静力与交通荷载作用下悬索桥隧道式锚碇及其边坡的力学响应研究

作     者：赵琳智 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖世国

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：隧道式锚碇 交通荷载 超张拉缆力 承载特性 边坡稳定系数 潜在滑面 

摘      要：悬索桥隧道式锚碇是一种能充分利用桥位岸坡工程地质条件、工程量相对较小、性价比较高、对周边环境扰动较小的锚碇式结构,广泛应用于山区高速公路大跨度桥梁工程中。本文依托四川雅安至康定高速公路泸定大渡河桥隧道式锚碇工程,在静力分析的基础上,着重讨论在交通荷载作用下隧道式锚碇承载特性与锚碇边坡稳定性。主要研究结果如下:采用弹性理论和极限平衡分析方法,推导出隧道式锚碇承载力近似理论计算公式。揭示了静力条件(1、3.5、7、10.5倍设计缆力)、动力条件(满载、超载、超速)下隧道式锚碇的承载特性及响应规律。得出在10.5倍设计缆力作用下,锚碇围岩局部发生破坏,锚碇摩阻应力将重分布,并给出应力重分布曲线。基于理论分析方法得到,在1倍缆力作用下,锚碇重力对锚碇的侧摩阻力影响显著,侧摩阻力分布模式与3.5倍、7倍、10.5倍缆力作用下的结果差异明显。在锚碇的不同受力状态下,对比分析了理论计算与数值模拟结果,二者误差大小为 10%～30%。采用FLAC3D数值模拟与理论分析方法计算了交通荷载下隧道式锚碇动力响应特征,得到车辆运行速度是锚碇承载性波动周期的主要因素,而超载与满载是影响锚碇的受力大小的主要因素,但并不是响应周期的主要影响因素。采用FLAC3D模拟分析了隧道式锚碇边坡在自然状态、设计缆力、缆索超张拉、交通荷载满载、超载、低速、常速、高速、超速等工况下的稳定性及锚碇承载特性。隧道式锚碇边坡在自然状态、隧道开挖工况下存在浅表层潜在失稳模式,相应稳定系数为1.52,但在其他工况下,因对边坡浅表层的潜在滑动面进行支护处理,稳定性提高,相应稳定系数约为1.64。在超速(150km/h)和10倍超载的情况下,交通荷载对边坡稳定性几乎没有影响,但对锚碇受力则产生显著影响,其作用相当于88.9%的1倍设计缆力作用。本研究得到的在静力与交通荷载作用下隧道式锚碇及其边坡力学响应的相关结果,可以为悬索桥隧道式锚碇及其边坡的工程设计提供理论指导和参考。