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桥基荷载作用下的边坡稳定性计算分析与设计优化

日期: 2016-11-17
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    建筑工程中,桥基荷载作用下的边坡问题长期以来为建筑业、广大学者所关注,桥基荷载作用下的边坡稳定性计算与设计优化对于桥基工程,甚至是建筑施工的发展都起着巨大的作用。因此,对于桥基荷载作用下的边坡稳定性的分析意义重大。 

  一、桥基荷载作用下的边坡稳定性计算分析 
  
  (一)有限元法概述 
  有限元法是用有限个单元体所构成的离散化结构替代原来的连续体结构分析岩土体的应力和变形。一般材料本构关系和应变一关系位移可以分别表示为: 
  {σ}=[D]{ε},{ε}=[B]{6} (1)
  式中:{σ}为应力列向量,[D]为弹塑性系数矩阵,{ε}为应变列向量,[B]为应变矩阵;{δ}为位移列向量。 
  由虚位移原理可建立单元体的结点力与结点位移之间的关系,进而写出总体平衡方程: 
  {R}=[K]{δ} (2)
  式中:[K]为刚度矩阵;{R}为节点荷载列向量。 
  (1)、(2)是有限单元法的基本方程,岩土体的应力一应变非线性关系,反映到式中,就是[D]和[K]都不是常量,都随着应力或应变的变化而变化。利用有限元法,求得每一个计算单元的应力及变形后,便可根据材料的屈服强度指标确定破坏区的位置及破坏范围的扩展情况。 
  
  (二)计算方法 
  首先根据现场的工程地质调查确定分析对象的类型,并在几何模型的基础上,根据岸坡参数建立数值分析模型。结合“强度折减系数法”求出边坡在桥基荷载作用下的稳定性系数。强度折减系数法的基本原理是将士体参数c,西值同时除以一个折减系数F,得到一组新的c,值,然后作为新的材料参数进行试算,当边坡处于临界状态时,也即F再稍大一些,边坡将发生破坏,对应的F被称为边坡的稳定性系数,此时土体即将发生剪切破坏,即计算结果是指达到临界状态时的折减系数F。 
  C'=C/F;tanφ'=tanφ/F (3)
  采用强度折减法原理来进行计算,在ANSYS中单元的屈服标准为D-P准则。计算结果比M-C准则要大些,根据屈服函数以及莫尔等面积圆屈服准则下的转换关系系数η,需将岩体的内摩擦角φ及黏聚力η折减后进行计算。分析中通过提取加载情况下基底岩体的应力值,分析基底平面在加载情况下的应力变化规律。评价基础位置的合理性。 
  
  二、桥基荷载作用下的边坡稳定性的设计优化 
  
  (一)桥基荷载作用下斜坡稳定性 
  本文对于桥基荷载作用下的边坡稳定性的设计优化以印家溪大桥为例,其是多跨连续一刚构体系桥,桥位地处湘西自治州泸溪县洗溪镇印家村。桥位区属低山丘陵地貌,地形起伏较大,切割深。该桥跨越武水支流印家溪,溪宽15-20m,大致自北向南流入武水。水位标高一般为201.0m左右,水深一般约0.2-0.3m。溪沟两岸均为陡坡地,自然坡度3°-45°桥墩桩基均采用D280嵌岩桩,桥基设计参数:桥基长20m,横向桥基中心距6.6m,纵向中心距40m。根据现场勘查测试及室内试验结果,桥位处的主要岩土层地基设计参数:弱风化砂岩的凝聚力c取70kPa,计算摩擦角西取39°,弹性模量E取6000MPa,泊松比0.3,容重取25k N/m。桥梁上部结构采用《大型桥梁复杂结构空间分析程序LBS-1》进行空间分析,得出成桥状态下作用于桥梁桩基顶的荷载分别为:轴力、弯矩、水平力的值桥台位置处荷载按等效荷载直接作用在地基面上。 
  由计算结果显示。成桥状态下,当折减系数为1.67时,坡面开始出现贯通的塑性区,而折减系数大干1.677,取1.7时计算不收敛。从1.670到1.677,折减系数变化步长0.007,在满足塑性区贯通的折减系数范围内,不管取哪个值,对安全系数影响均较小,即1.670为采用外接圆屈服准则时的安全系数,根据屈服条件的转换系数,可得出莫尔一库仑等面积圆屈服准则下安全系数为1.56。由计算结果表明桥基荷载作用下边坡是稳定的。 
  
  (二)桥基位置确定 
  桥基合理位置的确定不仅关系到岸坡的稳定和桥梁的安全,也直接关系到整个桥梁的技术指标和造价。跨越峡谷大桥主墩台位置的变化会导致桥跨的增减。带来桥梁结构和造价的较大变化。如果桥基位置不能满足桥梁结构要求,引起线路方案的改变。将造成建设费用大大增加。随着工程实践的深入,现在的重要工程越来越迫切需要建立符合实际的三维计算模型,从岩体的屈服准则观点出发,认为可以采用等效应力影响曲线及强度折减系数来确定桥基的合理位置。等效应力考虑了局部稳定,强度折减系数考虑了边坡的整体稳定,这样确定的桥基位置更科学合理。注意到在重力场作用下,自然边坡是处于平衡状态,等效应力的增量越小,对边坡局部稳定安全系数影响越小。那么桥基位置的确定原则可为斜坡稳定折减系数和桥基荷载作用下等效应力增量最小。以防止局部破坏的可能性为原则,选取坡趾,桩基底中心位置作为研究对象,根据它们的等效应力变化情况,绘制等效应力变化曲线图,此来确定桥基对斜坡应力的影响及合理位置。以上计算主要从2个方面考虑:①附加荷载对坡趾应力的影响,②附加荷载对基底应力的影响。根据结果,可知桥基不同位置,得出的计算等效应力也不相同。坡趾等效应力增量变化曲线图说明桥基的位置越远离坡趾。对坡趾的影响越小,当超过一定距离后等效应力增量趋于稳定。桥基中心位置岩体等效应力增量变化图表明桥梁荷载在桥基底中心产生的等效应力增量随着S的增大,先急剧减少后增大,当超过一定距离后,等效应力的增量开始增大,对边坡的不利影响也随之增大。这说明当桥基位于坡趾距离较近时(小于20m),虽然边坡的稳定性提高,但是由于受到坡体重力的影响,基底应力增量较大。当桥基位置在坡趾附近时,应考虑端岩土层的承载力能力,避免由于过大应力造成基底塑性区扩大,影响上部结构安全。桥基的合理位移既要考虑坡体的整体稳定性,也要考虑桩基底应力增量,以避免局部失稳破坏。由以上分析,可知本桥基的合理位移应在距离坡趾位置20m左右。 
  
