高速鐵路樁板結(jié)構(gòu)樁-板-路基土體相互作用研究項目摘要

樁板結(jié)構(gòu)是一種新型的結(jié)構(gòu)型式，在國內(nèi)外的工程應(yīng)用方面并不多見，理論研究嚴重滯后于工程實踐，沒有對應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，目前還處于工程應(yīng)用探索階段。當前在具體的工程設(shè)計時，不考慮路基土體對板的支承作用及對樁的約束作用，致使最終的設(shè)計結(jié)果偏于保守，工程造價較高。在僅有的理論研究中，大多是做一些有限的試驗和少量的數(shù)值分析，目的主要是驗證該工程設(shè)計的正確性。這些嚴重制約了樁板結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。.項目主要針對目前樁板結(jié)構(gòu)理論研究成果較少、工作機理還不明確的現(xiàn)狀，進行樁-板-路基土體的相互作用研究，重點分析路基土體對板的支承作用及隨列車作用次數(shù)的變化規(guī)律，路基土體對樁的水平支撐特性與約束能力，樁板結(jié)構(gòu)參數(shù)及溫度變化對相互作用的影響，以及評價當前保守設(shè)計方法的技術(shù)經(jīng)濟性。目的是通過研究，使對樁板結(jié)構(gòu)樁-板-路基土體的相互作用認識方面有所突破，為樁板結(jié)構(gòu)工程設(shè)計提供理論依據(jù)，為建立樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法奠定理論基礎(chǔ)。

樁板結(jié)構(gòu)是一種新型的結(jié)構(gòu)型式，目前在國內(nèi)外已有一定的工程應(yīng)用。由于對樁-板-路基土體的相互作用機理不清楚，當前在工程實踐中，采用不考慮路基土體對板的支承作用及對樁的約束作用而進行保守設(shè)計，工程造價相對較高，制約了樁板結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。 本項目從靜、動力兩個角度出發(fā)，建立列車-軌道-樁板結(jié)構(gòu)空間耦合精細化模型，對樁土、板土的相互作用進行了研究，明確了在列車荷載作用下樁土、板土的相互作用大小及規(guī)律。對比分析了板下土體脫空與不脫空情況下對承載板受力及變形的影響，明確了路基土體對板的支承貢獻大小。研究了橫向荷載作用下路基土體對樁的側(cè)向約束作用，揭示了板土摩擦、樁土承壓等對樁的側(cè)向約束作用。分析了速度、軸重、曲線半徑、樁長與樁徑、承載板跨度與厚度、路堤填料性質(zhì)與結(jié)構(gòu)尺寸，以及樁的支承形式等對樁板結(jié)構(gòu)樁土、板土相互作用的影響，并開發(fā)了樁板結(jié)構(gòu)承載板設(shè)計計算軟件。建立了溫度場、列車荷載等多場作用下樁板結(jié)構(gòu)分析模型，研究了溫度、溫度與荷載耦合作用等對樁板固結(jié)處應(yīng)力集中的影響，提出了樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮整體溫度升高、降低，以及溫度梯度與列車荷載作用組合等各種工況。通過樁板結(jié)構(gòu)水平加載試驗與豎向循環(huán)加載試驗等大比例模型試驗，進一步揭示了樁板結(jié)構(gòu)樁-板-土相互作用機理及隨加載次數(shù)的變化規(guī)律。在上述研究基礎(chǔ)上，結(jié)合工程案例，具體分析了目前樁板結(jié)構(gòu)保守設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟性，為形成高速鐵路樁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論及方法提供了有力的支承。 2100433B

《高速鐵路路基非埋式樁板結(jié)構(gòu)理論與實踐》結(jié)合鄭西高速鐵路濕陷性黃土地基路基設(shè)計，論述高速鐵路路基非埋式樁板結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論、方法，及其在設(shè)計、科學(xué)試驗中的應(yīng)用。主要內(nèi)容包括：路基樁板結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計理論、路基樁板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與分析、路基樁板結(jié)構(gòu)室內(nèi)模型試驗研究、路基樁板結(jié)構(gòu)現(xiàn)場實測研究、路基樁板結(jié)構(gòu)激振試驗研究、路基樁板結(jié)構(gòu)行車試驗等，是對非埋式樁板結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)總結(jié)和介紹的工程專業(yè)書籍 。

1 緒論

1.1 引言

1.2 高速鐵路路基工程的技術(shù)特征

1.2.1 高速鐵路路基的工程要求

1.2.2 高速鐵路路基沉降控制標準

1.3 高速鐵路路基地基處理工法

1.4 樁板結(jié)構(gòu)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.5 樁板結(jié)構(gòu)路基的特點及分類

