《V-H-M-T聯合作用下橋樑基樁承載特性及其設計計算方法研究》是依託湖南大學，由鄒新軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：V-H-M-T聯合作用下橋樑基樁承載特性及其設計計算方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄒新軍
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
工程樁實際多處於空間受力狀態，橋樑樁基更因橋面車輛荷載差異等原因，除承受豎向力V外，還在順橋向與橫橋向受到水平力(Hx和Hy)、彎矩(Mx和My)、甚至扭矩T的聯合作用，受力性狀極為複雜，基於疊加原理的二維分析方法難以合理評估其承載力而可能導致工程事故。為此，本研究首先擬基於單一受荷樁承載特性和ABAQUS有限元平台，採用Probe Test法進行數值模擬實驗，獲得同一平面內及兩正交平面內不同V、H、M或T組合作用時的破壞包絡線，進而獲得其共同作用時的六自由度空間破壞包絡面，據此探討樁頂荷載耦合作用機理及樁身承載力破壞準則。在此基礎上，研製聯合載入裝置，採用Swipe法完成均質與雙層地基中不同組合荷載下的單樁靜載模型試驗，根據實測荷載-位移曲線，驗證理論與數值分析結果，並通過進一步的參數分析，獲得荷載類型及其組合形式對樁身承載力的影響規律，由此確定出樁身承載力簡化計算公式，供工程設計參考。
結題摘要
橋樑樁基礎除承受結構自重(V)以外，還會因車道車輛荷載差異、船隻撞擊、地震等受到水平力H、彎矩M、甚至扭矩T的共同作用，導致其承載性狀極其複雜。常規設計方法多基於二維單一平面內的疊加原理，難以準確評價樁身承載力，甚至偏於不安全，有必要分析荷載聯合作用效應，合理確定空間破壞包絡面和判定樁身極限承載力。為此，本項目針對受V-H-M-T聯合作用的橋樑樁基的承載變形特性問題： 先基於剪下位移法，考慮樁周土體剪下模量沿深度呈冪函式和指數函式分布，假定樁周土塑性變形自上而下開展，採用Bessel函式轉化求解了單、雙層地基中受扭樁樁身內力位移的彈性、彈塑性和塑性解析解；引入虛土樁建立樁-土體系的總能量方程，由最小勢能原理分別導得樁身及土體的受扭控制方程，進而獲得樁身扭轉角的有限差分方程式，再將樁周土體視為理想彈塑性材料，給出了塑性狀態下的單樁受扭分析方法；引入理想彈塑性荷載傳遞模型，獲得了成層地基中單樁受扭的遞推計算方法；考慮樁-土接觸面上的位移非協調性，採用剪下位移法建立出樁身位移控制方程，進而導出不同V-T載入順序下單、雙層地基中的樁身內力位移解答；將聯合受荷樁轉化為考慮耦合機理的一維桿單元，基於m法和凝聚方法導得了具有一般形式的、適合分析H-M-T受荷樁的桿單元剛度矩陣方程，並求得了樁身內力位移分布。 然後，設計完成了一系列H-T、V-T、V-H-M-T聯合受荷樁模型試驗，通過自製聯合載入和測試裝置，獲得了不同荷載組合工況下的樁頂荷載-變形曲線、樁身內力位移、破壞模式及承載力包絡線，並驗證了理論解答的可行性。 最後，基於ABAQUS分別建立單層與雙層地基中橋樑基樁3D有限元分析模型，採用Probe Test法進行對比分析，確定了不同工況下的荷載-位移曲線和破壞包絡線，進而給出了樁身承載力簡化計算公式，並通過工程實例套用與參數分析給出了樁身長徑比與剪下模量、地基土強度、土層厚度、載入路徑、荷載組合等因素對樁身變形承載力的影響規律及樁身承載力破壞準則，可供工程設計參考。
