一種柔性加筋土橋臺筋材內力計算方法技術

本發明專利技術公開了一種柔性加筋土橋臺筋材內力計算方法，其包括如下步驟：1)獲取填土材料以及當前層筋材的參數，并計算當前層筋材所承受的最大豎向應力2)給定內力T、豎向應力σz、橫向應力σl、切線彈性模量Et、切線泊松比μt的初始值，并計算體積模量B的初始值；3)根據預設的豎向應力增量Δσz計算當前層筋材的內力增量ΔT；4)令T＝T+ΔT，σz＝σz+Δσz，σl＝σl+ΔT/Sv，計算填土材料當前應力狀態下的切線彈性模量Et、體積模量B和切線泊松比μt；5)對當前層筋材重復步驟3)和4)，直至6)依次對每一層筋材重復步驟1)～5)，直至完成所有筋材層的內力計算。本發明專利技術能夠準確的確定筋材內力，具備清晰的力學機理基礎，科學性強。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于公路橋梁橋臺
，更具體地，涉及一種柔性加筋土橋臺筋材內 力計算方法。
技術介紹
土工合成材料加筋土柔性橋臺，由于造價低，在橋梁荷載的作用下變形小，且能夠 很大程度地緩解剛性橋臺所帶來的橋頭跳車問題，近年來在國外中小跨度公路橋梁的建設 和改造中得到廣泛應用，其在我國的應用也正在推廣。該類橋臺結構主要由干砌混凝土模 塊面板、土工合成材料筋材、壓實填土材料、以及加筋土地基四部分組成。橋臺結構建造時 分層壓實填土材料，填土材料中隔一定間距鋪設土工格柵或土工織物筋材形成加筋土，加 筋土前方設厚度較薄的模塊式干砌混凝土面板，筋材置于面板模塊之間，通過摩擦作用提 供筋材與面板之間的連接強度。與一般的加筋土擋土墻相比，土工合成材料加筋土柔性橋 臺承受較大的豎向橋梁荷載，因此，填土材料采用碎石土或級配良好砂土，壓實度要求高； 且加筋土橋臺的筋材剛度高，筋材間距小。根據美國聯邦公路局（FHWA)的規定，加筋土橋 臺的筋材豎向間距小于〇. 3m，且在簡支橋梁支撐下方需設置承載區，其筋材豎向間距小于 0. 15m〇 土工合成材料加筋土柔性橋臺的這些特點使得其筋土相互作用及筋材內力特征 與一般土工合成材料加筋土擋墻有較大區別。一般土工加筋土擋墻如忽略面板的作用，其 填土材料接近主動極限狀態，因此筋材內力可借助主動土壓力理論進行計算。但由于土工 合成材料加筋土柔性橋臺有嚴格的壓縮變形要求，在設計橋梁荷載的作用下，其填土材料 應力狀態應未到達主動極限狀態，這時如借助主動土壓力理論計算筋材內力，所得到筋材 內力偏小，會給加筋土橋臺的運行帶來安全隱患；此外，加筋土橋臺中，在每層筋材內力最 大處附近，筋材與填土材料的橫向變形協調，筋材和填土材料的橫向應變量基本相同。目 前，美國聯邦公路局的設計指南采用采用一種經驗方法計算筋材內力，該方法以少量的現 場及模型試驗為基礎，缺乏足夠的科學性。
技術實現思路
針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種柔性加筋土橋臺筋材內 力計算方法，其中結合柔性加筋土橋臺自身的結構特點，相應設計了一種適用于計算其筋 材內力的方法，實現加筋土橋臺內各層筋材內力的快速計算，具有計算結果準確，科學性強 的優點。 為實現上述目的，本專利技術提出了，該方法 包括如下步驟： 1)獲取柔性加筋土橋臺中填土材料以及當前層筋材的參數，并計算當前層筋材所 承受的最大豎向應力 2)給定當前層筋材的內力T以及填土材料的豎向應力σ z、橫向應力σ i、切線彈 性模量Et、切線泊松比μ ,的初始值，并計算填土材料的體積模量B的初始值； 3)根據預設的豎向應力增量Δ ο z計算該應力增量下當前層筋材的內力增量： 其中，J為筋材剛度；Sv為筋材層之間的豎向間距； 4)令當前層筋材的內力T = Τ+Δ T，填土材料的豎向應力σ ζ= σ ζ+Δ σ z，填土材 料的橫向應力σ1= 〇 1+AT/SV;然后計算填土材料在當前應力狀態下的切線彈性模量Et、 體積模量B和切線泊松比μ t; 5)對當前層筋材重復步驟3)和4)，直至，:得到當前層筋材的總內力； 6)對柔性加筋土橋臺中下一層筋材重復步驟1)~5)，直至完成所有筋材層的內 力計算。 作為進一步優選的，所述最大豎向應力采用如下公式計算獲得： 其中，γ為填土材料的重度，21為當前層筋材至橋臺上表面的距離，q為路面均布 荷載，Δ<:,"為橋梁荷載在民處所產生的附加豎向應力，R i位于橋梁荷載中心位置正下方。 作為進一步優選的，所述填土材料的切線模量Et的初始值為lOOkPa ;切線泊松 比μ t的初始值為，其中Φps為平面應變摩擦角；體積模量B的初始值為100/; 作為進一步優選的，所述預設的豎向應力增量Δ σ z< lkPa。 