有限元分析應(yīng)力

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路基根基底面拉應(yīng)力分布的有限元分析

路基根基底面拉應(yīng)力分布的有限元分析為操縱路基根基底面拉應(yīng)力，文中提出了在路基底部設(shè)置擴(kuò)大根基的路基設(shè)計(jì)思路，并通過(guò)有限元計(jì)算，對(duì)加設(shè)基礎(chǔ)后的路基布局舉行應(yīng)力分析，并基于分析結(jié)論，提出路基布局設(shè)計(jì)指導(dǎo)觀法。

摘要：

路基布局，拉應(yīng)力，因素分析，布局設(shè)計(jì)，指導(dǎo)觀法0.概述橋頭跳車一般都?xì)w結(jié)為臺(tái)背路基填筑的沉降問(wèn)題，而路基沉降包括路堤沉降和地基的沉降，實(shí)踐證明，只要選擇合適的臺(tái)背填料并嚴(yán)格施工操縱，臺(tái)背路根本身的壓縮變形可以疏忽不計(jì)，就是說(shuō)，臺(tái)背沉降主要是由于地基沉降造成的，而地基的沉降又是由于高路堤和上部荷載的壓力造成。目前，施工過(guò)程中多采用加固地基盡可能提高地基承載力，從而減小沉降做法，但往往要花費(fèi)大量的物力財(cái)力，假設(shè)能使地基頂面的壓力減小到最小，那么僅需對(duì)地基稍加處理就可以達(dá)到有效降低臺(tái)背沉降的目的，不但便當(dāng)了施工，而且經(jīng)濟(jì)效益也特別明顯。本文從路基布局設(shè)計(jì)的角度啟程，在路基底部加設(shè)擴(kuò)大根基，并建立臺(tái)背路基布局的有限元模型，對(duì)不同臺(tái)背填土高度、不同根基厚度、不同填料類型對(duì)地基頂面應(yīng)力的影響，舉行有限元分析，最終提出臺(tái)背路基根基的設(shè)計(jì)原那么。1.臺(tái)背路基布局設(shè)計(jì)在路基底部設(shè)置擴(kuò)大根基，分散臺(tái)背填土對(duì)地基的應(yīng)力，擴(kuò)大根基的寬度為路基坡腳每側(cè)加寬b米，b值可按照文獻(xiàn)分散角理論試算并結(jié)合實(shí)際施工要求確定。擴(kuò)大根基的厚度為基坑深度h米（即橋臺(tái)根基埋置深度）再在地面以上加深d米，d值確實(shí)定原那么是使地基頂面的應(yīng)力得志地基承載力的要求，且地基變形得志沉降要求。臺(tái)背路基布局設(shè)計(jì)示意如圖1和圖2所示。

3.分析模型的建立利用通用有限元軟件MSC.NASTRAN對(duì)路基、根基和地基布局舉行計(jì)算分析，以期分析不同路基高度、路基填料、基礎(chǔ)厚度和根基材料下分散應(yīng)力的效果。建立的模型如圖3所示，模型邊界條件為地基確定深度處固定，地基兩側(cè)水平方向的自由約束。模型尺寸如下：路基頂面寬24m，路基邊坡坡度為1：1.5，模型中基坑深度h取值4m，根基寬度為路基坡腳兩側(cè)各加寬b米，根據(jù)文獻(xiàn)中的分散角理論試算，取b值為3.5m，通過(guò)大量的試算，認(rèn)為地基的厚度取16m時(shí)，能夠得志計(jì)算精度的要求。

圖3路基-根基-地基布局的有限元模型4.影響路基根基底面應(yīng)力的因素分析根基設(shè)置如圖4所示。根基設(shè)置在路基和地基之間，沿橫斷面方向根基寬度為路基坡腳兩側(cè)各加寬2m。

圖4根基設(shè)置示意圖設(shè)路基填料容重為γ1，根基填料容重γ2，路基高度為H，根基厚度為（d+h）。不設(shè)置擴(kuò)大根基時(shí)，路基橫斷面中點(diǎn)處地基頂面的應(yīng)力為：

（1）設(shè)置擴(kuò)大根基后，考慮根基的應(yīng)力分散作用，路基橫斷面中點(diǎn)處的地基頂面應(yīng)力可表示為式（5-2），即路基經(jīng)基礎(chǔ)分散后的附加應(yīng)力和根基的自重應(yīng)力之和：

（2）式中：—根基底面處的自重應(yīng)力值（KPa）；

—根基底面處的附加應(yīng)力值（KPa）；

—根基的應(yīng)力分散系數(shù)（％）；

那么加設(shè)根基，地基頂面應(yīng)力減小值為(3)可將影響地基頂面的應(yīng)力減小分為兩方面考慮，從(4)式可以看出，減小根基容重、增加根基厚度都可以減小地基頂面應(yīng)力。從(5)式中可以看出，增大應(yīng)力分散系數(shù)可以減小地基頂面應(yīng)力。而是和路基模量、根基模量和厚度以及地基模量有關(guān)的系數(shù)。通過(guò)計(jì)算分析，可以得到各種因素對(duì)路基根基底面應(yīng)力分布的影響。5根基底面拉應(yīng)力的影響分析取路基密度為固定值2210kg/m3，根基密度為固定值1700kg/m3。

5.1不同根基模量和地基模量對(duì)根基底面拉應(yīng)力的影響取根基厚度為5m。路基模量確定時(shí)，不同根基模量和地基模量對(duì)根基底面拉應(yīng)力的影響如圖5和圖6所示。

圖5路基模量為60MPa時(shí)不同根基模量和地基模量下根基底面拉應(yīng)力變化曲線由圖5可以看出，根基底面拉應(yīng)力主要受根基和地基的相對(duì)模量大小的影響，增加根基和地基的相對(duì)模量，根基底面拉應(yīng)力越大。根基模量為200MPa時(shí)，E2/E0＝10，根基底面拉應(yīng)力為0.13MPa；

根基模量為200MPa時(shí)，E2/E0＝40，基礎(chǔ)底面拉應(yīng)力為0.48MPa；

根基模量為800MPa時(shí)，E2/E0＝40，根基底面拉應(yīng)力為0.50MPa。

圖6路基模量為300MPa時(shí)不同根基模量和地基模量下根基底面拉應(yīng)力變化曲線由圖6可以看出，隨著根基和地基相對(duì)模量的增大，基礎(chǔ)底面拉應(yīng)力增大。在地基模量較小時(shí)，根基底面拉應(yīng)力會(huì)隨著路基模量的增大而減小。根基模量為400MPa時(shí)，E2/E0由10增大到40，根基底面拉應(yīng)力增大0.29MPa；

地基模量為5MPa、根基模量為800MPa時(shí)，路基模量從60增加到300MPa，根基底面拉應(yīng)力減小0.20MPa。

5.2不同根基厚度和地基模量對(duì)根基底面拉應(yīng)力的影響取路基模量為60MPa，根基模量為400MPa，不同根基厚度和地基模量對(duì)根基底面拉應(yīng)力的影響如圖7所示。

圖7不同根基厚度和地基模量下根基底面拉應(yīng)力變化曲線由圖7可以看出，根基底面拉應(yīng)力幾乎不受根基厚度的影響，只隨地基模量增大而減小。

6.相關(guān)結(jié)論和建議根基底面拉應(yīng)力主要受根基和地基的相對(duì)模量大小的影響，增加根基和地基的相對(duì)模量，根基底面拉應(yīng)力越大。

在地基模量較小時(shí)，根基