考虑桩土效应的刚构桥高墩稳定性及动力特性研究

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1、分类号：U4410710-2015121087硕士学位论文考虑桩土效应的刚构桥高墩稳定性及动力特性研究李艺林导师姓名职称邬晓光教授申请学位类别工学硕士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2018年4月26日论文答辩日期2018年5月9日学位授予单位长安大学StudyonStabilityandDynamicCharacteristicsofRigidFrameBridge’sHighPierConsideringPile-soilEffectAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：L

2、iYilinSupervisor：Prof.WuXiaoguangChang’anUniversity,Xi’an,China摘要刚构桥施工阶段及运营过程中高墩的稳定性和动力响应是评价桥梁结构施工安全、运营状态和承载能力的重要指标。目前对刚构桥整体稳定性和地震荷载作用下结构动力响应的研究比较多，而对高墩的研究却比较少，并且大部分都只是针对某个特定的桥梁，研究成果不具备普遍性和推广性。桩土相互作用效应会增加桥梁结构的振动幅值而使高墩稳定性发生变化，但大部分文献都是把地基对桥墩的下部约束认为是固接或采用单一的桩土效应分析模型对刚构桥进行受力

3、分析，这样对于修建在松软地基上的桥梁就不太适用了。因此考虑桩土效应对刚构桥高墩进行稳定性和动力特性分析就很有必要，基于此背景论文主要研究工作和结论如下：（1）建立直接嵌固模型、等效嵌固模型、比拟杆件模型、三弹簧模型、六弹簧模型、Winkler地基梁模型，分析这六种不同桩土效应模型的优缺点和模拟精度，对比依托工程合龙顶推时实测的墩顶位移，确定了三弹簧模型是桩土效应下刚构桥高墩的较优计算模式。（2）利用瑞利-里兹法推导出高墩自体状态、最大悬臂状态和成桥状态下稳定临界荷载计算公式，和有限元模型计算误差均在10%以内，验证了本文公式的正确性；同

4、时分析了不同荷载工况下高墩三种状态的稳定特征值，得出不同荷载对高墩稳定的影响程度；最后分别考虑墩材料、墩尺寸、墩高度和弹簧刚度对高墩稳定性进行了参数分析。（3）利用Rayleigh和Southwell频率合成法推导出桥墩复合振动基频计算公式，通过和有限元计算模型和现有规范进行对比验证了计算公式的正确性；然后分析不同结构设计参数对高墩自振频率变化趋势的影响，得出桥墩的弯曲变形和剪切变形对结构的自振特性基本没有影响，主要影响因素在于结构本身的平动变形和基础的转动变形。（4）本文所推导的计算公式均具有很好的正确性和适用性，可近似的用来计算分析

5、高墩或高耸建筑结构不同施工阶段的稳定性和振动基频。最后通过总结主要工作、整理主要结论对尚未完善的工作进行了展望。关键词：桩土效应；刚构桥；高墩；稳定临界荷载；复合振动基频；结构设计参数IAbstractThestabilityanddynamicresponseofhighpierduringconstructionandoperationofrigidframebridgeareimportantindexstoevaluatethesafety,operationstateandbearingcapacityofbridgestru

6、cture.Atpresent,therearemanyresearchesontheoverallstabilityandstructuredynamicresponseunderseismicloadofrigidframebridge,buttheresearchonhighpierisrelativelyless.Mostoftheresearchesonlyaimataparticularbridge,andtheresearchresultsarenotuniversalityandgeneralization.Intera

7、ctioneffectofpile-soilwillincreasethebridgestructures’vibrationamplitudeandchangethestabilityofhighpiers.However,mostliteraturesconsiderthatthefoundation'sconstraintonthebottomofthepierisconsolidationoranalyzethestressofrigidframebridgebyasinglepile-soileffectanalysismod

8、el,whichisnotsuitableforbridgesbuiltonsoftfoundationsoil.Therefore,itisnecessarytoanalyzethehighpier’ss