学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

高填方涵洞EPS板减荷技术应用及数值模拟研究

作　者: 姜峰林
导　师: 王晓谋；顾安全
学　校: 长安大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 高填方 上埋式涵洞 土压力 减荷技术 EPS 有限元 设计方法
分类号: U449
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 139次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


在山区修建高速公路,常用高填路堤代替桥梁穿越沟谷,达到降低工程造价的目的,从而形成了较多的高填方涵洞。由于高填方涵洞承受的土压力大,因而涵洞多为结构尺寸较大、施工困难但承载力较高的拱涵。如果采用在涵顶铺设柔性材料EPS板的减荷技术,促使土中形成拱效应,降低作用在涵洞上的土压力,就可使用材料用量小、施工简便的盖板涵代替拱涵,满足高填方涵洞承载力要求。为了开展高填方涵洞EPS板减荷技术应用研究，本文结合四川省广元-巴中高速公路“高填方涵洞设计新理念的工程应用”课题,对一公路高填方涵洞进行了EPS板减荷技术的工程应用及减荷效果测试,通过室内试验研究了EPS板的压缩变形性能,并结合数值分析对EPS板减荷技术进行了系统的研究,取得了以下成果：1.通过三轴与单轴压缩试验,研究了不同加载速率及围压条件下EPS板的压缩变形性能及蠕变、松弛特性。试验结果表明,逐级加载的单轴压缩试验结果适用于EPS板在高填方涵洞减荷时的受力及变形情况,根据单轴压缩试验结果得到了工程设计中所需EPS板的压缩强度与密度、压缩模量与密度的计算公式。2.将EPS板减荷技术在一公路高填方涵洞上进行了应用,成功以盖板涵代替拱涵,节省了约一半的涵洞造价并加快了施工进度。在填土过程中和填土完成后,对涵洞土压力及EPS板压缩变形进行了700多天的观测,得到了涵洞土压力分布及EPS板的变形规律。观测结果表明,采取减荷措施后的涵洞土压力明显减小,该盖板涵竣工近两年来使用状况良好。3.利用数值分析的方法,对采用Drucker-Prager Cap双屈服面模型的土体与采用Crushable Foam模型的EPS板进行了土工试验的有限元数值模拟。根据有限元计算结果与室内试验结果的比较,验证了所选模型的有效性；并且对材料模型参数进行了修正,提高了涵洞有限元模型计算结果的可靠性。4.针对常规填土涵洞,采用模拟路堤分层填筑的二维有限元模型,对涵-土相互作用机理及涵洞所受土压力进行了研究,分析了涵洞土压力的变化规律及其主要影响因素。通过涵洞三维有限元计算,得到了公路高填方涵洞在梯形路堤断面下的涵顶土压力分布情况,弥补了以往只在二维方向进行涵洞土压力分析的不足,提出了新的涵洞垂直土压力系数建议值。5.通过对EPS板减荷技术的二维有限元分析,得到了高填方涵洞的减荷机理及影响减荷效果的主要因素；通过涵顶净跨内铺设EPS板与涵顶满铺EPS板两种减荷方式的对比分析,结果表明盖板涵结构净跨内铺设EPS板是较为合理的减荷方式。根据三维有限元计算分析的结果,得到了涵顶所铺设EPS板的三维压缩变形随填土高度的变化规律,可作为沿涵洞长度方向铺设EPS板厚度的依据。6.在以往EPS板减荷技术试验结果及本次减荷技术工程应用观测结果的基础上,并结合二维与三维有限元计算分析,建立了涵洞EPS板减荷设计的经验系数方法,简化了减荷后复杂的土压力计算及涵洞结构设计过程。为了防止施工机械对EPS板造成破坏,研究了施工荷载对EPS板的受力及压缩变形的影响,提出了一套简便可行的施工技术。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-14
第一章 绪论  14-34
  1.1 课题研究背景与意义  14-15
  1.2 涵洞工程及减荷技术概述  15-19
    1.2.1 涵洞分类  15-17
    1.2.2 EPS板减荷技术  17-19
  1.3 课题研究现状评述  19-32
    1.3.1 涵洞土压力研究现状与评述  19-22
    1.3.2 涵洞减荷技术研究现状评述  22-26
    1.3.3 涵洞土压力计算方法  26-32
  1.4 本文研究内容  32-34
第二章 EPS板压缩性能研究  34-52
  2.1 EPS板简介  34-37
    2.1.1 EPS板生产过程  35
    2.1.2 EPS板微结构特征  35-36
    2.1.3 EPS板基本性质  36-37
  2.2 EPS板在岩土工程中的应用  37-40
    2.2.1 轻质填料  37-38
    2.2.2 可压缩性  38-39
    2.2.3 保温隔热性能  39
    2.2.4 结构隔振  39-40
  2.3 EPS板压缩性能试验  40-51
    2.3.1 试验目的  40-41
    2.3.2 试验主要内容  41
    2.3.3 EPS试样制作  41-43
    2.3.4 EPS压缩模量与强度定义  43-44
    2.3.5 常规三轴压缩试验  44-47
    2.3.6 蠕变和松弛试验  47-48
    2.3.7 EPS单轴压缩试验  48-51
  2.4 小结  51-52
第三章 涵洞EPS板减荷技术工程应用  52-69
  3.1 K45+015涵洞工程概况  52
  3.2 EPS板与盖板涵设计  52-56
    3.2.1 EPS板密度与厚度的确定  52-54
    3.2.2 减荷涵顶垂直土压力计算  54
    3.2.3 盖板涵结构设计  54-55
    3.2.4 涵洞优化前后工程造价对比  55-56
