加筋挡墙侧向变形分析模型

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1、第34卷第5期土木工程学报Vol134No152001年10月CHINACIVILENGINEERINGJOURNALOct12001加筋挡墙侧向变形分析模型杨明吴德伦(重庆大学)摘要以加筋土挡墙楔体破坏模式为基础,将墙面板等效为弹性地基梁,提出了加筋土挡墙侧向变形分析的力学模型,进而研究了变形的影响参数。实测数据表明该模型具有较高的预测精度。关键词加筋土挡墙侧向变形分析楔体破坏假设弹性地基梁+中图分类号:TU472134;TB115文献标识码:A文章编号:1000O131X(2001)05O0068O04体,提出便于设计的变形分析模型。1前言2分析模型加筋土挡墙作为一种新型的挡土结构

2、,由于其良[5]好的技术性能及经济效益而被越来越多的工程所采模型如图1所示。离心试验及足尺模型试验表纳,然而对于其作用机理的理论研究尚不成熟。目前明,加筋土挡墙的破坏面可用对数螺线或双线型近的设计理论、规范也是主要解决加筋土挡墙的稳定问似,但对数螺线或双线型破坏面需采用优化法分别确[6]题。由于加筋土挡墙是一种柔性挡土结构,不同于重定其两个几何参数,较为复杂,本文将其简化为直[6]力式挡墙等其它挡土结构,容许产生较其他挡土结构线型破坏面(分析表明差别不大)。墙面板所受墙而言较大的变形。事实上,只有在加筋与土之间产生后的土压力主要由拉筋的拉力来平衡。若将拉筋看作相对位移的情况下,才能使加

3、筋与土之间的摩擦机墙面板的弹性支撑,则此时墙面板可简化为弹性地基[1]制,剪胀机制得以发挥,发挥加筋的作用。另一方上的板来考虑,对于平面问题,则为一弹性地基梁。[1]面,加筋土挡墙中的加筋与土应处于协调变形的状在初始的相对位移(1～2毫米量级)产生后,筋[4]态。尽管加筋土挡墙可产生较大的变形,但这一变形土间便进入协调变形状态;当墙面板后变形楔体处量必须严格控制在工程所容许的范围内,一方面不影于临界状态即主动土压力状态时,破裂面后土体为稳响结构的正常使用,另一方面保证不会导致结构的整定体,其中的拉筋段为锚固段,变形楔体中拉筋可视体失稳。因此,加筋土挡墙的变形机制与变形控制研为自由段,此

4、时筋带中的拉力由面板处开始增大,在究是加筋土挡墙理论研究的另一重要方面,具有重要破裂面处最大,再向后逐渐衰减为零。因锚固筋变形的理论与实际意义。与自由段变形相比较小,所以模型忽略锚固段的变目前,对于加筋土挡墙的变形分析一般通过数值形,假设筋带的变形全部由自由段承担,又因此时筋分析来实现,实际工程中对变形的控制也一般是参照土间变形协调,则楔形体内拉筋的刚度系数可表示为数值分析的结果,依靠工程经验来把握。数值分析时Er·Ark(h)=(1)通常采取两种作法[2,3]:一是将加筋与土分开考虑,h·tanβ分别假设土、筋的本构模型,以及土与加筋之间的界面单元模型;另一种是将加筋与土看作一个整体

5、,采用复合材料理论来研究加筋土整体的变形规律。这两种方法都需做繁琐的参数测定与计算,难以为工程设计人员所掌握。本文认为加筋土挡墙中加筋与土处于协调变形的状态时,墙面的侧向位移反映了加筋土挡墙的侧向位移。因此,本文将墙面板单独作为研究图1简化分析模型收稿日期:2000O06O13第34卷第5期杨明等·加筋挡墙侧向变形分析模型·69·式中,Er为筋带的变形模量;Ar为筋带的截面积。若Δh32ωH-+ωH-Δh+o(Δh)(10)将拉筋的支撑等效为分布弹簧,则kf(h)可表示为:2213ΔhEr·ArωÊ(H)=3ωH+Δh-3ωH++kf(h)=(2)Δh22Sh·Sv·h·tanβΔh3

6、2式中,Sh,Sv分别为拉筋的水平与竖向间距。3ωH-2-ωH-2Δh+o(Δh)(11)按照Winkler地基上的弹性梁的推导,得加筋土则定解方程的差分方程组可以矩阵表示为:挡墙墙面板的挠曲微分方程[K]{ω}={Q}(12)4Edωr·Ar其中[K]为拉筋支撑的转换分布刚度矩阵,{ω}EmIm4=-ω+q(h)(3)dhShSvhtanβ为挠度矩阵,{Q}为侧向土压力矩阵。式中Em为面板弹性模量,Im为面板惯性矩,ω为挠度,q(h)为土压力强度。3参数分析考虑加筋土挡墙基础为固支,墙顶自由的情形,可得问题的定解条件:将(3)式改写为4EdωrAr4EmIm4=-ω+q(h)dωλq

7、(h)dhShSvhtanβ4=-ω+(13)(4)dhSh·Sv·h·tanβEmImω(0)=ω′(0)=0ErArω″(H)=ωÊ(H)=0式中λ=,若加筋土挡墙“破裂角”满足朗金EmIm式中ω′,ω″,ωÊ分别为面板的转角,剪力和弯矩。π<理论假设,则β=-,(13)式可写为由于方程为一变系数微分方程,且右端q(h)424为h的分布函数,求其解析解较复杂,故宜采取数dω=-λω+q(h)(14)dh4π