[发明专利]一种上承式拱桥拱座嵌固式基础锚固深度的评判方法

说明书

本发明公开了一种上承式拱桥拱座嵌固式基础锚固深度的评判方法，在建立模型时，在建立模型时，充分考虑嵌固式基础的倾斜角度对锚固深度的影响，并且由于考虑了土层和岩层对嵌固式基础的影响，相较于现有技术中仅按均匀岩层进行推算，且仅考虑弯矩对锚固深度的影响，本方法全面考虑了弯矩和剪力的作用，有效反映出拱座基础的受力情况，适用于复杂的地质情况，解决了嵌固式基础锚固合理深度的判定难题，方法科学可靠实用，确保了拱座基础的安全可靠，有利于提高桥梁结构安全性，为大跨度拱桥嵌固式基础的设计提供了方向。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种上承式拱桥拱座嵌固式基础锚固深度的评判方法。

背景技术

嵌固式基础是一种类似单桩插入岩层深处，同时承受轴力、弯矩和剪力的基础形式，按方向可分为竖向或斜向嵌固式基础。竖向嵌固式基础可用于梁式桥、斜拉桥及悬索桥等桥墩中，斜向嵌固式基础用于上承式拱桥主桥的拱座基础。

锚固深度指的是基础嵌入岩石的深度，是基础设计的一个关键指标，锚固深度过浅会造成基础作用失效，嵌固深度过深又会造成工程量增大，因此合理的锚固深度是嵌固式基础设计的一个关键技术问题。

现有技术中嵌固式基础的锚固深度通常参照规范中桩基础的锚固深度进行计算，仅考虑了弯矩对锚固深度的影响，对于剪力不大的竖向嵌固式基础而言是适用的，但对于斜向嵌固式基础而言，在主拱巨大竖向反力和水平推力下，拱座基础不光承受巨大的轴力和弯矩，还承受较大的剪力，若按现有技术进行计算，往往导致嵌固深度严重偏小，造成拱座基础作用失效，进而威胁全桥的结构安全，甚至会造成拱桥的倒塌。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中缺乏针对斜向嵌固式基础的锚固深度的合理设计方法的上述不足，提供一种上承式拱桥拱座嵌固式基础锚固深度的评判方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种上承式拱桥拱座嵌固式基础锚固深度的评判方法，包含如下步骤：

a、依据桥梁各构件的设计参数，建立钢桁拱桥有限元模型，有限元模型包括拱上墩、拱上梁、钢桁拱圈及三者之间的约束关系，求得嵌固式基础受拱脚底部内力，拱脚底部内力包括拱脚底部弯矩M_拱脚和拱脚底部剪力Q_拱脚；

b、考虑土层和岩层对嵌固式基础的影响，单独建立嵌固式基础的有限元模型，在嵌固式基础顶面施加拱脚底部内力，求得嵌固式基础的基础侧壁岩石压应力σ，其中，σ＝σ_M+σ_Q，σ_M表示嵌固式基础自重、拱脚底部内力以及土层和岩层的影响共同引起的总弯矩M产生的基础侧壁岩石压应力，σ_Q表示嵌固式基础自重、拱脚底部内力以及土层和岩层的影响共同引起的总剪力Q产生的基础侧壁岩石压应力；

c、若σ≤[σ]，则嵌固式基础的锚固深度满足要求，其中，[σ]表示基础侧壁岩石的容许压应力，若σ＞[σ]，则对嵌固式基础进行优化设计，然后重复步骤a-b，直至满足要求。

优选的，考虑土层和岩层对嵌固式基础的影响通过分别计算嵌固式基础的土层弹性支承刚度k_土和岩层弹性支承刚度k_岩来模拟，k_土＝C_土BZ_土，k_岩＝C_岩BZ_岩，其中，C_土＝my，m表示土层地基系数的比例系数，y表示嵌固式基础在土层中的深度，C_土表示垂直嵌固式基础侧面土层的水平地基系数，Z_土表示土层中同侧相邻两个弹性支承的竖向间距，C_岩表示岩层的地基系数，B表示嵌固式基础的宽度，Z_岩表示岩层中同侧相邻两个弹性支承的竖向间距。