  3.3 测试内容及仪器埋设  56-61
    3.3.1 主要测试内容  56
    3.3.2 土压力传感器选择及埋设  56-58
    3.3.3 压缩标制作及埋设  58-59
    3.3.4 EPS板铺设及填土过程  59-61
  3.4 测试结果及分析  61-68
    3.4.1 涵顶测试结果及分析  61-66
    3.4.2 涵侧测试结果及分析  66-68
  3.5 小结  68-69
第四章 涵洞有限元模型及土工试验数值模拟  69-92
  4.1 岩土工程有限元概述  69-70
  4.2 公路涵洞三维受力特性  70-71
  4.3 涵洞有限元几何模型  71-74
    4.3.1 有限元模型方案  71
    4.3.2 有限元几何模型  71-74
  4.4 填土分层施工模拟  74-75
  4.5 涵洞有限元材料模型  75-82
    4.5.1 土的Drucker-Prager Cap模型  76-79
    4.5.2 泡沫Crushable Foam模型  79-82
  4.6 土工试验有限元模拟  82-90
    4.6.1 Drucker-Prager Cap模型土工试验模拟  84-87
    4.6.2 Crushable Foam模型土工试验模拟  87-90
  4.7 有限元材料参数确定  90-91
    4.7.1 Drucker-Prager Cap模型压缩模量定义  90
    4.7.2 有限元材料参数  90-91
    4.7.3 模型参数分析  91
  4.8 小结  91-92
第五章 常规填土涵洞土压力数值模拟研究  92-116
  5.1 涵洞土压力受力机理二维有限元分析  92-100
    5.1.1 土体沉降及涵洞土压力分布规律  92-93
    5.1.2 涵顶填土沉降与垂直土压力分布  93-95
    5.1.3 土柱剪应力与剪应变  95-97
    5.1.4 涵顶各高度土层应力与变形  97-99
    5.1.5 涵侧土压力分布  99
    5.1.6 涵土相互作用规律总结  99-100
  5.2 涵洞土压力二维有限元参数分析  100-107
    5.2.1 涵洞结构尺寸影响  100-102
    5.2.2 强度参数c、φ影响  102-104
    5.2.3 填土模量影响  104-105
    5.2.4 涵侧填土压缩模量影响  105-106
    5.2.5 地基压缩模量影响  106-107
  5.3 常规填土涵洞三维有限元分析  107-114
    5.3.1 路堤沉降规律  107-109
    5.3.2 路堤及涵洞受力规律  109-113
    5.3.3 非基岩地基涵洞沉降分析  113-114
  5.4 常规填土涵洞土压力建议值  114-115
    5.4.1 有限元结果与规范对比  114-115
    5.4.2 涵顶垂直土压力建议值  115
  5.5 小结  115-116
第六章 涵洞EPS板减荷技术数值模拟研究  116-140
  6.1 EPS板减荷机理二维有限元分析  116-122
    6.1.1 涵洞土压力及土体沉降规律  116-117
    6.1.2 涵顶填土沉降与垂直土压力分布  117-119
    6.1.3 土柱剪应力与剪应变  119-120
    6.1.4 涵顶各土层应力与变形  120-121
    6.1.5 涵侧土压力分布  121-122
  6.2 EPS板铺设宽度对土压力的影响  122-125
    6.2.1 涵顶土压力与EPS板宽度关系  122-123
    6.2.2 涵侧土压力与EPS板宽度关系  123-124
    6.2.3 涵顶满铺与净跨铺设EPS板减荷对比  124-125
  6.3 净跨铺设EPS板参数分析  125-131
    6.3.1 EPS板密度及厚度影响  125-127
    6.3.2 涵洞几何尺寸影响  127-129
    6.3.3 c、φ强度参数影响  129-130
    6.3.4 填土模量影响  130-131
    6.3.5 涵侧填土模量影响  131
  6.4 K45+015涵洞二维有限元分析  131-134
    6.4.1 材料参数  131
    6.4.2 有限元与实测结果对比  131-134
  6.5 EPS减荷三维有限元分析  134-138
    6.5.1 路堤沉降规律  134-135
    6.5.2 路堤及涵洞受力规律  135-138
  6.6 小结  138-140
第七章 涵洞减荷设计与施工技术研究  140-150
  7.1 减荷设计适用条件  140-141
    7.1.1 减荷最小填土高度  140
    7.1.2 EPS板密度及厚度确定  140-141
  7.2 EPS板减荷设计  141-144
    7.2.1 减荷有限元设计  141
    7.2.2 EPS板减荷设计系数法  141-142
    7.2.3 盖板涵结构设计  142-144
  7.3 减荷施工技术  144-149
    7.3.1 EPS板材分割  144-145
    7.3.2 施工荷载对EPS板影响  145-148
    7.3.3 填土施工过程  148-149
    7.3.4 减荷效果监测  149
  7.4 小结  149-150
第八章 结论与展望  150-153
  8.1 结论  150-151
  8.2 本文创新点  151-152
  8.3 展望  152-153
参考文献  153-161
攻读博士学位期间取得的学术成果  161-162
致谢  162

