發(fā)布時(shí)間：2017-05-18 03:01

  本文關(guān)鍵詞：考慮土、上部結(jié)構(gòu)和橋臺(tái)相互作用的橋臺(tái)地震土壓力計(jì)算方法，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近些年地震頻發(fā),作為交通咽喉的橋梁結(jié)構(gòu)如何保持良好的作用顯得尤為重要。大量地震災(zāi)害研究資料表明,橋臺(tái)在地震作用下由于土壓力過(guò)大而破壞,進(jìn)而引起橋梁倒塌喪失交通作用的情況十分明顯。但是目前國(guó)內(nèi)關(guān)于地震作用下橋臺(tái)受到的土壓力方面的研究還比較少,國(guó)內(nèi)常用的橋臺(tái)設(shè)計(jì)方法中地震土壓力的計(jì)算乃是采用擋土墻土壓力計(jì)算方法,然而橋臺(tái)的受力情況與擋土墻并不盡相同,因?yàn)闃蚺_(tái)的質(zhì)量和剛度顯然都比較大,而且作為上部結(jié)構(gòu)的主要承重結(jié)構(gòu),在地震發(fā)生時(shí)還容易受到上部結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度的影響,并不像擋土墻等柔性結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時(shí)變形較大。因此對(duì)于地震作用下橋臺(tái)受到的主動(dòng)與被動(dòng)土壓力的研究顯得尤為重要。本文在Coulomb土壓力理論的基礎(chǔ)上,結(jié)合圖解法求解土楔形體傾斜破裂角,推導(dǎo)考慮橋臺(tái)實(shí)際結(jié)構(gòu)形式的橋臺(tái)土壓力計(jì)算方法,并采用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)地震作用下橋臺(tái)所受土壓力進(jìn)行數(shù)值模擬,進(jìn)一步分析考慮上部結(jié)構(gòu)的地震作用下橋臺(tái)所受到的土壓力,最后對(duì)所提出的計(jì)算方法中各個(gè)參數(shù)對(duì)于結(jié)果的影響進(jìn)行探索研究。具體內(nèi)容如下:(1)以Coulomb土壓力理論為基礎(chǔ),考慮梁波提出的橋臺(tái)臺(tái)背填土劃分形式,利用圖解法對(duì)土楔形體傾斜破裂角進(jìn)行求解,得到土楔形體傾斜破裂角的結(jié)果,進(jìn)一步得出針對(duì)橋臺(tái)的地震土壓力計(jì)算方法。(2)利用ABAQUS有限元分析軟件建立地震作用下橋臺(tái)主動(dòng)土壓力計(jì)算數(shù)值分析模型,并在該模型中施加大、中、小三種等級(jí)地震波,其峰值加速度分別為0.4g、0.2g、0.1g。分析地震作用下橋臺(tái)與土壤接觸面應(yīng)力分布形式和大小,以及作用在接觸面上的土壓力合力大小,并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。(3)以現(xiàn)有橋梁設(shè)計(jì)圖為基礎(chǔ),建立考慮上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)相互作用的橋臺(tái)地震主動(dòng)土壓力數(shù)值分析模型,忽略橋墩對(duì)于上部結(jié)構(gòu)的影響,建立單跨梁式橋數(shù)值分析模型,并對(duì)該模型施加峰值加速度為0.4g(大)、0.2g(中)、0.1g(小)三種地震波。分析該條件下接觸面處應(yīng)力分布情況,以及作用在接觸面上的土壓力合力大小,對(duì)不考慮上部結(jié)構(gòu)作用的橋臺(tái)地震土壓力進(jìn)行對(duì)比分析,得出上部結(jié)構(gòu)的存在對(duì)于橋臺(tái)地震土壓力的影響。(4)對(duì)所提出的計(jì)算方法進(jìn)行參數(shù)敏感性分析,分析各個(gè)參數(shù)變化對(duì)于土壓力計(jì)算值的影響。結(jié)果表明:隨著內(nèi)摩擦角(φ)的增大,主動(dòng)土壓力計(jì)算系數(shù)逐漸減小,并且此趨勢(shì)越來(lái)越明顯。并且隨著外摩擦角(δ)的增大,主動(dòng)土壓力系數(shù)也逐漸減小;當(dāng)δ=φ/2~φ,這種趨勢(shì)并不明顯,然而當(dāng)δ=0~φ/2,這種變化趨勢(shì)較為顯著。隨著臺(tái)背傾角的增大,土壓力系數(shù)漸減小。相對(duì)來(lái)說(shuō),內(nèi)摩擦角的影響程度更大一些。水平地震加速度系數(shù)增大則主動(dòng)土壓力系數(shù)增大,隨著內(nèi)摩擦角的增大,水平加速度變化對(duì)土壓力計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生的影響逐漸減小。就以上參數(shù)來(lái)說(shuō),內(nèi)摩擦角的變化對(duì)于橋臺(tái)土壓力計(jì)算結(jié)果影響較大,水平地震系數(shù)變化對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響比內(nèi)摩擦角變化對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響弱。