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南昆线猪场5号大桥线路病害监测与主要影响因素研究

作　者: 黄俊杰
导　师: 苏谦
学　校: 西南交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 线路病害变形监测地质勘探溶洞数值模拟 ABAQUS
分类号: U216.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 24次
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内容摘要

南昆线猪场5号大桥始建于1993年并于1996年竣工,按照八十年代规范设计和施工建设。随着社会快速发展,铁路已成功地进行了6次大提速,重载铁路也得到了极大的发展和提高,这些都对在役猪场5号大桥线路的冲击明显更大,并且该线路段地质环境、水文环境等极为复杂,受到各种自然因素的影响,这些因素相互作用于猪场5号大桥线路,使基础-桥梁-线路体系在服役过程中出现病害的机率激增,线路病害越来越严重。如桥墩沉降、桥梁结构侧移、活动支座倾斜、锥坡下沉开裂、混凝土开裂脱落和徐变变形、轨道磨损和线路过超高等病害,这些病害均严重影响猪场5号大桥线路服役的整体稳定性和寿命期,以及影响车辆行驶的平稳性,甚至威胁行车安全。首先,以南昆线猪场5号大桥线路病害为背景,充分调研国内外桥梁线路病害的研究现状,全面分析了猪场5号大桥线路病害的各种原因,根据南昆线猪场5号大桥线路病害的特点和地理环境,基于高精度测量仪器和传感器,形成一套科学、系统和经济的线路病害监测体系,并将一种专门设计的棱镜强制对中杆应用于线路病害监测中,极大地提高了平面测量精度和工作效率。通过对猪场5号大桥线路病害的长期监测,得到了线路病害的发展规律,桥墩有沉降和倾斜趋势,活动支座倾斜角大,并部分支座倾斜角有加大的趋势；平均曲线半径小于设计值,线路圆顺性差,超高为过超高等。并对路段线路体系和基础结构等进行勘察,发现内轨磨损比外轨严重,部分拉杆松动,梁端缝钢跨板腐蚀生锈严重,纵缝漏水,以及桥头锥坡下沉开裂等。其次,针对具体病害情况,对部分墩台进行基础补勘,发现全桥基础地质极为复杂,地下水丰富并埋深较浅,岩层破碎,岩溶非常发育。二次补勘试验结果与施工前地质勘察结果存在部分差异,并发现溶洞或裂隙以及其他特殊地质情况的桥墩与产生沉降或墩顶产生位移的桥墩基本吻合。然后针对有溶洞或裂隙等特殊地质的部分典型桥墩基础进行了三维数值仿真分析,计算并简化上部结构、轨道和车辆等荷载后直接施加于承台；将岩土层假设为均质各向同性的弹塑性材料,采用Drucker-Prager模型；桩土接触模型采用弹性库仑摩擦模型；探讨了桩基有溶洞与无溶洞、存在不同跨度溶洞时,桩基的稳定性,以及分析了桩端岩土层不同时桥墩基础的沉降与沉降差。计算表明,桩端存在溶洞时承台的沉降和沉降差比不存在溶洞时要大得多,承台沉降随着溶洞跨度的增大而增大,近似呈线性关系；当溶洞位于桩端侧面或半边式分布时,沉降差和应力集中现象更为突出；在桩基下卧层达不到上部结构承载力要求的条件下,当下卧层力学性质有差异时,承台产生差异沉降和应力集中效应。最后根据病害监测结果和基础补勘分析结果,综合三维数值仿真分析结果等因素,确定南昆线猪场5号大桥线路病害的主要影响因素有两个方面：①桥梁基础地质问题；②圆曲线线路平均半径小于设计值,以及线路几何形态不良。其他一些次要因素也应该引起足够注视,避免其从量变到质变的发展,确保线路长期行车安全。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-13
第1章绪论  13-22
  1.1 研究背景与意义  13-15
  1.2 猪场5号大桥线路概述  15-18
    1.2.1 猪场5号大桥构造及线路设计  15-17
    1.2.2 猪场5号大桥线路病害现状  17-18
  1.3 桥梁监测研究现状  18-19
  1.4 桥梁监测技术发展现状  19-21
  1.5 本论文的主要工作  21-22
第2章桥梁线路病害监测内容及方法  22-42
  2.1 主要监测设备及其主要技术参数  23-26
    2.1.1 Leica TPS1200+系列电子全站仪  23-24
    2.1.2 中纬ZDL700电子水准仪  24-25
    2.1.3 LE-30-ASCⅡ倾角仪  25-26
