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京沪高速铁路桩板式整体结构设计与现场试验研究

作　者: 刘芳
导　师: 苏谦
学　校: 西南交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 桩板式整体结构设计方法结构优化现场试验沉降预测
分类号: U213.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

低矮路堤地基土因承受较大的动荷载而可能产生较大的塑性变形,地基产生沉降,特别是差异沉降时,对无砟轨道的影响程度远远大于高路堤,因为路堤自身具有一定的调节应力、抵抗变形的能力,路堤越矮这种能力就会越小。采用桩板式整体结构处理深厚软土地区地基,可有效控制路基的总沉降和差异沉降,而且结构构造简单、施工方便、经济及技术性优异,能够满足高速、平稳、安全、舒适的要求。但是,针对桩板式整体结构的结构型式、受力特性、作用机理、适用范围等缺乏全面的研究。因此,针对桩板式整体结构设计方法、受力特性、结构尺寸、结构-土体间的相互作用、工后沉降控制效果等问题全面展开讨论与分析,具有非常重要的现实意义。首先,以京沪高速铁路深厚软土低矮路堤试验段为依托,充分调研国内外桩板式整体结构的研究现状和应用现状,参照郑西客运专线和武广客运专线的桩板结构设计计算方法,提出适用于深厚软土低矮路堤桩板式整体结构的平面简化计算方法；采用建筑桩基规范和铁路桥规两种方法对结构进行沉降计算与对比分析,由此提出适用于深厚软土桩板式整体结构的沉降计算方法。对结构与地基土相互作用等难点进行等效处理,利用节点弹簧模拟桩-土相互作用,利用线弹簧模拟板梁-土相互作用,并对桩板式整体结构的重要性参数进行影响性分析；根据平面计算结果采用容许应力法对结构各部件进行配筋设计。其次,针对桩板式整体结构试验工点,进行了系统的现场长期观测测试,得出桩板式整体结构低矮路堤的受力特性、沉降变形规律等。采用双曲线法和星野法对沉降测试数据进行拟合和沉降预测,对比分析两种预测方法的准确性和适用范围。由沉降预测结果估算路基的工后沉降,结果表明桩板式整体结构能有效地控制高速铁路路基工后沉降。最后,从结构连接型式、主要结构尺寸、地基加固处理措施三个方面针对结构进行优化,得出适用于深厚软土低矮路堤区域的优化设计方案。通过上述分析,对桩板式整体结构的设计方法、计算理论、使用性能及设计优化做了分析与讨论,为以后的科研及设计提供参考。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-20
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 国内外研究与应用现状  13-19
    1.2.1 桩板式整体结构研究现状  13-14
    1.2.2 桩板式整体结构理论现状  14-16
    1.2.3 桩板式整体结构应用现状  16-19
  1.3 本文的主要工作  19-20
第2章桩板式整体结构设计计算  20-51
  2.1 模型建立与荷载分析  20-36
    2.1.1 地基土作用的模拟  20-21
    2.1.2 桩侧土作用的模拟  21-22
    2.1.3 桩板式整体结构纵向计算  22-25
    2.1.4 桩板式整体结构横向计算  25-26
    2.1.5 桩体计算  26-27
    2.1.6 桩板式整体结构配筋计算  27-36
  2.2 参数影响性分析  36-43
    2.2.1 地基反力系数k值的影响性分析  36-39
    2.2.2 桩侧抗力系数m值的影响性分析  39-43
  2.3 沉降变形分析  43-50
    2.3.1 桩基础沉降计算方法简介  43-44
    2.3.2 按铁路桥规计算  44-47
    2.3.3 按建筑桩基规范计算沉降  47-50
  2.4 小结  50-51
第3章现场试验分析  51-78
  3.1 工程地质条件  51-52
  3.2 试验工点设计方案  52-53
    3.2.1 桩板式整体结构型式  52-53
    3.2.2 轨道结构型式  53
  3.3 试验工点测试方案  53-59
    3.3.1 测试断面  53
    3.3.2 测试内容  53
    3.3.3 测试元器件布置  53-59
  3.4 测试结果分析  59-71
    3.4.1 单桩载荷试验分析  59-61
    3.4.2 地基表面沉降分析  61-64
    3.4.3 深层沉降分析  64-65
    3.4.4 桩体内力测试分析  65-67
    3.4.5 基床表层与基床底层接触应力分析  67-68
    3.4.6 板梁顶面与基床接触应力分析  68-69
    3.4.7 板梁与地基接触应力分析  69-70
    3.4.8 板梁内力分析  70-71
    3.4.9 板梁内部温度分析  71
  3.5 工后沉降预测与评估  71-76
    3.5.1 双曲线法预测总沉降和工后沉降  71-74
    3.5.2 双曲线法和星野法的对比分析  74-76
  3.6 沉降计算与实测结果的对比分析  76
  3.7 小结  76-78
第4章结构优化设计  78-87
  4.1 结构连接型式的优化分析  78-79
  4.2 主要尺寸的优化分析  79-82
    4.2.1 优化因素及方法  79
    4.2.2 方案组合与目标函数  79-80
    4.2.3 各因素对目标函数的影响性分析  80-82
  4.3 地基加固措施对比分析  82-85
  4.4 小结  85-87
结论  87-89
致谢  89-90
参考文献  90-95
攻读硕士学位期间发表论文及主要科研工作  95

京沪高速铁路桩板式整体结构设计与现场试验研究

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