【摘 要】
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随着我国交通基础设施建设的大力发展,大量的公路、铁路向山区扩展,现阶段多数线路往往采用高墩桥梁的形式穿越山区沟谷地带,这将使得部分桥梁桩基直接设置于斜坡之上,从而形成由桥梁上部结构、桩基及边坡所构成的相互影响且相对复杂的结构体系。与常规平地桩基础相比,处于斜坡上的桥梁桩基不仅要承受桥梁上部传至桩顶的横轴向荷载及弯矩,还可能承受由坡体变形而产生的侧向推力,受力特性较为复杂且承载条件更为不利,已难以在
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随着我国交通基础设施建设的大力发展,大量的公路、铁路向山区扩展,现阶段多数线路往往采用高墩桥梁的形式穿越山区沟谷地带,这将使得部分桥梁桩基直接设置于斜坡之上,从而形成由桥梁上部结构、桩基及边坡所构成的相互影响且相对复杂的结构体系。与常规平地桩基础相比,处于斜坡上的桥梁桩基不仅要承受桥梁上部传至桩顶的横轴向荷载及弯矩,还可能承受由坡体变形而产生的侧向推力,受力特性较为复杂且承载条件更为不利,已难以在普通桩基类别中找到其归属。因此,研究复杂荷载作用下斜坡桥梁桩基的受力特性具有重要的工程实用价值。论文以广东省云茂高速独石特大桥斜坡桩基础工程为依托,结合现场调研、监测与数值模拟的研究方法,探明花岗岩类土质斜坡中桥梁桩基的受力模式及状态,研究复杂荷载作用下斜坡桥梁桩基的承载变形规律及稳定性影响因素,提出斜坡桥梁桩基的优化设计分析方法,研究成果可为类似地质条件下斜坡桥梁桩基的设计与施工提供理论参考。论文中开展的主要工作及研究成果如下:(1)依据现场调研情况及相关工程案例资料,归纳分析斜坡桥梁桩基的受荷特征及典型破坏模式。复杂荷载作用下,斜坡桥梁桩基兼具主动桩与被动桩的受力特征,桩顶以下一定深度范围内桩侧摩阻力的非对称性分布与桩体靠下坡侧岩土体所能提供地基抗力的弱化效应,即为斜坡对桩基承载所产生的“斜坡效应”。“斜坡效应”影响下,桩基的典型失效破坏模式更多是复杂荷载耦合作用下的集中反映并主要分为以下三类:整体失稳式破坏、桩体强度失效破坏、结构位移失效破坏。(2)对依托工程花岗岩类土质斜坡桥梁桩基开展现场监测试验研究,探明工程实际中斜坡桩基的受力模式及状态:桩基靠上坡侧坡体推力呈近似抛物线形分布,桩基靠下坡侧土压力因桩体变形模式不同而可能呈正三角形或倒三角形分布;临下坡侧桩基桩顶以下11m范围内岩土体所能提供的侧摩阻力极为有限;受侧向荷载作用桩身最大弯矩值点位于全、强风化层交界处附近,随上部结构施做、桩顶竖向荷载增加,桩身弯矩将持续增大,斜坡桥梁桩基础的P-(35)效应显著。(3)利用有限元软件开展复杂荷载作用下花岗岩类土质斜坡桥梁桩基受力特性及潜在破坏特征分析:不同荷载组合作用下,斜坡单桩的桩身弯矩呈先增后减的单峰曲线型分布,双桩呈近似S型分布;桩身弯矩对桩顶水平荷载的变化最为敏感,坡顶均布荷载施加后桩身弯矩整体增大,桩顶竖向荷载的预先施加有助于提升组合荷载作用下斜坡桩基的整体承载性能;坡度、入岩桩长和覆土层厚度为斜坡桥梁桩基稳定性的显著性影响因素;P-H加载模式下以桩基靠下坡侧岩土体呈被动砌块形式侧向挤出、桩顶横向变形加剧的结构失效破坏为主要特征,H-P加载模式下以桩底岩土体达到极限承载力、桩基整体刺入下沉的破坏特征为主,P-H-D加载模式下以桩基靠上坡侧岩土体的失稳变形、桩顶变形加剧导致的结构失效破坏为主要特征。(4)通过斜坡桩基竖向承载数值模型试验,研究得出“斜坡效应”对桩基竖向承载的影响机理:受斜坡地形影响产生的桩侧土体缺失效应使得桩体横向约束作用削弱,进而导致桩侧摩阻力极限值降低,桩基极限承载力下降;提出一种考虑坡度与入岩(强风化层)桩长耦合影响下的斜坡桩基极限承载力计算方法,可为相关工程提供参考。(5)通过对斜坡桥梁桩基承载模式的简化假定,建立斜坡桥梁桩基等效分析模型,利用有关侧向受荷单排、多排桩桥台结构分析方法对斜坡桩基的内力与变形进行计算校核,结合工程实例进行了设计方案比选分析,提出了考虑工程安全性与经济性的斜坡桩基优化设计分析方法,可为斜坡桩基的设计分析提供理论参考。
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