黃土地區(qū)橋臺尺寸效應和地基沉降對U型橋臺力學性能的影響研究.pdf

1、本文依托甘肅省重大黃土科研專項的子課題《濕陷性黃土地區(qū)橋梁養(yǎng)護維修技術研究》，以研究黃土地區(qū)重力式U型橋臺開裂機理為主要線索，研究過程中結合甘肅省黃土地區(qū)特殊的地質地貌，主要考慮了影響橋臺力學性能的兩方面因素，一是黃土地基非均勻沉降，二是黃土地區(qū)特有塬、峁、梁地形造就的高大寬橋臺的尺寸效應，旨在弄清其對U型橋臺力學性能的影響，同時有針對性地提出相應的處理措施。系統(tǒng)深入地研究橋臺尺寸效應和地基沉降對重力式U型橋臺力學性能的影響，具有十分重

2、大的理論意義和工程使用價值。本文在總結前人研究成果的基礎上，通過分析、總結、ANSYS數(shù)值模擬、利用可視化軟件進行數(shù)據(jù)處理等方法進行了的研究。
　　首先，分析了甘肅省黃土地區(qū)受調(diào)查U型橋臺的病害資料，確定了其主要病害形式為臺身開裂，并從設計、施工、使用、地基及環(huán)境等方面分析了其產(chǎn)生的原因。其次，闡述了重力式U型橋臺的構造及計算理論，并結合主要病害形式和具體工程實踐，提出了當前橋臺計算中所存在的問題，如臺后填土的材料非線性問題，以及

3、臺背與填土接觸的狀態(tài)非線性問題等。然后，利用ANSYS建立三維實體有限元模型，分別模擬尺寸效應和地基沉降對U臺力學性能的影響，選用DP模型作為臺后填土的彈塑性本構模型，設置面-面接觸單元來模擬臺背與土體間的相互作用。在研究U臺尺寸效應對其力學性能影響時，設置了三個工況來模擬橋臺在不同階段的受力狀況，分別分析了不同高度、寬度及側墻長度變化時橋臺應力和位移的變化規(guī)律。在研究地基不均勻沉降對橋臺力學性能影響時，分為基礎傾斜和脫空兩種情形進行數(shù)

4、值模擬。
　　最后研究結果表明:在三種工況作用下，前墻與側墻交接處為U型橋臺的薄弱位置，該位置高度約2/3H處的拉應力最大，且隨橋臺尺寸的增大呈現(xiàn)線性增大的趨勢;通過比較不同工況下的應力和位移可知，臺后土壓力是導致開裂、變形的主要因素;橋臺在荷載作用下，前墻上緣中部向前傾斜，兩側墻尾翼部位上側向外張開，二者交接處最先產(chǎn)生裂縫。地基不均勻沉降通常會引起橋臺基礎發(fā)生傾斜或局部脫空，導致其受力狀態(tài)發(fā)生了改變，使橋臺中產(chǎn)生了附加應力，當附