2 非埋式樁板結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計理論

2.1 結(jié)構(gòu)選型與構(gòu)造

2.1.1 整體構(gòu)造

2.1.2 承臺板形式

2.1.3 托梁形式

2.1.4 樁基形式

2.2 荷載工況

2.2.1 豎向荷載

2.2.2 水平荷載

2.2.3 溫度荷載

2.2.4 樁基不均勻沉降

2.3 樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

2.3.1 容許應(yīng)力法

2.3.2 概率極限狀態(tài)法

2.3.3 兩種設(shè)計方法的比較

2.4 結(jié)構(gòu)體系的簡化

2.5 樁板結(jié)構(gòu)計算模型

2.6 樁板結(jié)構(gòu)理論計算方法

2.6.1 承臺板計算

2.6.2 托梁計算

2.6.3 樁基計算

2.6.4 換算樁長法的驗證

2.6.5 樁板結(jié)構(gòu)溫度力計算理論

2.7 樁板結(jié)構(gòu)有限元計算方法

2.7.1 樁板結(jié)構(gòu)與地基土相互作用

2.7.2 樁板結(jié)構(gòu)縱向計算

2.7.3 樁板結(jié)構(gòu)橫向計算

2.8 樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

3 路基樁板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與分析

3.1 優(yōu)化分析基礎(chǔ)理論

3.2 樁板結(jié)構(gòu)各部件受力特性

3.2.1 承臺板受力特性

3.2.2 托梁受力特性

3.2.3 樁基受力特性

3.2.4 結(jié)構(gòu)整體受力特性

3.3 結(jié)構(gòu)幾何尺寸優(yōu)化

3.3.1 優(yōu)化因素及方法

3.3.2 方案組合與目標函數(shù)

3.3.3 計算結(jié)果綜合分析

3.4 設(shè)計計算參數(shù)影響性

3.4.1 地基系數(shù)K值影響性

3.4.2 樁側(cè)m值影響性

3.4.3 樁長影響性

3.5 小結(jié)

4 路基樁板結(jié)構(gòu)三維動力數(shù)值仿真

4.1 數(shù)值仿真的意義

4.2 有限元法簡介

4.3 計算模型

4.3.1 地質(zhì)參數(shù)

4.3.2 結(jié)構(gòu)單元

4.3.3 計算關(guān)鍵技術(shù)

4.4 列車荷載施加

4.5 邊界條件

4.6 樁板結(jié)構(gòu)自振特性

4.6.1 自振頻率計算有限元模型

4.6.2 自振頻率與振型

4.6.3 彈性模量影響

4.6.4 跨度影響

4.6.5 樁長影響

4.7 激振試驗動力仿真

4.7.1 激振動力有限元模型

4.7.2 計算時程曲線

4.7.3 激振頻率影響

5 路基樁板結(jié)構(gòu)室內(nèi)模型試驗

6 路基樁板結(jié)構(gòu)現(xiàn)場實測研究

7 路基樁板結(jié)構(gòu)激振試驗研究

8 路基樁板結(jié)構(gòu)行車試驗

9 經(jīng)濟效益分析及推廣應(yīng)用

10 工程應(yīng)用

參考文獻

后記 2100433B

樁板結(jié)構(gòu)是高速鐵路無砟軌道一種新的環(huán)保型路基結(jié)構(gòu)形式，因其具有強度高、剛度大、穩(wěn)定性和耐久性好以及建筑成本適當、施工工藝簡單等特點，目前已在國內(nèi)外多條高速鐵路路基以及普通鐵路不良地基處理中得到一定應(yīng)用，并將會作為一種有效控制基礎(chǔ)變形尤其是工后沉降的地基處理方式而得到廣泛應(yīng)用。

盡管樁板結(jié)構(gòu)從其傳力路徑上看類似于板式橋梁結(jié)構(gòu)，但兩者本質(zhì)上還是存在較大差別的，其一是樁板結(jié)構(gòu)沒有墩臺結(jié)構(gòu)，也未設(shè)置支座，承載板與樁基或托梁的連接方式也明顯不同于梁墩連接構(gòu)造;其二是傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)每個墩臺基礎(chǔ)大多采用群樁基礎(chǔ)，單個墩臺樁基的根數(shù)、長度及樁徑均明顯多于或長于樁板結(jié)構(gòu)的單個樁基。因此，針對樁板結(jié)構(gòu)具體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點，研究總結(jié)高速鐵路無砟軌道樁板結(jié)構(gòu)路基的設(shè)計、施工質(zhì)量控制理論和方法，對于推廣應(yīng)用樁板結(jié)構(gòu)路基具有重要的理論和工程意義。

2010年10月26日，上海鐵路局管內(nèi)的滬杭高速鐵路開通運營，在整個建設(shè)過程和系統(tǒng)調(diào)試過程中，參建各方對樁板結(jié)構(gòu)路基段進行了大量的現(xiàn)場試驗和理論分析工作，從樁板結(jié)構(gòu)的施工過程受力監(jiān)測、樁板結(jié)構(gòu)路基靜動力性能分析以及高速動車組行車試驗等方面，系統(tǒng)開展了樁板結(jié)構(gòu)在高速鐵路沿海濱海相軟土地基處理中的應(yīng)用研究。本書結(jié)合滬杭高鐵的實踐，闡述樁板結(jié)構(gòu)路基的受力及變形機理，推導(dǎo)樁板結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的計算公式，明確了樁板結(jié)構(gòu)靜力計算方法，提出樁板結(jié)構(gòu)的合理結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)造參數(shù);模擬高速動車組通過樁板結(jié)構(gòu)路基及過渡段的全過程，計算分析高速列車一樁板結(jié)構(gòu)一沿海濱海相軟土地基系統(tǒng)的空間耦合振動響應(yīng)，并與現(xiàn)場動力測試結(jié)果進行綜合比較，在兩者基本吻合的基礎(chǔ)上，深入探討了高速列車在樁板結(jié)構(gòu)路基上的運營性能和結(jié)構(gòu)振動特性，補充了樁板結(jié)構(gòu)的動力設(shè)計參數(shù)，完善了樁板結(jié)構(gòu)路基的動力設(shè)計理論。最后，對樁板結(jié)構(gòu)路基的施工方法也進行了探討，提出了高速鐵路樁板結(jié)構(gòu)路基設(shè)計若干建議。