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1、武汉理工大学毕业设计（论文） 摘 要 桥台与桥台台后回填土的相互作用可以显著影响桥梁的地震反应。国内外关于桥台台后填土的理论研究方法有很多。但是由于台土相互作用的复杂性，在台后填土的分析方法和研究着重点上还有许多目前尚未解决和完善的问题。因此通过实桥试验对地震作用下桥台台后填土被动土压力-位移曲线用多种常用的方法来研究便加以对比是十分必要的，本文中用到四种计算方法，三种位移模式进行研究，具有实际的应用价值。本文主要进行了以下研究工作： （1）学习和总结国内外各种土压力的计算方法，并了解每种计算方法的适用条件和影响因素；（2） 学习和掌握几种实用的土压力位移曲线模式，并且了解每种模式的适用条件和
2、影响因素；（3） 重点掌握经典土压力计算方法，胡晓军和谭晓慧改进的库仑被动土压力计算方法对数螺旋-条分法等四种计算方法和Duncan双曲线方法、HFD方法、LSH方法等三种力-位移关系的确定方法，并运用于实桥； （4）对不同计算方法和计算模式得到的结果加以分析和综合，从而更深刻的了解这些公式的适用条件、意义和优点； 关键词：地震；计算方法；计算模式；台后土压力；位移；AbstractAbutment-backfill soil interaction can significantly influence the seismic response of bridges.The experts
3、at home and abroad have done many theory research about abutment-backfill soil,but because of the complexity of abutment-soil interaction,there are many problem having not been solved on the methods of analysis and design of the earth pressure,so it is necessary to use a verity of methods to study b
4、ridge abutment backfill passive earth pressure - displacement curves under earthquake.Four methods of computation and three kinds of displacement mode are used in this article,with practical application value.This paper conducted the following studies:(1) Learning and summarizing various kinds of ea
5、rth pressure calculation method home and abroad,and to understand the influence of each method; (2)Learning and summarizing various kinds of earth pressure displacement curve mode home and abroad,and to understand the influence of each curve mode;(3)Focusing on mastering classical earth pressure cal
6、culation method, Hu Xiaojun and Tan Xiaohui improved Coulomb passive earth pressure calculation method ,LSH method of the four methods of calculation method and Duncan hyperbolic method, HFD method, LSH methods - displacement relationship determine the method and applied them to the real bridge;(4)
7、Analyze and synthesize the results of different calculation methods and models i get, i can get a deeper understanding of these formulas applicable conditions, significance and benefits;Key Words:Earthquakes;Calculation method;calculation displacement curve mode;The Earth Pressure;The displacement;第
8、1章 绪 论1.1 研究的必要性 进入新世纪以来，世界各地地震频发，而我国地处环太平地震带和地中海喜马拉雅地震带这两个世界最活跃的地震带上，是世界上遭受震害最严重的国家。2008 年的“5.12 汶川地震”，2011 年的“东日本大地震”，两次地震给事发国家和地区都带来了巨大的财产损失和人员伤亡。地震中，公路、铁路、桥梁等工程都有不同程度的破坏。桥台作为桥梁工程中重要的构造物，它的破坏给地震的抢险救灾工作带来了极大的困难，并造成次生伤害。桥台的破坏也使得后期的修复工程异常浩大，造成十分惨重的经济损失，正是基于此，故而有必要而且十分紧迫的需要对地震作用下桥台台后填土被动土压力-位移之间的关系展开
