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铁路桩基承台优化设计方法及试验研究
| 论文题名： | 铁路桩基承台优化设计方法及试验研究 |
| 关键词： | 铁路桥梁;铁路桩基承台;等效刚度;空间桁架模型;承载能力;优化设计 |
| 摘要： | 桩基础承载能力高、沉降量相对较小、抗震性能优良,在我国铁路桥梁建设中应用十分广泛。铁路桩基承台在承受由墩身传递的桥梁上部荷载同时,将荷载按一定规律分配给各桩,是桩基础的重要组成部分。目前对于铁路桩基承台并无统一的设计计算方法,我国铁路相关设计规范只在承台刚性角及在底部配置钢筋网等方面进行了构造性规定。通过现场实桥试验与理论分析全面分析铁路承台的受力性能,优化铁路桩基承台设计计算方法,在保障铁路桥梁运营安全方面能够起到十分重要的作用。 实际桥梁状态下,桥墩、承台、桩和土构成一个整体,它们之间相互影响、共同承受上部荷载。在考虑全桥共同作用条件下建立的有限元模型,单元及节点数目过多,导致计算工作量大、效率很低。本文提出桩土等效刚度概念,将桩土对承台的约束作用等效成具有一定刚度的弹簧,施加在承台底部。这样简化大大减少了有限元模型的计算量,可以对承台进行更有针对性的分析。 本文以新建铁路陇海客车上行线某特大桥7号墩五桩承台及兰渝正线某特大桥25号中墩十一桩承台为工程背景,在上述承台内部埋设钢筋计,对桥梁各主要施工阶段的承台应力进行连续多次测试。建立五桩及十一桩承台施工阶段等效刚度有限元模型,理论计算与现场实际测试结果进行比较,分析各施工阶段承台应力传播特点。承台在整个梁体施工阶段均处于弹性工作状态,且沿高度方向存在明显的受拉区和受压区,呈现出一定的受弯特性。承台所承受荷载是通过墩底边缘与桩顶形成的斜压杆及墩底加载面范围内的竖压杆向桩身传递,并通过承台底部的拉杆效应保持结构内力平衡。 根据承台的传力特征,分析十一桩承台桩间距、承台厚度、加载面积、承台底部配筋率等因素对其极限承载力的影响。桩间距的取值能够直接影响承台的极限承载能力。承台厚度达到一定数值时,若再加大承台厚度,承台承载能力变化很小。当承台底受拉区配筋较少,承台破坏时钢筋已经达到屈服强度,为典型的拉杆破坏。当承台底部配筋达到一定数量后,随着配筋率的继续增加,承台极限承载力基本保持不变,破坏形式转为混凝土压杆破坏。 以十一桩承台为工程背景,根据承台应力分布情况,建立具有铁路桩基承台特点的桁架模型。提出压杆及拉杆的设计计算公式,并总结铁路桩基承台优化设计计算方法。 |
| 作者： | 徐登云 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 王春芬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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