客运专线湿陷性黄土地区浅埋式连续桩板结构变形分析

摘要

桩板结构在客运专线路基工程应用广泛，但针对其在湿陷性黄土地区应用的理论研究还不够完善。本文以西北某客运专线湿陷性黄土地区桩板结构路基为背景，对湿陷性黄土地区浅埋式连续桩板结构展开研究。
　　通过工地实习及研读大量文献资料，收集并分析实际工程中与桩板结构变形相关的数据，学习已有的桩板结构分析理论与研究手段，运用有限元数值模拟计算的方法，建立湿陷性黄土地区浅埋式连续桩板结构的有限元模型，较为系统地研究浅埋式连续桩板结构在湿陷性黄土地区的变形机理，并进行结构主要设计参数对结构特性的影响分析。本文主要研究内容及研究成果如下。
　　1、介绍实际工程简化为有限元模型的步骤并对有限元计算结果进行分析。
　　(1)对西北某客运专线桩板结构结构形式作分析论证。基于浅埋式连续桩板结构分析理论，将独立墩柱式和托梁式两种形式的桩板结构按照结构静力学知识在纵向和横向上简化为平面杆系结构，借助MIDAS/CIVIL分析两种结构在荷载作用下的内力。对结果对比分析得到，独立墩柱式在承载能力及材料经济方面都比托梁式优越。
　　(2)详细介绍有限元模型建立的全过程，包括材料本构模型的合理选取、材料属性及特性参数的定义、网格的划分、约束条件的设置、施工阶段及荷载情况的定义。解决建模中遇到的问题，总结建模经验，为将实际工程简化为数值模型提供参考。
　　(3)分析双线加载和单线加载工况下承载板弹性变形特性，研究桩板结构路基上无砟轨道的平顺性规律，并与规范限值作比较。当桩板结构发生弹性变形时，无砟轨道会发生跟随性的变形，并且道床板与支撑层之间存在离缝。由于离缝的存在，列车竖向荷载产生的轮轨反复作用会导致道床板和支撑层间产生周期性“拍打”现象，降低无砟轨道结构的使用寿命。
　　2、采用控制变量分析法研究桩板结构主要设计参数对承载板变形及无砟轨道平顺性的影响，对湿陷性黄土地区浅埋式连续桩板结构的设计提出合理建议。
　　(1)桩板结构承载板单跨跨度越大，承载板的挠曲变形越大，可能不能满足规范规定的变形要求，跨度过小，材料用量不经济。因此，承载板单跨跨度的确定应综合安全性和经济性两方面考虑。
　　(2)钢轨挠度最大值随着承载板单跨跨度的增大逐渐增大，但钢轨挠度值并不是均匀增大的，增量逐渐减小。这是因为桩径的增大减小承载板的变形量，然而，桩径越大，桩径的增大对减小承载板挠曲变形所起的作用越不明显。
　　(3)钢轨挠度随桩长的增大逐渐减小，钢轨挠度最大值随桩长的变化曲线整体上呈下坡式的下降趋势，当桩长达到一定长度后，增大桩长对钢轨挠度值减小所做的贡献显著减小。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文选题的背景及意义

1．2 桩板结构发展简介

1．2．1 桩板结构能够得以大规模应用的原因

1．2．2 国内外应用实例

1．2．3 桩板结构国内外研究现状

1．3 本文研究的主要内容

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 论文技术路线

2．浅埋式连续桩板结构综述

2．1 湿陷性黄土的工程特性

2．1．1 湿陷性黄土的参数

2．1．3 湿陷性黄土地基的处理措施

2．2 桩板结构的简介

2．2．1 桩板结构的分类及结构形式

2．2．2 桩板结构的特点

2．2．3 桩板结构的施工方法

2．3 客运专线使用的桩板结构所受的荷载

2．4 浅埋式连续桩板结构计算方法简介

3 建立浅埋式连续桩板结构有限元模型

3．1 工程背景

3．2 结构形式选取论证

3．2．1 计算假设

3．2．2 结构纵向简化与分析

3．2．3 结构横向简化与分析

3．3 有限元模型建立的详细过程

3．3．1 基本假定

3．3．2 坐标系

3．3．3 单元及相关参数

3．3．4 网格划分

3．3．5 边界条件

3．3．6 荷载情况

4 浅埋式连续桩板结构有限元计算结果分析

4．1 浅埋式连续桩板结构变形分析

4．1．1 列车竖向荷载作用下桩板结构变形评价指标

4．1．2 双线加载工况下桩板结构变形分析

4．1．3 单线加载工况下桩板结构变形分析

4．2 桩板结构对轨道平顺性影响分析

4．2．1 无砟轨道受列车竖向荷载作用轨道平顺性评价指标

4．2．2 双线加载工况下轨道平顺性分析

4．2．3 单线加载工况下轨道平顺性分析

4．3 本章小结

5 湿陷性黄土地区浅埋式连续桩板结构主要设计参数的影响分析

5．1 承载板单跨跨度与桩径对桩板结构路基上无砟轨道平顺性的影响

5．2 桩长对桩板结构路基上无砟轨道平顺性的影响

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 建议

6．3 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果