往非常繁瑣,增加了誤差產(chǎn)生的幾率,給設(shè)計(jì)施工帶來(lái)不便。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,各類(lèi)計(jì)算軟件層出不窮。理正巖土計(jì)算軟件在抗滑樁內(nèi)力計(jì)算和基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中應(yīng)用比較廣泛,而ANSYS有限元軟件、Midas GTS、橋梁博士等軟件在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多。這些軟件以有限元分析理論為基礎(chǔ),對(duì)橋梁墩臺(tái)進(jìn)行單元結(jié)構(gòu)的劃分,約束條件的確定,最終在計(jì)算機(jī)上建立模型。有限元法在計(jì)算時(shí)需要進(jìn)行大量的單元?jiǎng)澐?并且需要對(duì)節(jié)點(diǎn)約束條件進(jìn)行分析,其單元?jiǎng)澐值馁|(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)計(jì)算結(jié)果的精確度影響很大。本文以Maple代數(shù)計(jì)算軟件為平臺(tái),以彈性地基梁理論為基礎(chǔ),分別對(duì)水平力作用下巖土工程中常見(jiàn)的樁柱式柔性墩臺(tái)、抗滑樁結(jié)構(gòu)及懸臂式基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算方法進(jìn)行研究分析,并通過(guò)實(shí)際案例論述了Maple計(jì)算軟件在巖土工程結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算中的適用性。在案例中,將Maple所得計(jì)算結(jié)果與其他常用計(jì)算分析方法所得結(jié)果進(jìn)行比較,總結(jié)二者之間的規(guī)律,并提出Maple計(jì)算方法對(duì)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果的修正值,為結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算更加準(zhǔn)確、方便、快捷提供參考依據(jù)。本文還對(duì)凍土地區(qū)墩臺(tái)結(jié)構(gòu)在地基土凍脹力作用下的內(nèi)力計(jì)算方法進(jìn)行了研究,并以實(shí)際工程為例進(jìn)行了分析研究,為Maple計(jì)算軟件在實(shí)際工程中的應(yīng)用及推廣提供數(shù)據(jù)參考。通過(guò)案例分析的對(duì)比結(jié)果,主要取得了如下成果:1)應(yīng)用Maple計(jì)算軟件對(duì)水平力作用下的柔性墩臺(tái)、抗滑樁及基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算其結(jié)果具有較高精度,計(jì)算過(guò)程方便快捷,程序編輯簡(jiǎn)單易懂,作為一種新的計(jì)算方法,可以在實(shí)際工程設(shè)計(jì)計(jì)算中推廣使用。2)基于m法的計(jì)算原則,對(duì)于柔性墩臺(tái)的支座微分方程進(jìn)行了推導(dǎo),并根據(jù)溫度影響力、混凝土收縮、徐變作用下,各墩臺(tái)協(xié)同變形關(guān)系建立整橋的邊界條件。采用Maple計(jì)算軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力,既不用進(jìn)行繁瑣的計(jì)算,也不用進(jìn)行大量的查表工作,通過(guò)與集成剛度法和Midas有限元軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,所反映的內(nèi)力變化規(guī)律基本一致,并且具有很高的精度,可以作為橋梁墩臺(tái)內(nèi)力計(jì)算的一種新方法應(yīng)用到實(shí)際工程設(shè)計(jì)計(jì)算中。3)在抗滑樁的內(nèi)力計(jì)算中,將剛性短樁與柔性長(zhǎng)樁均按m法進(jìn)行計(jì)算,并與理正軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,二者反映的位移、彎矩、剪力的變化趨勢(shì)基本相同。從數(shù)值上看,Maple的計(jì)算結(jié)果稍大。通過(guò)與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的位移結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,Maple計(jì)算的剛性樁結(jié)果的修正系數(shù)為0.85,柔性樁計(jì)算結(jié)果的修正系數(shù)為0.86。采用Maple計(jì)算軟件計(jì)算抗滑樁的內(nèi)力與位移,無(wú)需再進(jìn)行剛性樁還是柔性樁的判別,只需對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正即可,修正系數(shù)為0.86,計(jì)算結(jié)果精確、可靠,可以作為抗滑樁內(nèi)力計(jì)算的一種新方法推廣應(yīng)用。