重载施工平台交界墩力学特性精细化研究

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钢管桩能够提供足够的承载力、易于施工和拆除、可重复使用,因此,常用作施工平台的下部结构。施工平台钢管桩的顶部与结构主横梁相连,在某些位置,主横梁的横纵布置发生改变,此时的钢管桩就是交界墩。交界墩存在非中心受力,且桩-土共同受力机理复杂,影响因素较多,研究交界墩的力学性能对于施工平台结构的安全性及可靠性具有重要意义。因此,本文基于某桥施工平台建设项目,采用数值模拟方法开展交界墩力学特性研究,主要研究内容列举如下:
  首先,在查阅相关文献的基础上介绍了桩-土体系荷载传递机理,详细阐述了桩土相互作用传力的动态变化过程,并通过数学表达式加以描述;对于单桩极限承载力决定因素的相关理论进行概括,并总结了规范中关于桩基在横向荷载和竖向荷载作用下的承载能力推荐算法。
  其次,通过MIDAS/CIVIL建立重载施工平台结构的整体分析模型,得到了施工平台各个构件在承受不同荷载组合时的应力、位移情况,并基于应力、位移的合理性对施工平台做出安全性判断。深入研究交界墩墩顶的连接方式发现:墩顶连接方式对顺桥向位移和竖向位移影响不大,横桥向位移随着墩顶连接强度的增加而减小,说明墩顶连接增强对于下部结构位移具有一定的限制作用。不同的墩顶连接方式对轴力影响影响不大;墩顶存在刚性连接时,最大弯矩值与均采用弹性连接相比增大很多;随着墩顶连接强度增强,墩顶承受的最大剪力值增大。
  接着,利用ABAQUS建立桩-土相互作用精细化受力分析模型,分析不同桩周土以及不同墩顶荷载类型对交界墩力学特性的影响,得到了交界墩在不同的受载状态下墩身的应力场分布规律。交界墩在荷载作用下,墩顶受压一侧出现最大应力;泥面线以下,应力分布随墩身的加深而逐渐减小。墩身处于不同的岩土体时,岩土体综合物理力学指标好的对墩身更有利。交界墩墩顶受载类型不同时,墩身应力分布差异较明显。墩顶受轴力和弯矩的耦合作用对交界墩最不利,实际工程中交接墩受到弯矩和轴力耦合作用时,应采取相应的措施加以控制。
  最后,通过设置不同参数的对照组,对影响交界墩力学特性的的桩身倾斜、入土深度、壁厚、横向桩间距等四种因素进行了对比分析,得到了交界墩在不同情况下墩身的应力和变形情况。通过计算敏感性系数的方法得出四种影响因素的平均敏感性系数绝对值分别为:0.79、1.69、0.73、0.23。结果表明:入土深度的影响最大,是影响交界墩极限承载力的主导因素。
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