大跨度钢管混凝土拱桥结构考虑桩土作用的静力性能及桩基分析

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南水北调工程是在促进社会经济和生态环境可持续发展,解决水资源南北分布不均背景下提出的,大跨度钢管混凝土水利渡槽拱桥结构作为输送水资源的工具之一,广泛应用于南水北调工程中,然而采用大直径桩基础的大跨度拱桥结构其桩土作用极其复杂。本文应用MIDAS有限元软件分析了运城引黄西杜村大跨度上承式钢管混凝土水利渡槽拱桥结构在考虑桩土相互作用时的静力性能,同时进一步分析了该桥梁桩基础的受力特性。(1)不考虑和考虑桩土作用时拱桥结构受力特性的对比分析得出,考虑桩土作用效应时,地基土分担部分上部荷载,进而影响结构受力特性,对于采用桩基础的大跨度拱桥结构,结构设计时应该考虑桩土作用的影响效应。(2)考虑桩土作用时拱桥结构在各荷载组合工况下受力特性的分析得出,拱桥结构在各荷载组合工况的最不利荷载工况作用下,各项性能均满足规范要求,该渡槽结构有足够的安全储备。(3)拱桥结构桩基础水平荷载、竖向荷载和弯矩共同作用下的分析得出,拱桥结构横向承载桩基础桩身任意埋深处的挠曲变形、内力值和桩侧土抗力值,绘制出桩身弯矩、剪力和桩侧土抗力图,同时进一步验证了该桩基础竖向和水平承载力。(4)对比分析拱桥桩基础在最大水平力、最大竖向力和最大弯矩工况作用下的变形和应力得出:拱桥桩基础在最大水平力作用下其位移和应力最大,从而在桩基设计时应该重视水平荷载作用。(5)对比分析桩基础和桥梁桥墩基础得出:在相同的荷载和边界条件下采用墩台基础时墩台的水平向位移值和拉压应力值比桩基础小,但采用桥墩基础时,和桩基础一样也应该通过配置一定数量的钢筋来满足混凝土的抗拉应力要求。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-7页
目录第8-11页
第一章 绪论第11-23页
    1.1 引言第11-12页
    1.2 钢管混凝土拱桥的分类第12-14页
    1.3 钢管混凝土拱桥结构的发展及应用第14-16页
        1.3.1 国外发展及应用第14页
        1.3.2 国内发展及应用第14-16页
        1.3.3 钢管混凝土面临的问题第16页
    1.4 钢管混凝土拱桥静力特性研究现状第16-17页
    1.5 桩基础和桩的分类第17-19页
        1.5.1 桩基础的分类第17-18页
        1.5.2 桩的分类第18-19页
    1.6 桩基础发展及应用第19-20页
    1.7 桩基础研究现状第20-22页
        1.7.1 桩土作用研究现状第20-21页
        1.7.2 桩基承载力研究现状第21-22页
    1.8 本文主要研究内容第22-23页
第二章 拱桥结构有限元模型的建立第23-39页
    2.1 引言第23页
    2.2 工程基本资料第23-28页
        2.2.1 主要设计参数第24-26页
        2.2.2 材料参数第26-27页
        2.2.3 荷载参数第27-28页
    2.3 建模问题的处理第28-36页
        2.3.1 钢管混凝土材料建模处理第29-31页
        2.3.2 钢管混凝土构件建模处理第31页
        2.3.3 承台与桩建模处理第31-32页
        2.3.4 桩土作用处理第32-36页
    2.4 有限元计算模型第36页
    2.5 本章小结第36-39页
第三章 拱桥静力性能分析第39-65页
    3.1 引言第39页
    3.2 桩土作用分析第39-50页
        3.2.1 位移分析第39-42页
        3.2.2 应力分析第42-50页
    3.3 考虑桩土作用拱桥静力分析第50-62页
        3.3.1 荷载组合工况第50-51页
        3.3.2 拱肋位移分析第51-53页
        3.3.3 拱肋内力分析第53-56页
        3.3.4 桥面边梁分析第56-59页
        3.3.5 拱桥桁架及其他杆件分析第59-62页
    3.4 本章小结第62-65页
第四章 拱桥桩基分析第65-87页
    4.1 引言第65页
    4.2 桩基计算第65-73页
        4.2.1 桩基资料第65-66页
        4.2.2 水平承载力计算方法第66-67页
        4.2.3 桩基水平承载力计算第67-73页
    4.3 桩基有限元模型的建立第73-75页
        4.3.1 荷载边界条件第73-75页
        4.3.2 桩基有限元模型第75页
    4.4 桩基有限元分析第75-83页
        4.4.1 桩基变形分析第75-79页
        4.4.2 桩基内力分析第79-82页
        4.4.3 各工况下桩基的对比第82-83页
    4.5 桩基与桥墩基础的对比第83-85页
        4.5.1 桥墩变形及应力图第83-85页
        4.5.2 桩基与桥墩基础的对比第85页
    4.6 本章小结第85-87页
第五章 结论与建议第87-89页
    5.1 结论第87页
    5.2 建议第87-89页
参考文献第89-95页
附录1第95-99页
致谢第99-101页
攻读学位期间发表的学术论文第101页
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