4)在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算中,以排樁結(jié)構(gòu)為例,將計(jì)算結(jié)果與理正軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,Maple的計(jì)算結(jié)果稍大,但其位移、彎矩、剪力的變化趨勢(shì)基本一致。將Maple計(jì)算結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,計(jì)算出Maple的修正系數(shù)為0.85。因此,可將Maple計(jì)算軟件應(yīng)用到懸臂式基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算中,結(jié)果準(zhǔn)確可靠。5)本文針對(duì)凍土區(qū)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的受力特點(diǎn),對(duì)樁柱式基礎(chǔ)進(jìn)行了模擬計(jì)算。在進(jìn)行單元?jiǎng)澐謺r(shí),將冰凍線以?xún)?nèi)的樁基結(jié)構(gòu)單獨(dú)作為一個(gè)單元考慮,同時(shí)考慮水平力作用、橫向土抗力作用以及樁周切向凍脹力的作用。推導(dǎo)出的樁基結(jié)構(gòu)微分方程主要由軸向變形微分方程和法向變形微分方程共同來(lái)表達(dá)。在推導(dǎo)過(guò)程中,切向凍脹力被高階最小化掉,因此整個(gè)計(jì)算過(guò)程中切向凍脹力的影響可被視為忽略不計(jì)。在實(shí)際工程中,切向凍脹力的影響可通過(guò)施工技術(shù)手段將其消除,基本上等同為忽略切向凍脹力的影響。因此,Maple計(jì)算軟件同樣適用于凍土區(qū)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的內(nèi)力計(jì)算分析。本文的創(chuàng)新在于:(1)本文基于彈性地基梁理論,根據(jù)柔性墩臺(tái)結(jié)構(gòu)在水平力作用下的受力特點(diǎn)推導(dǎo)出了支座結(jié)構(gòu)的微分方程表達(dá)式,并以溫度影響力、混凝土收縮、徐變作用下,各墩臺(tái)之間的變形關(guān)系設(shè)定求解方程組的邊界條件。(2)本文在抗滑樁計(jì)算中,不進(jìn)行剛性和柔性的區(qū)分,全部按照m法進(jìn)行分析,并將抗滑樁和排樁等懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)的Maple計(jì)算結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,并提出了Maple計(jì)算方法的修正系數(shù)。(3)在計(jì)算凍土區(qū)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)內(nèi)力時(shí),運(yùn)用Maple計(jì)算方法可將切向凍脹力在微分方程中高階最小化,簡(jiǎn)化了分析過(guò)程。通過(guò)與專(zhuān)業(yè)軟件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了Maple計(jì)算方法在凍土區(qū)樁基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算中具有一定的適用性。
【圖文】：

圖 1.1 趙州橋 圖 1.2 南京長(zhǎng)江大橋橋梁通常分為上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)主要為橋墩或橋臺(tái)。橋梁墩臺(tái)的主要作用是承受上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載，并通過(guò)基礎(chǔ)將此荷載及其自身的重量傳遞到地基上。因此墩臺(tái)歷來(lái)都修建的比較龐大，施工過(guò)程中需要耗費(fèi)成百上千立方米的圬工工程量。柔性墩臺(tái)的提出打破了原有

圖 1.1 趙州橋 圖 1.2 南京長(zhǎng)江大橋橋梁通常分為上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)主要為橋墩或橋臺(tái)。橋梁墩臺(tái)的主要作用是承受上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載，，并通過(guò)基礎(chǔ)將此荷載及其自身的重量傳遞到地基上。因此墩臺(tái)歷來(lái)都修建的比較龐大，施工過(guò)程中需要耗費(fèi)成百上千立方米的圬工工程量。柔性墩臺(tái)的提出打破了原有
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U442

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