考虑土—结相互作用的覆土波纹钢板圆管涵的力学性能分析

论文摘要

覆土波纹钢圆管涵由于受到土体有利的约束作用,从而提高了承载力,在国外已被广泛地应用于公路工程。而我国对这种管涵的设计主要参考国外规范,因此对该类型结构进行受力性能分析的研究具有重要意义。本文针对我国覆土波纹钢桥涵研究中关注的热点问题—土与结构相互作用展开了研究。在有限元分析中,为全面考虑土体的非线性特性,引入了接触单元,建立了考虑土—结相互作用的有限元分析模型,由此充分研究了土体的泊松比、土体的弹性模量、土体的内摩擦角、土体的压实度、波纹钢板的截面性质及圆管涵的直径大小等各种因素对土—结相互作用的影响。首先,在系统分析土与结构相互作用的基础上,分别从土拱效应、土的非线性和土压力的计算方法展开了研究,提出了考虑土-结相互作用的土压力计算方法并进行了验证；然后,基于土-结相互作用分析的基础上,综合考虑多种影响土与波纹钢板结构相互作用的因素,提出覆土波纹钢板圆管涵的刚柔性定量区分标准并进行了验证；最后,在前人研究的基础上,运用弹性力学与结构力学相结合的方法,根据波纹钢板圆管涵与土体的变形协调关系推算出了结构的内力计算公式；基于有限元中对土—结相互作用的各种影响因素的分析,进一步提出了考虑土-结相互作用的内力算公式,并通过有限元计算结果进行了对比验证。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 土压力研究概况
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 覆土波纹钢结构研究概况
• 1.3.1 国外研究状况
• 1.3.2 国内研究状况
• 1.4 本文研究的主要内容及技术路线
• 1.4.1 主要内容
• 1.4.2 技术路线
• 2 覆土波纹钢板圆管涵周围土压力的分析计算
• 2.1 土压力计算方法概述
• 2.1.1 土柱法
• 2.1.2 压力集中系数法
• 2.1.3 马斯顿散体极限平衡理论
• 2.1.4 卸荷拱法
• 2.1.5 等沉面理论
• 2.1.6 有限元数值分析方法
• 2.2 土压力影响因素分析
• 2.2.1 土拱效应
• 2.2.2 土体的非线性
• 2.3 土压力的有限元分析
• 2.3.1 土体弹性本构关系
• 2.3.2 土的应力刚化本构模型
• 2.3.3 结构非线性问题
• 2.3.4 有限元模型建立
• 2.3.5 土压力影响因素分析
• 2.4 基于土-结相互作用的土压力计算
• 2.4.1 建议的土压力计算公式
• 2.4.2 有限元对比分析
• 2.4.3 规范对比分析
• 2.5 本章小结
• 3 覆土波纹钢板圆管涵的刚柔性分析
• 3.1 圆管涵刚柔性分析概述
• 3.1.1 公路规范分析
• 3.1.2 土与结构相对位移分析
• 3.1.3 环压理论
• 3.2 有限元模型分析
• 3.3 覆土波纹钢板圆管涵刚柔性的影响因素分析
• 3.4 覆土波纹钢板圆管涵的刚柔性区分
• 3.4.1 建议的波纹钢板圆管涵刚柔性定量区分标准
• 3.4.2 有限元对比分析
• 3.5 本章小结
• 4 覆土波纹钢板圆管涵受力理论分析与方法
• 4.1 管涵计算方法概述
• 4.1.1 结构力学计算法
• 4.1.2 弹性理论分析法
• 4.2 覆土波纹钢板圆管涵内力分析
• 4.2.1 计算方法概述
• 4.2.2 弹性理论分析
• 4.2.3 结构力学分析
• 4.2.4 变形协调
• 4.3 考虑土结相互用作的管涵内力计算
• 4.3.1 波纹钢板圆管涵内力计算式的提出
• 4.3.2 有限元模型介绍
• 4.3.3 有限元对比分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 未来研究工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集