北趙引黃拱形渡槽橋臺(tái)樁基承載力三維非線性有限元分析.pdf

1、樁基是一種應(yīng)用廣泛且歷史悠久的基礎(chǔ)形式。隨著我國(guó)南水北調(diào)等一批大型水利及配套工程的建設(shè)，一些大型、特大型渡槽及橋梁在水利工程上相繼出現(xiàn)，伴隨而來(lái)的是下部基礎(chǔ)的復(fù)雜化和樁基在水利工程中的應(yīng)用日益廣泛化，因此對(duì)復(fù)雜樁基工作特性的課題研究顯得尤為重要。樁基承載力可以通過(guò)模型實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，但是模型試驗(yàn)所需費(fèi)用大、耗時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)行大規(guī)模的試驗(yàn)難度很大。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，有限元法(FEM)在工程實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用有限元法研究樁基可以考慮到

2、土的連續(xù)性、非均勻性、非線性、各向異性、粘彈性及樁土界面特性等多種復(fù)雜因素。Griffiths(1982，1998)、Dasgupta(1995)和Manoharan、Bard(1997)和Frydman、Day和Potts(2000)、[1-5]及鄭穎人(2005)[6]等人應(yīng)用該方法分析地基承載力，都得到了較滿意的結(jié)果。北趙引黃提水工程樁基，是由四根直徑1米、長(zhǎng)30米、樁中心距．2．5米的單樁通過(guò)橋臺(tái)連接形成的密集群樁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中

3、樁與樁之間、樁與周邊土體之間以及樁間土體之間相互影響關(guān)系復(fù)雜}同時(shí)由于土體應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系的非線性，導(dǎo)致該工程中樁基不能按照單樁性狀的簡(jiǎn)單疊加來(lái)研究。目前對(duì)于群樁結(jié)構(gòu)豎向荷載作用機(jī)理的研究尚不夠成熟，特別是對(duì)于拱形渡槽橋臺(tái)樁基同時(shí)具有較大豎向及水平荷載作用的群樁結(jié)構(gòu)的承載力研究，目前國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。
　　 根據(jù)運(yùn)城市水利設(shè)計(jì)研究院引黃工程設(shè)計(jì)要求，該研究運(yùn)用ANSYS軟件建立了北趙引黃拱形渡槽橋臺(tái)樁基的空間三維非線性有限元

4、模型，提出了將拱跨一橋臺(tái)一漿砌石體一樁體一地基土體整體建模的聯(lián)合作用分析方法。
　　 該研究對(duì)考慮溫度荷載作用下結(jié)構(gòu)各部位應(yīng)力、位移分布規(guī)律進(jìn)行了非線性有限元分析，重點(diǎn)研究了水平荷載和豎向荷載共同作用下拱跨、樁基及地基土體應(yīng)力、位移情況。將拱跨一橋臺(tái)一漿砌石體一樁體一地基土體整體建模的聯(lián)合作用分析方法的提出對(duì)類似工程問(wèn)題的解決具有實(shí)用參考價(jià)值，同時(shí)模擬結(jié)果對(duì)工程設(shè)計(jì)施工有指導(dǎo)意義。
　　 三維非線性理想彈塑性有限元模型分

5、析，主要研究?jī)?nèi)容及其成果如下：
　　 1、分析了將拱跨一橋臺(tái)—漿砌石體一樁體一土體整體建模的聯(lián)合作用分析方法的可行性，成果對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題的解決具有實(shí)用參考價(jià)值，同時(shí)對(duì)相關(guān)研究理論的發(fā)展具有推動(dòng)作用。
　　 2、樁間距較小的群樁結(jié)構(gòu)中，樁與樁之間及樁與樁間土之間都具有非常明顯的相互作用及影響，樁及樁間土整體協(xié)調(diào)變形，說(shuō)明將單樁性狀簡(jiǎn)單疊加的計(jì)算方法與工程實(shí)際情況有較大出入，采用整體建模的聯(lián)合作用分析方法更符合工程實(shí)際。