冲刷对桥墩安全性的影响研究

论文摘要

冲刷是引起桥梁墩台失稳破坏的主要因素之一,我国早年修建的大部分桥梁一般采用重力式墩、台和明挖浅基础,受冲刷影响情况尤为严重,就冲刷对桥梁墩台安全性和稳定性的影响进行研究具有重要的工程意义。本文以横观各向同性弹性半空间地基模型和水下探测为基础,通过改变冲刷情况和地基参数条件探讨了冲刷对桥墩安全性和稳定性的影响,同时还通过有限元程序对桥墩的冲刷稳定性进行了数值模拟。最后结合对桥墩局部冲刷机理的研究探讨了各种冲刷防护措施并对其优缺点进行了评判,为设计和加固处理提供依据。研究结果显示,桥墩周围的局部冲刷深度与河床土粒径和墩前行近流速有明确的影响关系,影响曲线还显示当平均粒径较小,或墩前行近流速较大时影响尤为强烈;水下探测的结果显示各墩都发生了不同程度的冲刷破坏,以4~#墩最为严重;基底冲刷淘空面积对桥墩各检算项目都有明确的影响,且随着冲刷的加剧,墩顶弹性水平位移和基底合力偏心矩首先达到容许值,此时各墩的冲刷淘空面积占基底总面积的百分比大致都在20%以内,而有限元分析的结论与此基本一致;冲刷防护的理论和实践都在不断取得进展,而现有各种冲刷防护工程措施都有其特点和适用条件,应依据水流条件、河床条件和水下探测结果选择具体防护措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 依托工程概况
• 1.3 本文架构
• 第二章 文献综述
• 2.1 局部冲刷及其影响因素
• 2.2 水下探测方法研究
• 2.3 桥墩冲刷稳定性分析
• 2.4 桥墩冲刷防护研究
• 第三章 桥墩局部冲刷计算分析
• 3.1 桥墩冲刷机理
• 3.2 局部冲刷计算方法
• 3.3 局部冲刷深度计算
• 3.4 分析研究
• 第四章 水下探测及改进建议
• 4.1 探测目的及各墩概况
• 4.2 水下探测方法
• 4.3 水下探测结果
• 4.4 改进建议
• 第五章 冲刷对桥墩安全性的影响研究
• 5.1 沉降计算理论
• 5.1.1 物理域控制方程
• 5.1.2 变换域控制方程
• 5.1.3 变换域中的解
• 5.1.4 物理域中的解
• 5.1.5 闭合形式的调和函数
• 5.2 横观各向同性条件下的沉降计算
• 5.2.1 计算方法
• 5.2.2 计算过程与结果
• 5.3 冲刷对桥墩安全性的影响分析
• 5.3.1 冲刷对墩顶的弹性水平位移的影响
• 5.3.2 冲刷对桥墩倾覆稳定性的影响
• 5.3.3 冲刷对基底压应力的影响
• 5.3.4 冲刷对合力偏心矩的影响
• 5.3.5 总结
• 5.4 地基参数对桥墩冲刷稳定性的影响分析
• 5.4.1 各向异性比对桥墩冲刷稳定性的影响
• 5.4.2 压缩模量对桥墩冲刷稳定性的影响
• 第六章 基于ANSYS的桥墩冲刷稳定性数值模拟
• 6.1 有限元简介
• 6.2 桥墩有限元模型的建立
• 6.3 桥墩冲刷稳定性的数值模拟
• 6.4 对比分析
• 第七章 桥墩冲刷防护措施及建议
• 7.1 实体抗冲防护工程措施
• 7.1.1 抛石防护
• 7.1.2 扩大桥墩基础防护
• 7.1.3 混凝土模袋和混凝土铰链排防护
• 7.2 减速不冲防护工程措施
• 7.2.1 护圈防护
• 7.2.2 桥墩开缝防护
• 7.2.3 墩前排桩防护
• 7.2.4 淹没槛防护
• 7.3 综合防护工程措施
• 7.4 建议与方案
• 7.4.1 建议
• 7.4.2 资水大桥防护方案
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果