高橋墩樁基穩(wěn)定性分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、本文從高橋墩樁基屈曲承載機(jī)理出發(fā)，通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬及室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了較深入系統(tǒng)的研究。 本文首先深入分析了高橋墩樁基的屈曲機(jī)理，首次將橋墩、樁基做為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，建立了可考慮墩樁不同剛度及樁側(cè)土體影響的高橋墩樁基屈曲分析的簡(jiǎn)化計(jì)算模型，利用能量法導(dǎo)得施工和成橋階段不同邊界條件下高橋墩樁基屈曲臨界荷載和穩(wěn)定計(jì)算長(zhǎng)度的解析解；同時(shí)，基于能量法解答對(duì)樁側(cè)土體、無(wú)量綱入土深度及墩樁剛度比等因素對(duì)高橋墩樁基屈曲

2、穩(wěn)定的影響規(guī)律進(jìn)行了分析，由此得出：樁側(cè)土體和基樁的入土深度是影響高橋墩樁基屈曲性能的重要因素，單純提高結(jié)構(gòu)剛度不能顯著改善其穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)的屈曲破壞也不是一個(gè)簡(jiǎn)單的材料破壞問(wèn)題；此外，樁側(cè)土體對(duì)高橋墩樁基屈曲穩(wěn)定的影響存在一個(gè)有效深度范圍。 為進(jìn)一步探討高橋墩樁基的屈曲特性，從固體力學(xué)的角度探討結(jié)構(gòu)大變形問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，引入了適宜于考慮結(jié)構(gòu)體系大變形特性的無(wú)網(wǎng)格法，并給出了無(wú)網(wǎng)格法大變形問(wèn)題的力學(xué)推導(dǎo)；在此基礎(chǔ)上采用完全的拉格朗日法

3、，在初始構(gòu)形上建立無(wú)網(wǎng)格法的近似函數(shù)，得到了大變形情況下的平衡方程。還根據(jù)本文的實(shí)際情況選擇了較為優(yōu)越的弧長(zhǎng)控制法求解非線性方程組。并引入均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)的概念，將其應(yīng)用于求解域的節(jié)點(diǎn)布置，可使節(jié)點(diǎn)在計(jì)算點(diǎn)的定義域內(nèi)能夠均勻分布，從而保證矩陣不致產(chǎn)生奇異性，并較大地減少了計(jì)算工作量。 其次，設(shè)計(jì)并完成了多組高橋墩樁基的屈曲室內(nèi)模型試驗(yàn)，通過(guò)改變墩樁長(zhǎng)度比、邊界條件和材料剛度等參數(shù)組合，對(duì)高橋墩樁基屈曲破壞機(jī)理有了較深入的認(rèn)識(shí)；并結(jié)合

4、本文無(wú)網(wǎng)格數(shù)值分析方法得到的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了程序的可靠性，同時(shí)進(jìn)一步分析了高橋墩樁基的屈曲影響因素及相關(guān)規(guī)律。 最后，針對(duì)高橋墩樁基礎(chǔ)的特點(diǎn)，在基本優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的目標(biāo)函數(shù)建立了相應(yīng)的優(yōu)化模型，給出優(yōu)化設(shè)計(jì)算法流程圖，編制了相應(yīng)的優(yōu)化計(jì)算程序；并根據(jù)高橋墩樁基的工程實(shí)際設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)值算例，采用本文編制的優(yōu)化計(jì)算程序?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的最優(yōu)解；同時(shí)，采用高橋墩樁基屈曲系數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型進(jìn)行