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铁路桩基厚承台传力机理研究

作　者: 熊雷
导　师: 王春芬
学　校: 兰州交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 铁路桩基厚承台 空间桁架模型 传力机理
分类号: U213.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


桩基承台因其承载力高、能适应地基不均匀沉降等优点,已成为铁路桥梁广泛采用的基础型式。国内外的承台设计方法大都是基于传统的“梁式体系”的控制截面法进行内力计算及配筋,随着对承台研究的深入,“梁式体系”设计方法的局限性越来越明显。本文主要以兰渝线和西格二线两条在建铁路线路中的五桩、六桩承台作为现场试验,研究在常规荷载作用下桩基厚承台(距厚比w/h≤1)内部的传力机制。其主要研究内容如下：(1)考虑桩土相互作用,并用ANSYS有限元软件建模分析五桩、六桩承台在四种工况下(承台浇筑毕、墩身浇筑毕、体系转换后和简支梁架设毕)承台内部的应力分布变化情况。结果表明：仅在承台自重荷载作用下,承台内部最小主应力流分布趋势不明显,在竖向荷载较大时,最小主应力云图中呈现出明显的从墩台边缘传向各桩顶处的压应力流趋势；承台最大主应力云图则显示出其底部区域为拉应力区。其结构受力特征类似于“空间桁架体系”中的拉-压杆,而拉应力区与压应力流的交界区域则可等效为“空间桁架体系”节点。(2)按“梁式体系”计算方法和“空间桁架体系”计算方法计算承台底层钢筋的钢筋应力,并与实测数据和有限元方法计算结果对比。结果表明：承台底层钢筋应力随作用于承台上的竖向荷载值增大而增大,但呈非线性增长。承台底部不同位置处钢筋应力也不一样。其中横桥向相邻桩之间钢筋应力较顺桥向要小。按“空间桁架体系”计算的钢筋应力与实测数据较为接近。故进一步说明了用“空间桁架体系”解释桩基承台的传力机制的合理性。(3)运用ANSYS有限元软件对五桩承台进行拓扑化设计,结果表明：在竖向荷载16034.3 kN和桩底固结的约束条件下,五桩承台的最佳传力结构类似于“穹形拱体”。按最佳传力结构重新设计结构可以有效地降低结构中材料的使用量,在本文中新结构较原结构体积缩减了48.2%,并提高材料力学性能的利用率。(4)最后,在全面综述本文主要结论下,提出本文有待于完善和补充的一些问题。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-24
  1.1 课题研究背景  9-10
  1.2 国内外桩基承台设计规范  10-21
    1.2.1 我国承台设计规范  10-17
    1.2.2 苏联混凝土与钢筋混凝土结构设计规范  17-18
    1.2.3 美国房屋建筑混凝土结构规范  18-20
    1.2.4 加拿大公路桥梁设计规范  20
    1.2.5 英国混凝土结构规范  20-21
  1.3 国内外桩基承台的研究成果  21-22
    1.3.1 武汉理工大学研究成果  21-22
    1.3.2 华南理工大学研究成果  22
    1.3.3 华中科技大学和东南大学研究成果  22
    1.3.4 国外研究成果  22
  1.4 本文的主要工作  22-24
2 铁路桩基承台的有限元分析  24-49
  2.1 有限元软件简介  24
  2.2 桩基承台模型的建立  24-25
  2.3 考虑桩土相互作用的边界条件  25-33
    2.3.1 土抗力及其分布规律  25-32
    2.3.2 土弹簧刚度计算  32-33
  2.4 五桩承台分析  33-40
  2.5 六桩承台分析  40-48
  2.6 本章小结  48-49
3 铁路桩基承台试验研究  49-66
  3.1 试验目的  49
  3.2 承台应力测试内容  49
  3.3 承台内部传感器布点方案  49-53
    3.3.1 五桩承台布点  49-51
    3.3.2 六桩承台布点  51-53
  3.4 试验结果分析  53-64
    3.4.1 "梁式体系"计算  53-55
    3.4.2 "空间桁架体系"计算  55-59
    3.4.3 结果分析  59-64
  3.5 极限承载力探讨  64-65
  3.6 本章小结  65-66
4 拓扑优化  66-70
  4.1 拓扑优化的简介  66
  4.2 五桩承台拓扑优化  66-68
  4.3 原结构与拟合结构结果对比  68-69
  4.4 本章小结  69-70
5 结论与展望  70-71
  5.1 本论文的主要研究结论  70
  5.2 有待进一步研究的问题  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
攻读学位期间的研究成果  75

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 铁路线路工程 > 线路构造 > 路基
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