作為進一步優選的，所述步驟4)中當前應力狀態下的切線彈性模量Et采用如下 公式計算獲得： 其中，pa為大氣壓，σ 1為當前應力狀態下的橫向應力，σ 2為當前應力狀態下的豎 向應力，c為填土材料的內聚力，k、η及Rf為無量綱參數。 作為進一步優選的，所述步驟4)中當前應力狀態下的體積模量B采用如下公式計 算獲得： 其中，kb為體積模量參數。 作為進一步優選的，所述步驟4)中當前應力狀態下的切線泊松比μ t采用如下公 式計算獲得： 作為進一步優選的，所述體積模量參數kb采用如下公式計算獲得： 總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的 技術優點：本專利技術的柔性加筋土橋臺的內力計算方法充分考慮了橋臺中筋土的協調變形及 橋臺的施工和受載過程，通過切線模量Et充分考慮填土材料的應力應變非線性特性，通過 體積模量B和切線泊松比μ t充分考慮填土材料體積變形的非線性；通過應用筋材的短期 和長期剛度，計算土工合成材料加筋土橋臺由于土工合成材料筋材的時間相關特性所帶來 的內力隨時間變化，采用本專利技術的方法能夠準確地確定柔性加筋土橋臺筋材的內力，同時 具備清晰的力學機理基礎，有較強的科學性。【附圖說明】 圖1是本專利技術的柔性加筋土橋臺的設計受力示意圖； 圖2是本專利技術的柔性加筋土橋臺的內力計算方法的具體流程圖。【具體實施方式】 為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并 不用于限定本專利技術。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。 圖1是本專利技術的柔性加筋土橋臺的設計受力示意圖。柔性橋臺由填土材料1、加筋 層2,以及干砌混凝土模塊面板3組成，橋臺上表面受路面均布荷載4 (其為q)以及橋梁荷 載5(其為qb)的作用，加筋層之間的豎向間距6為Sv，橋梁荷載的作用寬度7為L，某層加 筋層離橋臺上表面的距離8為Zl。 圖2是本專利技術的柔性加筋土橋臺筋材內力計算方法的具體流程圖，其技術原理是 根據每層筋材內力最大處附近筋材與填土材料的橫向變形協調，并考慮填土材料的非線性 應力應變關系及橫向變形特性以計算筋材的內力，該方法主要包括如下步驟： 1)獲取柔性加筋土橋臺中填土材料以及當前層筋材的參數，并計算當前層筋材所 承受的最大豎向應力。 上述參數主要包括填土材料的內聚力c、內摩擦角Φ &、平面應變摩擦角<i>ps、體積 模量參數kb、筋材剛度J以及無量綱參數k、η及Rf，其采用如下方式獲得： a)按照壓實度要求準備填土材料1樣本，進行兩組不同圍壓下的固結排水三軸壓 縮試驗，獲得填土材料1在兩種圍壓下的應力應變關系曲線，應用雙曲線方程對應力應變 關系曲線進行擬合，確定填土材料1的內聚力c、內摩擦角Φ&、Κη及Rf; b)根據如下關系確定填土材料1的平面應變摩擦角<i>ps:當Φ 34°時，Φ ps=Φ tr; Φ tr> 34° 時，Φ ps= 1. 5 Φ tr-17° ; c)根據公式（1)確定填土材料1的體積模量參數kb: d)進行土工合成材料筋材的拉伸實驗，確定筋材2的剛度J。 最大豎向應力σ_?",采用公式⑵計算獲得： 其中，γ為填土材料的重度，21為當前層筋材至橋臺上表面的距離，q為路面均布 荷載4, 為橋梁本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性加筋土橋臺筋材內力計算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：1)獲取柔性加筋土橋臺中填土材料以及當前層筋材的參數，并計算當前層筋材所承受的最大豎向應力2)給定當前層筋材的內力T以及填土材料的豎向應力σz、橫向應力σl、切線彈性模量Et、切線泊松比μt的初始值，并計算填土材料的體積模量B的初始值；3)根據預設的豎向應力增量Δσz計算該應力增量下當前層筋材的內力增量：其中，J為筋材剛度；Sv為筋材層之間的豎向間距；4)令當前層筋材的內力T＝T+ΔT，填土材料的豎向應力σz＝σz+Δσz，填土材料的橫向應力σl＝σl+ΔT/Sv；然后計算填土材料在當前應力狀態下的切線彈性模量Et、體積模量B和切線泊松比μt；5)對當前層筋材重復步驟3)和4)，直至得到當前層筋材的總內力；6)對柔性加筋土橋臺中下一層筋材重復步驟1)～5)，直至完成所有筋材層的內力計算。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉華北，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42