9、研究。在地震作用下边跨主梁碰撞桥台台背，导致台背后面形成被动土压力,对地震作用下桥台台后被动土压力-位移曲线的研究，对揭示桥台震害机理具有十分重要的意义，现如今，关于桥台台后填土的土压力研究计算方法有很多，但由于台土作用的复杂性，不同地区不同环境，桥台台后填土也不一样，更何至于不同地区地震烈度也不一样，任何单独的一种方法是不可能解决所有的台土之间的作用问题的，但是每个方法都有各自的特点，自成一家，最经典的当属库仑土压力和郎肯土压力计算方法，将各种方法一起研究一个问题，并加以对比，从中可以发现他们的异同之处，从而可以更清楚的认识了解地震作用下桥台台后填土被动土压力位移的真实关系，在了解之后对揭示
10、桥台在地震作用下的震害机理很有意义，更有助于我们从源头上解决问题，在设计桥梁及选择桥梁之后的填土上选择合适的材料和合适的施工方法，十分具有指导意义。为了更好的观察结果和进行对比分析，我在计算台后填土时用了四种计算方法，库仑土压力计算方法，郎肯土压力计算方法，胡晓军和谭晓慧改进的库仑被动土压力计算方法以及对数螺旋线-条分法，选用的力位移关系的模式是双曲线模式，有Duncan双曲线方法，HFD方法以及LSH方法。每个方法都有各自的特点。在他们当中找到各自的优点是十分有必要的，也很有指导意义。1.2 研究的目的和意义 通过毕业设计使自身的知识系统化，实践化，在锻炼调查研究，收集、查阅资料和阅读文献能
11、力的同时，也可以培养独立操作能力。在研究中，以符合规范为前提，认真研究，有所创新和发现，在提高自己全面分析能力的同时，还增强自己的创新意识。提高专业能力。熟悉桥台台后填土被动土压力计算方法，具体包括库仑土压力计算方法、郎肯土压力计算方法、胡晓军和谭晓慧改进的库仑被动土压力计算方法、对数螺旋线-条分方法等四种方法。了解熟悉写论文的基本步骤，学会确定分析实际桥梁桥台台后填土被动土压力-位移曲线。通过四种计算方法算得的不同结果，进行比较确定新的方法是否合理，是否可行。弄清地震作用下桥台台后被动土压力的大致变化。培养综合利用理论知识和专业知识的基本技能，提高分析和解决实际问题的能力，为毕业后尽快适应实
12、际工作奠定基础。提供桥台台后填土被动土压力分析实例，基于该模型自己合理拟定未知参数，运用郎肯，库伦和对库仑被动土压力计算方法的改进和对数螺旋线-条分法等四种方法确定被动土压力，然后运用Duncan双曲线方法，HFD方法以及LSH方法三种模式，得到地震作用下桥台台后填土被动土压力-位移曲线，通过对比多种不同的结果，观察其中的同异之处，从而得出有利于实际的结论。本次毕业设计原始资料中的数据是根据现实中桥梁桥台背后填土的实际情况拟定的。在地震作用下，通过已有的被动土压力计算公式计算得出结果，然后根据新的公式，对现实中的桥梁进行全新的计算，和经典被动土压力公式计算所得的结构进行对比，观察桥台台后填土被
13、动土压力-位移曲线的异同，得出结论，看新的公式是否可行，是否进一步促进了地震作用下对桥台台后填土被动土压力的研究。1.3 研究内容和技术方案本次毕业设计题为地震作用下桥台台后填土被动土压力-位移曲线研究，首先熟练掌握经典被动土压力公式，理解其具体含义和运用的条件，然后再掌握有限元法的过程，最后要有自己的试验方法，给出桥台台后被动土压力位移曲线模式，根据老师给的实桥图样，自己拟定合适的部分未知参数，得出实桥桥台台后填土被动土压力-位移曲线，对曲线进行对比研究与分析，得出结论和成果。由于本次毕业设计内容不是一个全新的研究任务，在之前已有无数关于此类的研究，涉及到的计算方法有四种，尤其胡晓军和谭晓慧
14、对库仑被动土压力计算方法的改进和对数螺旋线-条分法，计算强度比较大，公式复杂，需要足够的耐心和细心，在此过程种为了便于修改，要将公式都表格化，这需要对计算机算法有一定的掌握，对郎肯，库仑等经典被动土压力公式有所了解，在对比的过程中，还要善于发现差异之处，这也是需要耐心和细心的活，Duncan双曲线方法，HFD方法以及LSH方法等三种模式下，得出地震作用下桥台台后填土被动土压力位移曲线，在最后图像的对比中，要有认真负责的态度，善于发现，善于钻研。在最后的总结过程中，还要学会对发现的差异进行概括。第二章 几种常见的土压力计算方法作用在桥台上的主要横向荷载是土压力，其计算十分复杂，影响因素很多。如填
15、料性质、桥台型式和位移方向、填土表面的荷载情况、地下水情况都会影响土压力的大小。由于这些因素的不同，桥台所受到的土压力会相差很多，由于问题的复杂性，历史上研究地震作用下桥台台后填土被动土压力的方法也有很多，每种方法均有各自的特点，便没有唯一的计算方法能涵盖所有的适用条件，对土力学的研究始于18世纪，有关土力学的第一个理论是1773年由库仑（Coulomb）建立并由摩尔（Mohr）发展了的摩尔库仑强度理论，为土压力的求解奠定了基础，1857年郎肯（Rankine）提出了建立在土体极性平衡条件分析基础上的土压力理论，之后的土压力理论大多是基于此发展而来。在此，我主要介绍四种计算土压力的方法，有库仑
16、土压力计算方法、郎肯土压力计算方法、胡晓军和谭晓慧改进的库仑被动土压力计算方法、对数螺旋线-条分法等四种土压力计算方法，然后通过实际桥梁台后填土，运用这四种方法，给出算例，比较四种方法得出结果的异同之处。2.1 四种土压力计算方法2.1.1郎肯土压力理论17世纪中期,郎肯研究了半无限土体在自重作用下处于极限平衡状态的应力条件,通过此推导出台后土压力的计算公式。郎肯理论的假设条件为: 墙后土体表面水平,属于半无限体； 挡土墙墙背竖直、表面光滑平整； 挡土墙为刚性体； 郎肯理论的被动土压力计算公式为： （2.1） 其中称为被动土压力系数其土压力分布图如图2.1所示，其中分别为无粘性土和粘性土的结果:2.1.2 库仑土压力理论法国学者库伦采用静力平衡条件,在
