高橋墩樁基穩(wěn)定性分析及其優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、本文從高橋墩樁基屈曲承載機理出發(fā)，通過理論分析、數(shù)值模擬及室內(nèi)模型試驗對該問題進(jìn)行了較深入系統(tǒng)的研究。 本文首先深入分析了高橋墩樁基的屈曲機理，首次將橋墩、樁基做為一個整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，建立了可考慮墩樁不同剛度及樁側(cè)土體影響的高橋墩樁基屈曲分析的簡化計算模型，利用能量法導(dǎo)得施工和成橋階段不同邊界條件下高橋墩樁基屈曲臨界荷載和穩(wěn)定計算長度的解析解；同時，基于能量法解答對樁側(cè)土體、無量綱入土深度及墩樁剛度比等因素對高橋墩樁基屈曲

2、穩(wěn)定的影響規(guī)律進(jìn)行了分析，由此得出：樁側(cè)土體和基樁的入土深度是影響高橋墩樁基屈曲性能的重要因素，單純提高結(jié)構(gòu)剛度不能顯著改善其穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)的屈曲破壞也不是一個簡單的材料破壞問題；此外，樁側(cè)土體對高橋墩樁基屈曲穩(wěn)定的影響存在一個有效深度范圍。 為進(jìn)一步探討高橋墩樁基的屈曲特性，從固體力學(xué)的角度探討結(jié)構(gòu)大變形問題的實質(zhì)，引入了適宜于考慮結(jié)構(gòu)體系大變形特性的無網(wǎng)格法，并給出了無網(wǎng)格法大變形問題的力學(xué)推導(dǎo)；在此基礎(chǔ)上采用完全的拉格朗日法

3、，在初始構(gòu)形上建立無網(wǎng)格法的近似函數(shù)，得到了大變形情況下的平衡方程。還根據(jù)本文的實際情況選擇了較為優(yōu)越的弧長控制法求解非線性方程組。并引入均勻試驗設(shè)計的概念，將其應(yīng)用于求解域的節(jié)點布置，可使節(jié)點在計算點的定義域內(nèi)能夠均勻分布，從而保證矩陣不致產(chǎn)生奇異性，并較大地減少了計算工作量。 其次，設(shè)計并完成了多組高橋墩樁基的屈曲室內(nèi)模型試驗，通過改變墩樁長度比、邊界條件和材料剛度等參數(shù)組合，對高橋墩樁基屈曲破壞機理有了較深入的認(rèn)識；并結(jié)合

4、本文無網(wǎng)格數(shù)值分析方法得到的結(jié)果進(jìn)行了對比分析，驗證了程序的可靠性，同時進(jìn)一步分析了高橋墩樁基的屈曲影響因素及相關(guān)規(guī)律。 最后，針對高橋墩樁基礎(chǔ)的特點，在基本優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的目標(biāo)函數(shù)建立了相應(yīng)的優(yōu)化模型，給出優(yōu)化設(shè)計算法流程圖，編制了相應(yīng)的優(yōu)化計算程序；并根據(jù)高橋墩樁基的工程實際設(shè)計了一個數(shù)值算例，采用本文編制的優(yōu)化計算程序?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到了優(yōu)化后的最優(yōu)解；同時，采用高橋墩樁基屈曲系數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型進(jìn)行