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原文传递高速铁路桥桩在轴向循环荷载作用下的承载和变形特性研究

论文题名：	高速铁路桥桩在轴向循环荷载作用下的承载和变形特性研究
关键词：	铁路桥桩;轴向循环;荷载作用;变形;桥梁基桩;京沪高速铁路;小跨度;钻孔灌注桩;桩顶沉降;循环荷载试验;高速列车;设计;振动幅值;抗压承载力;列车动荷载;桩基础;桩身轴力;数值分析;动力作用;动力特性
摘要：	高速铁路的高速度、高舒适度、高安全性、高密度连续运营等特点对其土建工程提出了严格的要求，为此《京沪高速铁路设计暂行规定》对桥梁桩基础的竖向刚度和沉降控制值提出了严格要求。拟建中的京沪高速铁路沪宁段线路全长的 86.1％将以桥梁方式通过，而桩基础是铁路桥梁广泛使用的一种基础型式，由于高速列车对桥梁的动力作用大于普通列车对桥梁的动力作用，高速列车往复作用下基桩的静动承载和变形特性直接关系到桥梁基础的设计方法及设计参数选取等诸多方面。根据国外高速铁路及我国铁路客运专线桥梁使用的桥式、跨度、截面型式情况，并结合我国既有铁路线提速后桥梁遇到的主要问题，分析了京沪高速铁路桥梁的主要结构型式；并在此基础上研究了常用跨度桥梁基顶动力特性(动力频率、动力幅值等)与客车行车速度之间的关系，建立了用于推算列车以350km/h速度通过常用跨度桥梁时桩基础墩底受到的动力荷载拟合关系式，得到了常用跨度桥梁及小跨度桥梁单桩在高速行车条件下的动力激励参数。对常用跨度桥梁的Ф1.0m钻孔灌注桩和小跨度桥梁的Ф0.6m钻孔灌注桩分别进行了轴向静力加载试验，测试和研究了单桩的荷载—沉降特性、轴向静刚度的非线性特征、桩身的轴力传递规律、侧阻力和端阻力的荷载分担、桩侧阻力的分布及其发挥特点等，依据桩身轴力实测数据计算分析了不同深度截面的位移分布及位移分布随桩顶荷载的变化，确定了桩土荷载传递函数，进而分析了桩顶位移的性质及构成；研究了软土地层中不同直径钻孔桩的静力承载及变形特性。根据高速铁路不同跨度桥梁基桩的动力受荷特点，分别对Ф1.0m及Ф0.6m 的钻孔灌注桩进行了长期轴向循环荷载试验，测试了桩顶沉降、桩顶振动幅值、动刚度、桩身轴力、桩侧动摩阻力等动力参数与循环荷载加载次数之间的关系，并对Ф0.6m钻孔桩在动载加载前后的承载力进行现场试验；浅部土体的动侧阻力因土质的不同而增强效应和退化效应互现，但试验表明高速列车动荷载对试验基桩的桩顶沉降和轴向抗压承载力的影响均很小，基桩振动主要表现为弹性微振动。通过有限单元法对不同激振频率、不同动载幅值及其各种组合条件下桩顶的动力响应进行了数值模拟，重点分析了上述因素对桩顶振动幅值的影响，计算结果表明，即使在动载幅值达到30％单桩设计承载力情况下，桩顶振动最大幅值也仅为1mm左右，基桩仍然表现为弹性振动。通过对常用跨度桥梁基桩和小跨度桥梁基桩的现场试验及数值分析后认为，软土地基中的高速铁路中小跨度桥梁基桩设计，可以忽略高速列车动荷载对基桩沉降及轴向抗压承载力的不利影响，即可以采用拟静力法进行设计计算。本文成果对软土地区高速铁路建设具有重要的现实意义。关键词：高速铁路；桥梁；钻孔灌注桩；动力参数；荷载传递特性；沉降特性；动力特性；原位测试；静载荷试验；循环荷载试验；数值分析
作者：	杨龙才
专业：	道路与铁道工程
导师：	周顺华
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输工程学院
学位年度：	2004
正文语种：	中文