考虑边坡效应的铁路桥墩桩基力学行为分析EI北大核心

研究目的:为了顺应线路需要,高原地区修建的大量桥梁桩基工程处于高陡边坡之上。处于边坡上的桥墩桩基础由于边坡土体水平抗力对桩身影响而受力复杂。本文基于非线性有限元软件平台,结合黄土边坡上修建的铁路桥梁算例,建立考虑材料和桩土接触非线性影响的边坡—承台—桩基系统力学分析模型,目的在于从系统承载力、变形和应力等多方面研究边坡—承台—桩基系统在恒载和组合荷载工况下的力学行为。研究结论:通过对桥梁算例的分析,得出:(1)对于边坡上的桩基础桥墩,边坡水平抗力对桩基受力影响较大,桩基位移和应力均呈现出沿坡向的非均匀性;(2)对于多地层边坡,桩基位移和应力在土层分界处存在突变,桩基在分层部位存在受力不利区域;(3)本文研究方法和结论可为边坡上修建的桥梁桩基础的设计和力学分析提供理论借鉴。     

考虑边坡效应的桥梁桩基受力分析

基于边坡上桥梁桩基的受力特点,考虑边坡对桩基的土推力和土抗力效应,依据桩段的静力平衡条件,建立考虑边坡效应的桩基础静力微分方程,采用有限差分法,建立考虑边坡效应的桩基础变形和内力的计算公式。结合某铁路桥梁桩基,分析边坡效应对桩基位移、弯矩、剪力和桩侧土压力的影响规律。结果表明:边坡效应使边坡上桩基的受力更为不利,与不考虑边坡效应的平地桩计算结果相比,考虑边坡效应后桩顶最大位移可增大78%,桩侧最大土压力可增大135%,并改变了潜在滑动面附近区域的弯矩和剪力分布;设计荷载下边坡上桩基的位移、弯矩、剪力和桩侧土压力的包络图将不再如平地桩那样以桩轴左右对称分布,而是桩基靠近边坡外侧的数值更大;在进行桩基设计和钢筋配置时不仅需要考虑边坡效应引起的变形和内力的增大,还应考虑不同荷载方向引起的力学性能在边坡内外侧的差异。