框架式抗滑桩的受力特性研究

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抗滑桩在边坡治理中是应用比较多的一种支挡结构,它在各国滑坡治理中都具有举足轻重的地位。这种结构具有抵抗力大、桩顶位移小并且能有效的限制结构变形的优点,但是目前对于传统的抗滑桩的研究中桩土作用是相分离的,很少考虑桩土之间的相互耦合作用。事实上,抗滑桩的受力机理比较复杂,桩梁土之间的作用是相互制约的,因此对于抗滑桩中土拱效应、桩梁共同作用以及土体抗力的进一步研究是十分必要的。   双排框架式抗滑桩考虑了桩间圈梁和连梁的协调作用和桩梁土的共同作用,这种简化模型是将前后排桩和桩间夹土以及圈梁和联系梁对于桩的作用视为一个整体,将前排桩和后排桩受到的土体的作用简化为了若干个弹性支撑,同时认为前排桩不仅受到主动土压力的作用而且还作用有由于后排桩的土体抗力而对前排桩产生的附加土压力。通过这种简化建立的基于空间协同作用的力学模型对框架式抗滑桩的内力和变形进行了全面的分析,分析结果对工程的应用具有一定的理论研究价值和实际参考意义。   本文考虑了空间协同效应,土拱作用给出了框架式抗滑桩的计算力学模型和数学模型,同时将这种计算原理应用于三峡库区巴东县红石包工程进行结构设计和验算。在对桩土共同作用下抗滑桩的设计和计算问题进行深入研究的基础上,我们可以得出如下一些结论:   1、结合国内外研究现状,从理论分析的方法出发,综合考虑土拱效应、圈梁及连系梁对框架式抗滑桩的空间协同作用建立了双排式抗滑桩的空间力学模型。根据理论计算结果表明,桩、圈梁和连梁在节点处均承受弯矩作用,并且连梁弯矩远大于圈梁,说明在前、后排桩和土体的共同作用下,连梁起到了很好的协同作用,同时也说明当滑坡推力一定时,这种协同作用可以有效的减小抗滑桩截面尺寸,降低造价。   2、在建立力学模型时考虑了桩间圈梁和连梁的协调作用和桩梁土的共同作用,模型将前后排桩和桩间夹土以及圈梁和联系梁对于桩的作用视为一个整体,将前排桩和后排桩受到的土体的作用简化为了若干个弹性支撑,同时认为前排桩不仅受到主动土压力的作用而且还作用有由于后排桩的土体抗力而对前排桩产生了附加土压力。理论分析中这部分由土拱作用和主动土压力共同作用产生的附加应力在求解方程时充当了外力的一部分抵消了滑坡推力的作用,这说明在双排式抗滑桩设计计算时考虑土拱的作用是合理的,同时也说明桩梁土能很好的协同工作。   3、从抗滑桩n取为五跨时得出的弯矩图可以看出,前排桩和后排桩的最大弯矩和剪力均出现在滑动面处,均出现了反弯点,都发生在滑动面以上三分之一位置附近,并且前排桩的反弯点略高于后排桩,说明抗滑桩在承受较大的推力作用时,后排桩承受了更大的弯矩。尽管圈梁和连梁的刚度较之抗滑桩要小得多,但在力的传递过程中也相应承受了较大的弯矩作用,说明传统上单靠单排桩承受的弯矩很好的通过力的协调作用有效的传递到了圈梁和联系梁上,同时进一步的说明桩梁土的空间共同协调作用。   4、由于用MATLAB软件编程时得出的是n为任意跨的框架式抗滑桩结构的内力,在尝试当n为三跨、五跨、七跨以至更多跨时,尽管所得出的桩顶弯矩会有较大的差异,但仔细观察能看出所有的弯矩值有先递减后增加的趋势,说明在滑坡治理时选取合适的n值能更好的起到抗滑效果。   5、在计算受荷段抗滑桩时,本文基于空间协同原理通过结构力学中位移法的方法建立了n跨抗滑桩的数学方程,然后通过MATLAB软件编程求解;而在计算锚固段抗滑桩时,本文引入了综合刚度法原理和双参数法概念,建立了基于双参数法和综合刚度法的抗滑桩的挠曲线微分方程。并采用有限差分法建立了锚固段桩身位移的控制差分方程,接着用MATLAB软件编写了在固定支撑条件下基于双参数法和综合刚度法的弹性抗滑桩的桩身位移和内力计算的有限差分通用程序,通过实例计算说明在基于空间协同作用原理下,采用综合刚度原理和双参数法可以得到可靠的桩身内力和位移。
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