授予學(xué)位：博士
學(xué)位授予單位：浙江大學(xué)
學(xué)位年度： 2010年
國民經(jīng)濟(jì)的快速增長給橋梁建設(shè)和水路交通帶來了巨大需求，同時也引發(fā)撞橋事故概率的增高，嚴(yán)重危及到橋梁的安全運營。鑒于此，本文對水平荷載作用下橋墩及樁基的靜力和沖擊動力響應(yīng)開展了解析和數(shù)值計算研究，主要工作和創(chuàng)新成果如下：
1．對黏性土和砂性土地基水平極限抗力的計算方法進(jìn)行了歸納總結(jié)和計算對比�；诘鼗戳Ψê秃喕耐馏w彈塑性本構(gòu)關(guān)系，進(jìn)一步完善了均質(zhì)地基中水平受荷樁樁頂嵌固(樁頂約束轉(zhuǎn)動)情形的解析解。
2．基于地基反力法和簡化的土體彈塑性本構(gòu)關(guān)系，分別對“Gibson模式”和“廣義Gibson模式”地基中水平受荷長樁進(jìn)行了解析計算研究，給出了不同工況下樁身最大撓度、最大轉(zhuǎn)角、最大彎矩的無量綱解析表達(dá)式。計算表明聯(lián)合荷載(水平力和彎矩)作用下樁身最大撓度、最大轉(zhuǎn)角和最大彎矩與荷載的關(guān)系具有非線性、非對稱性，故采用常規(guī)線性疊加法進(jìn)行聯(lián)合荷載作用下的計算將偏于不安全。在常見荷載范圍內(nèi)，對復(fù)雜的解析結(jié)果進(jìn)行了簡化擬合，提出的擬合公式計算簡便精度高，有利于工程的應(yīng)用。通過與實測數(shù)據(jù)及p-y曲線法計算結(jié)果的比較表明，本文方法可較有效地開展非均質(zhì)彈塑性地基中水平受荷長樁的計算分析。
3．基于地基反力法和簡化的土體彈塑性本構(gòu)關(guān)系，結(jié)合提出的雙層地基極限抗力計算表達(dá)式，對雙層非均質(zhì)彈塑性地基中樁頂自由和嵌固兩種常見情形下的水平受荷長樁進(jìn)行了解析推導(dǎo)，得到了相應(yīng)的閉合計算式。并利用所得解分析了雙層地基土性參數(shù)對樁基性狀的影響。算例分析表明，本文解計算結(jié)果與單樁和群樁的三維有限元模擬結(jié)果及現(xiàn)場試驗實測值吻合較好。
4．基于Euler梁．Winkler模型(E．w模型)，給出了均質(zhì)黏彈性地基中不同邊界條件下樁受水平?jīng)_擊荷載響應(yīng)的完全解析解。針對E．w模型動力分析存在的不足，對Timoshenko梁．雙參數(shù)模型(T-D模型)黏彈性地基中樁的動力響應(yīng)進(jìn)行了半解析求解，并對E．w模型和T-D模型樁的動力響應(yīng)進(jìn)行了計算比較。對相同的撞擊能量下三種常見的簡化沖擊荷載形式(矩形脈沖荷載、半正弦脈沖荷載和三角形脈沖荷載)作用下樁的動力響應(yīng)進(jìn)行了計算對比。
5．基于T-D模型，對成層黏彈性地基中水平?jīng)_擊荷載作用下單墩．樁基礎(chǔ)和雙墩．樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)進(jìn)行了理論推導(dǎo)。通過單墩．樁基礎(chǔ)動力計算模型，對承臺、墩頂結(jié)構(gòu)、荷載作用位置、河床沖刷深度、復(fù)雜的沖擊荷載形式等進(jìn)行了參數(shù)影響分析。最后利用本文理論模型對兩座撞擊試驗橋墩進(jìn)行了簡化計算，計算結(jié)果和實測值較吻合。
6．對某大橋受撞橋墩．樁基礎(chǔ)實測資料進(jìn)行了分析，并對橋墩的受撞過程進(jìn)行了推測反演。針對其中受損最嚴(yán)重的橋墩開展了擬靜力三維有限元數(shù)值模擬分析，較全面地考察了橋墩．樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的受損和偏位情況，相關(guān)結(jié)果與實測數(shù)據(jù)較一致。本文計算結(jié)果可為橋墩進(jìn)一步的檢測、修復(fù)設(shè)計提供依據(jù)及為類似工程分析提供參考。
目錄
致謝⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l
摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯III
Abstract⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V
Ej j畏⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯i
主要符號與說明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯vi
1 l蕾論⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1
1．1研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l
1．2船(車)撞擊力規(guī)范法計算及研究現(xiàn)狀⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9
1．3樁受水平靜載作用研究現(xiàn)狀⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14
1．3．1單樁分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14
1．3．2群樁分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7
1．4橋墩．樁基受撞動力響應(yīng)研究現(xiàn)狀⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．21
1．5本文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯25
1．5．1本文主要研究內(nèi)容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．25
1．5．2本文創(chuàng)新點⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26
2水平受荷樁p-y曲線法及簡化情形下的解析解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯28
2．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．28
2．2 p-y曲線模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。28
2．2．1 Matlock(1970)軟黏土p-y曲線模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．28
2．2．2 Reese等(1 974)砂土p-y曲線模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30
2．3樁側(cè)土體水平極限抗力分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1
2．3．1黏性土水平極限抗力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．32
2．3．2砂性土水平極限抗力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34
2．4簡化p-y曲線情形下的解析解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯37
2．4．1 Hsiung等(2003，2006)解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。38
2．4．2 Guo(2006)解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．39
浙江大學(xué)博士學(xué)位論文目錄
2．4．3本文樁頂嵌固情形閉合解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．41
2．5本章小結(jié)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43
3單層非均質(zhì)彈塑性地基中水平受荷長樁解析求解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．45
3．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯45
3．2樁側(cè)土體本構(gòu)關(guān)系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯45
3．3計算模型及基本方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46
3．3．1單樁計算模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46
3．3．2基本方程及相關(guān)解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47
3．4 Gibson模式地基中水平受荷長樁求解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50
3．4．1單一荷載作用下的解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50
3．4．1．1樁頂自由、作用水平力P0⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯50
3．4．1．2樁頂自由、作用彎矩Mo⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．54
3．4．1．3樁頂約束轉(zhuǎn)角、作用水平力凡⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．54
3．4．1．4各工況計算結(jié)果和簡化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．55
3．4．2聯(lián)合荷載作用下的解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯57
3．4．2．1高樁計算模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．57
3．4．2．2彈性、塑性區(qū)域相關(guān)解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．57
3．4．2．3樁身最大撓度、最大轉(zhuǎn)角和最大彎矩求解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．58
3．4．2．4計算結(jié)果和簡化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．61
3．4．2．5高樁樁頂最大撓度求解⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．64
3．5廣義Gibson模式地基中水平受荷長樁求解⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。64
3．5．1樁頂自由、作用水平力Po⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯65
3．5．2樁頂自由、作用彎矩Mo⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯67
3．5．3樁頂約束轉(zhuǎn)角、作用水平力尸o⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯68
3．5．4各工況計算結(jié)果和簡化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯68
3．6算例計算分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72
3．6．1算例一：砂土地基中水平受荷樁⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72
3．6．2算例--：砂土地基中水平受荷樁⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73
3．6．3算例三：黏土地基中水平受荷樁⋯⋯⋯⋯⋯⋯_⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。74
3．6．4算例四：粉土地基中水平受荷樁⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．75