相似论文

  1. 混粉电火花成型机主机系统及工艺试验的研究,TG661
  2. 电火花加工中的电极损耗机理及控制研究,TG661
  3. 永磁磁力耦合器结构与特性研究,TH139
  4. 谐波齿轮传动柔轮应力及轮齿磨损分析,TH132.43
  5. 常温低温组合密封结构的有限元分析与优化设计,TH136
  6. 碾压混凝土拱坝温度应力仿真分析与分缝设计研究,TV642.2
  7. 竖向荷载作用下半刚性连接钢框架的简化分析,TU391
  8. 带填充墙框架结构非线性有限元分析,TU323.5
  9. 电流及电场对结晶器铜板上电镀镍及其合金镀层性能的影响,TQ153.2
  10. 基于时程分析法碾压混凝土重力坝抗震稳定性分析,TV642.2
  11. 个性化人工膝关节设计及其生物力学特性研究,R318.1
  12. 船用锅炉过热器管束胀口应力应变分析,TQ051.5
  13. 电子产品质量监控测试设备设计,TN06
  14. 深水海底管道S型铺管法安装分析,TE973
  15. 拖拉机驾驶室的有限元分析及优化设计,S219.02
  16. 拖拉机电控液压动力转向系统的转向机构及液压系统设计,S219.02
  17. 智能森林灭火航弹研究,S762
  18. 多针内固定治疗跟骨骨折的有限元分析,R687.3
  19. 三种后路腰椎融合术致相邻节段退变的有限元分析比较,R687.3
  20. 踝关节及周围韧带三维有限元模型的建立与分析,R687.3
  21. 不同托槽底板结构影响粘接质量的三维有限元分析,R783.5

中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 涵洞工程
© 2012 www.xueweilunwen.com