(5)總的來(lái)說(shuō),土壤內(nèi)摩擦角(φ)對(duì)于橋臺(tái)地震土壓力計(jì)算結(jié)果的影響要大于其他任何參數(shù)。同時(shí),在本研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn),不考慮上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)的相互作用會(huì)大大低估橋臺(tái)在地震過(guò)程中受到的土壓力,降低幅度達(dá)到50%以上,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,如果不考慮上部結(jié)構(gòu)對(duì)于橋臺(tái)的影響則會(huì)降低橋臺(tái)的安全系數(shù),使得在地震過(guò)程中橋臺(tái)容易因土壓力過(guò)大而發(fā)生破壞。總而言之,擋土墻地震土壓力計(jì)算方法并不能適用于橋臺(tái),本文方法考慮了土壓力計(jì)算過(guò)程中各個(gè)參數(shù)的影響以及上部結(jié)構(gòu)與橋臺(tái)相互作用的影響,更符合橋臺(tái)的實(shí)際情況。
【關(guān)鍵詞】：橋臺(tái) 地震 土壓力 數(shù)值分析 土楔形體平衡理論
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U442.55
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 引言10-12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 橋梁在地震過(guò)程中發(fā)生的破壞類型12-13
• 1.2.2 擋土墻在地震中的表現(xiàn)13-14
• 1.3 擋土墻土壓力計(jì)算14-19
• 1.3.1 擬靜力計(jì)算方法14-17
• 1.3.2 極限位移法17-18
• 1.3.3 數(shù)值分析方法18
• 1.3.4 擬動(dòng)力方法18-19
• 1.4 相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究19-20
• 1.5 本課題研究的主要內(nèi)容20-22
• 第二章 地震條件下橋臺(tái)土壓力計(jì)算方法22-36
• 2.1 擋土墻地震土壓力計(jì)算方法22-25
• 2.1.1 Mononobe-Okabe方法22-23
• 2.1.2 梁波方法23
• 2.1.3 林宇亮水平層分析法23-25
• 2.2 主動(dòng)土壓力計(jì)算過(guò)程25-30
• 2.2.1 土楔形體的受力分析25
• 2.2.2 土楔形體ACD受力分析25-29
• 2.2.3 土楔形體ABC受力分析29-30
• 2.3 被動(dòng)土壓力計(jì)算30-33
• 2.3.1 土體ACD受力圖30-32
• 2.3.2 土體ABC受力分析32-33
• 2.4 算例分析33-36
• 第三章 地震條件下橋臺(tái)主動(dòng)土壓力計(jì)算的數(shù)值模擬方法研究36-50
• 3.1 ABAQUS有限元分析軟件介紹36-38
• 3.2 橋臺(tái)地震土壓力數(shù)值分析方法38-50
• 3.2.1 創(chuàng)建部件幾何模型39-40
• 3.2.2 定義材料參數(shù)及截面屬性40-41
• 3.2.3 裝配部件41-42
• 3.2.4 定義分析步及接觸屬性42-43
• 3.2.5 設(shè)置荷載及網(wǎng)格43-46
• 3.2.6 后處理46-50
• 第四章 考慮上部結(jié)構(gòu)的橋臺(tái)地震土壓力數(shù)值模擬50-64
• 4.1 引言50-51
• 4.2 考慮上部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)地震土壓力數(shù)值模擬模型51-53
• 4.3 考慮上部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)地震土壓力數(shù)值模擬結(jié)果分析53-61
• 4.3.1 接觸面應(yīng)力云圖分析53-56
• 4.3.2 橋臺(tái)地震位移響應(yīng)分析56-60
• 4.3.3 橋臺(tái)土壓力與計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-64
• 第五章 參數(shù)變化對(duì)土壓力計(jì)算結(jié)果的影響64-72
• 5.1 引言64
• 5.2 本文方法與M-O方法及庫(kù)倫理論對(duì)比64-66
• 5.3 計(jì)算參數(shù)對(duì)本文公式的影響66-69
• 5.4 本章小結(jié)69-72
• 第六章 結(jié)論與展望72-76
• 6.1 結(jié)論72-73
• 6.2 展望73-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文84

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