超长钢管桩施工栈桥受力分析研究

作     者：封帆 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王承启

授予年度：2018年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：栈桥 超长钢管桩 受力响应 稳定性 敏感性分析 神经网络 

摘      要：栈桥作为一种临时性的结构,具有临时性的特点,同时兼具服务功能,作为一种辅助施工的临时措施,由于其施工速度快、安拆方便且能够重复利用等优点,而被广泛应用于桥梁、港口和大坝等基础设施工程中,栈桥施工与使用的安全、经济问题受到越来越多地关注。临时栈桥的施工过程较为复杂,下部钢管桩受力作用下轴力、位移以及应力等响应规律尚不明确,而且运营过程中随着起重机械荷载作用各个钢管桩受力响应各不相同,有必要通过数值计算模拟这些复杂的过程。本文在介绍灵官沟大桥施工栈桥工程概况,并对其地质条件做出评价的基础上,研究了超长钢管桩栈桥在施工阶段、使用阶段结构行为响应变化规律,分析获取了超长钢管桩稳定性影响因素,并对这些因素作用下超长钢管桩稳定性变化规律作出分析,最后定量评价了这些影响因素对超长钢管桩稳定性的影响程度,得出了以下结论:(1)施工过程中,钢管桩轴力的变化较为显著,起重机荷载移动对群桩轴力影响较大,风、水荷载的施加极大地影响了钢管桩的轴力;起重机荷载的施加、施加位置对于桥面板、桩体横桥向位移影响较小,而风、水荷载的施加对桥面板、桩体横桥向位移影响较大,且桩体越长,桩顶部横桥向位移越大,对桥面板横桥向位移的调整作用越大;施工过程中桩体最大的等效应力值较小,远低于材料的等效应力允许值,桩体在施工过程中不会发生压屈破坏;(2)使用阶段,起重机荷载位于跨中,对本跨两侧群桩桩身轴力影响程度较大,对其他群桩桩身轴力影响程度随距离增大逐渐减弱,当起重机荷载直接作用在跨尾时,该处群桩桩身轴力有所增大,而相邻侧群桩桩身轴力下降较为明显;起重机荷载位于不同位置,对桩体横桥向位移影响不大,桩体横桥向位移更多是受到流水、风荷载影响;起重机荷载位于跨中时,两侧桩群顶部顺桥向位移值最大,起重机荷载及其施加位置是钢管桩顺桥向位移大小、变化规律决定性因素;(3)对于钢管桩最大水平位移,提高土体弹性模量、桩入土深度以及桩横向间距,钢管桩最大水平位移均会出现先大幅下降,后缓慢减少的现象;而桩长增大,钢管桩最大水平位移出现先缓慢上升,后大幅增长的现象;钢管桩桩径增大,钢管桩最大水平位移只有小幅度增长,而钢管桩最大主应力随着影响因素变化的规律相对不大明显;(4)桩长、桩径数值有较小的变动就会使钢管桩稳定系数产生显著的改变,是钢管桩稳定性敏感因素;土弹性模量和桩入土深度为次要敏感因素,桩间距是最不敏感因素;(5)借助Matlab神经网络工具箱,对比验证了数值模拟计算结果与BP神经网络预测结果,提出将神经网络方法应用于栈桥钢管桩稳定性预测分析,为钢管桩稳定性预测分析提供了借鉴与参考。