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随着我国西部大开发的推进,大量高速公路修建在山区陡坡深谷中。西部山区生态脆弱,随着人们环保意识的增强,对高速公路的开挖与放坡提出了更高的要求。为此,桩柱式桥墩成为构成西部高速公路桥梁的主要下部结构形式。高墩双排桩作为一种新型桩柱结构被广泛采用。高墩双排桩具有上、中横梁联系,且位于高陡边坡上,使其受力状态非常复杂;加之现行规范缺少相关设计内容。为了克服这类桩基在设计和计算中都存在问题,本文结合交通部西部交通建设科科研项目“高陡横坡条件下桩柱式桥梁设计与施工技术研究(200831878531)”课题,运用理论分析、数值模拟、模型试验、综合计算等多种研究手段对高陡横坡段高墩双排桩的承载机理进行了探索性的研究。
在研究国内外相关文献的基础上,本文从如下几个方面进行研究:
首先,分析了高陡边坡的稳定性。阐述了国内学者对高陡边坡的定义;介绍了陡坡岩(土)体的破坏准则,为桩基受力分析和有限元分析建模提供理论依据。指出了陡坡不同滑坡形态下边坡稳定性系数的计算方法,指出了边坡推力在前后排桩作用形式、大小和分布位置,为边坡稳定性分析提供依据。
其次,运用美国大型有限元计算软件ADINA,结合张(张家界)花(花垣)高速公路某高陡横坡桥梁的高墩双排桩基础工程实例,从加载顺序、桩周岩(土)体弹性模量、墩高变化、桩径变化、桩间距变化、混凝土等级变化等多种因素对桩基承载特性的变化进行了分析,分析结果表明当墩高较小时加载顺序对桩基承载特性的影响不大;桩顶位移随着桩周土体弹性模量、桩径和混凝土级别的增加而减小,随着墩高桩间距的增加而增加。
再次,在相似理论的基础上,通过室内模型试验研究了高陡横坡段高墩双排桩的承载特性。用应变片测量桩身两侧应变,将应变转换成桩身弯矩;用百分表测量桩身位移。研究发现:桩身水平位移沿墩高增加而增加;嵌岩段的桩身弯矩最小,接近于零。
最后,分析高陡横坡段高墩双排桩的受力情况。结合高墩双排桩嵌岩特性的特点推导出桩身弹性压缩量的计算公式。运用有限单元法推导出高墩双排桩在边坡推力、竖向荷载和水平荷载作用下的桩顶水平位移和桩身弯矩。将两种方法的理论计算值与实验值相比较,发现两者相差不超过10%,可见这两种计算方法在理论上是可行的。
在研究国内外相关文献的基础上,本文从如下几个方面进行研究:
首先,分析了高陡边坡的稳定性。阐述了国内学者对高陡边坡的定义;介绍了陡坡岩(土)体的破坏准则,为桩基受力分析和有限元分析建模提供理论依据。指出了陡坡不同滑坡形态下边坡稳定性系数的计算方法,指出了边坡推力在前后排桩作用形式、大小和分布位置,为边坡稳定性分析提供依据。
其次,运用美国大型有限元计算软件ADINA,结合张(张家界)花(花垣)高速公路某高陡横坡桥梁的高墩双排桩基础工程实例,从加载顺序、桩周岩(土)体弹性模量、墩高变化、桩径变化、桩间距变化、混凝土等级变化等多种因素对桩基承载特性的变化进行了分析,分析结果表明当墩高较小时加载顺序对桩基承载特性的影响不大;桩顶位移随着桩周土体弹性模量、桩径和混凝土级别的增加而减小,随着墩高桩间距的增加而增加。
再次,在相似理论的基础上,通过室内模型试验研究了高陡横坡段高墩双排桩的承载特性。用应变片测量桩身两侧应变,将应变转换成桩身弯矩;用百分表测量桩身位移。研究发现:桩身水平位移沿墩高增加而增加;嵌岩段的桩身弯矩最小,接近于零。
最后,分析高陡横坡段高墩双排桩的受力情况。结合高墩双排桩嵌岩特性的特点推导出桩身弹性压缩量的计算公式。运用有限单元法推导出高墩双排桩在边坡推力、竖向荷载和水平荷载作用下的桩顶水平位移和桩身弯矩。将两种方法的理论计算值与实验值相比较,发现两者相差不超过10%,可见这两种计算方法在理论上是可行的。