  2.2 控制网的布设和要求  26-28
    2.2.1 水平位移监测控制网的布设和技术参数要求  26-27
    2.2.2 沉降监测控制网布设和技术参数要求  27-28
  2.3 桥梁水平位移监测  28-33
    2.3.1 桥梁水平位移监测目的  28
    2.3.2 桥梁水平位移原因分析  28-29
    2.3.3 桥梁水平位移监测方法  29-33
  2.4 墩台沉降和梁跨中上拱度变化监测  33-37
    2.4.1 墩台沉降和梁跨中上拱度变化监测目的  33
    2.4.2 墩台沉降和梁跨中上拱度变化原因分析  33
    2.4.3 墩台沉降和梁跨中上拱度变化监测方法  33-37
  2.5 端缝和梁横向间距及支座倾斜监测  37-39
    2.5.1 端缝和梁横向间距及支座倾斜监测目的  37-38
    2.5.2 端缝和梁横向间距变化及支座倾斜原因分析  38
    2.5.3 端缝和梁横向间距及支座倾斜监测方法  38-39
  2.6 线路几何形态变形监测  39-41
    2.6.1 线路几何形态变形监测目的  39-40
    2.6.2 线路几何形态变形原因分析  40
    2.6.3 线路几何形态变形监测方法  40-41
  2.7 小结  41-42
第3章桥梁线路病害监测测量精度分析  42-52
  3.1 平面监测测量方法精度分析  42-49
    3.1.1 仪器对中误差和目标点偏心误差  42-43
    3.1.2 观测误差  43-49
    3.1.3 点位中误差  49
  3.2 沉降测量方法精度分析  49-50
    3.2.1 高差偶然中误差  49-50
    3.2.2 高差全中差  50
  3.3 倾角仪测角精度分析  50-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章桥梁线路病害监测结果与分析  52-72
  4.1 桥梁水平位移监测结果分析  52-54
  4.2 墩台沉降和倾斜及梁跨中上拱度监测结果分析  54-58
    4.2.1 墩台沉降及倾斜监测  54-57
    4.2.2 梁体跨中上拱度监测结果分析  57-58
  4.3 端缝和梁横向距离监测结果分析  58-60
  4.4 支座倾斜监测  60-62
  4.5 线路几何形态变形监测  62-67
    4.5.1 线路圆顺性及线路半径测量结果分析  62-65
    4.5.2 线路平顺性及超高量测量结果分析  65-67
  4.6 现场线路及基础结构勘查结果分析  67-70
  4.7 小结  70-72
第5章病害线路桥梁基础二次补勘试验  72-86
  5.1 试验主要目的  72
  5.2 试验方案  72-73
    5.2.1 勘探钻孔数量和布置设计  72
    5.2.2 勘探深度控制  72-73
    5.2.3 钻探质量控制  73
  5.3 地基勘探结果与分析  73-85
    5.3.1 溶洞或岩溶裂隙等分布情况  73-80
    5.3.2 砂类土分布情况  80-81
    5.3.3 其他特殊地质及地下水分布情况  81-83
    5.3.4 地基土层和基岩特征及力学性质  83-85
  5.4 小结  85-86
第6章病害线路桥梁基础三维数值分析  86-104
  6.1 计算方案  86-88
  6.2 模型的建立与参数的选取  88-95
    6.2.1 参数选取  88
    6.2.2 模型简化及假设  88-89
    6.2.3 荷载的施加  89-92
    6.2.4 线性Drucker-Prager模型  92-94
    6.2.5 接触及边界处理  94-95
    6.2.6 分析步  95
  6.3 计算结果分析  95-103
    6.3.1 2号桥墩桩基  95-101
    6.3.2 9号桥墩桩基  101-103
  6.4 小结  103-104
结论  104-106
致谢  106-107
参考文献  107-111
攻读硕士学位期间发表论文及主要科研工作  111

南昆线猪场5号大桥线路病害监测与主要影响因素研究

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