  三、结 论 
  
  总之,边坡的稳定性评价方法有很多种,主要包括圆弧法、条分法、不平衡推力传递系数法、有限元法等。而传统的边坡稳定性计算理论是基于极限平衡方法来分析,没有考虑土体本身的应力一应变关系,而有限单元法则克服了这些缺点,为处理边坡稳定分析开辟了新途径。用强度折减法理论及附加应力的概念,提出山区斜坡桥基合理位置判断的折减系数方法,该方法同时考虑基底附加应力的影响,避免边坡局部失稳破坏。


      原文地址:http://www.xzbu.com/2/view-425574.htm


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发布时间: 2018 - 09 - 27
交通运输部关于印发《公路养护工程管理办法》的通知各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团交通运输厅(局、委):   为进一步加强和规范公路养护工程管理,提高养护质量和效益,部对《公路养护工程管理办法》(交公路发〔2001〕327号)进行了修订,现印发给你们,请认真遵照执行。交通运输部 2018年3月2日  (此件公开发布)公路养护工程管理办法第一章 总 则  第一条 为加强和规范公路养护工程管理,提高养护质量与效益,根据《中华人民共和国公路法》《公路安全保护条例》《收费公路管理条例》等法律、行政法规,制定本办法。   第二条 本办法所规定的公路养护工程是指在一段时间内集中实施并按照项目进行管理的公路养护作业,不包括日常养护和公路改扩建工作。   第三条 本办法适用于国道、省道的养护工程管理工作。县道、乡道、村道和专用公路的养护工程管理可参照执行。   第四条 养护工程应当遵循决策科学、管理规范、技术先进、优质高效、绿色安全的原则。   第五条 养护工程管理工作实行统一领导、分级负责。   交通运输部负责全国养护工程管理工作的指导和监督。   地方各级交通运输主管部门或公路管理机构,依据省级人民政府确定的对国道和省道的管理职责,主管本行政区域内的养护工程管理工作。   第六条 公路经营管理单位和从事公路养护作业的单位应当根据交通运输主管部门或公路管理机构提出的养护管理目标,按照标准规范、有关规定及本办法要求组织实施养护工程,并接受其指导和监督。   第七条 各级交通运输主管部门、公路管理机构和公路经营管理单位应当筹措必要的资金用于养护工程,确保公路保持良好技术状况。   非收费公路养护工程资金以财政保障为主,主要通过各级财政资金解决。收费公路养护工程资金主要从车辆通行费中解决。   第八条 养护工程资金使用范围包括公路技术状况检测与评定、养护决策咨询、养护...
发布时间: 2017 - 04 - 27
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摘 要:目前,随着我国现代化建设事业的蓬勃发展,桥梁使用年限的增长,以及交通荷载的增加,桥梁检测已成为重中之中,该技术是一个多学科交叉的系统工作,需要各个环节协调配合才能达到一个有效的效果,本文主要介绍了几种无损检测技术的概念、原理和特点,并通过实例进行无损检测的应用说明,为工程人员提供参考信息。中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-3198511.htm  关键词:检测;桥梁;工程    传统的方法是对公路桥梁随机选点,钻孔取样,在室内对所取样本进行分析和处理,从中获取各种有价值的工程参数。这种方法的局限性表现为以下几个方面:  a)因被测点是操作人员随机选择的,所以检测结果很难具有代表性;  b)由于检测点有限,覆盖面密度较小,使某些存在缺陷的不良区段反而被漏检,从而埋下质量隐患;  c)虽然钻孔取样精度高,但其会对路面造成破坏,且修补时费时费力。  无损检测技术作为快速、直观,且能够显示道桥内部状态的检测设备和技术手段,能够弥补传统方法的不足,它在开展道桥无损检测技术研究、建立科学的评价体系、改善路面设计等方面具有重要的意义,也必将带来道桥改造方案的优化和公路桥梁管养水平的提高。  桥梁的无损检测技术(NDT)有较大的发展空间,包括超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、X射线检测、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等。在公路桥梁结构中应用NDT,可以提高新建结构质量的安全性;可以提供结构损伤的标志,例如,污染程度,钢筋混凝土桥梁的氯侵蚀程度;可以记录支座处的声发射,反映了裂纹或过大的摩擦力或从垫层支座正在扩展的裂纹。无损检测的这些结果可以作为结构评估的辅助。  在一些情况下,与侵入检测相比,无损测试更快捷,缩短了测试期间的交通管制时间,从而降低了成本。雷达可以快速扫描潜在的结构空洞,雷达在NDT中的使用证明了NDT的速度和便捷...
发布时间: 2017 - 04 - 27
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