拱形挡土墙的结构分析与数值模拟

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随着我国公路的快速发展,面对多种复杂的地形条件,特别是在一些狭窄的山区沟壑,如何选择设计最合理的支挡结构成为一大重要难题。而拱形挡土墙的应力分布相比较于其他形式的挡土墙更为均匀,因此不仅能提高结构的材料强度,并且还能够大大缩短其建设工程项目的工程进度,从而广泛应用在我国的一些山区复杂地段。但是从目前的研究成果来看,暂时还没有相关的具体设计和施工规范可以作为参考。本论文对拱形挡土墙进行了整体连续性模型设计与内力计算,并且还完成了有关的数值模拟分析,从而得到了关于拱形挡土墙的变形和受力特征。主要内容与成果如下:(1)通过对拱形挡土墙结构形状以及受力特点的分析,建立了优化整体连续性模型。由于本文所建立的优化模型为线性表达式,就可以不受非线性优化模型所存在的计算量大、收敛慢、精确度低等缺点的困扰,从而大大提高计算效率,并且还在此基础上推导得出了各种几何约束条件关于设计变量的表达式。(2)本文采用拱梁分载法,完成了对拱形挡土墙结构稳定性研究的计算方法,建立了相应的稳定计算公式,把拱形挡土墙结构稳定与应力计算方法相结合。通过该研究计算方法,可以得出结论:拱形挡土墙结构的失稳破坏最容易在拱圈的顶部发生。(3)经过对拱形挡土墙结构的内力分析计算可以知道,由于采用圆简法、纯拱法得出的计算结果比较近似,并且按弹性壳体校正计算的内力很小,可忽略不计,因此可以采用先按纯拱法及圆简法进行计算,然后按弹性地基梁进行修正,进行拱形结构挡土墙的内力计算,既能够保证计算结果,又能反映实际状况,使计算工作量得到大幅度降低。(4)利用有限元分析软件ANSYS对拱形挡土墙在不同墙顶宽度和不同墙体半径情况下模拟分析得到其受力特性以及变化机理,帮助我们更加深入了解其变化规则,为在工程实践中的应用提供基础。而且通过与直线型挡土墙在相同条件下各项数值的分析比较可以得到,拱形挡土墙更能体现其支挡作用,降低工程造价。
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