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曲线地段桩板结构与路基土体相互作用研究

龚小平  
【摘要】:摘要:高速铁路的高平顺性对路基、地基的总沉降、工后沉降及差异沉降量都有严格限制。传统设计方案一般将路基方案改为桥梁结构,以桥代路。相比而言,桥梁结构造价较高,且横向稳定性较差,在曲线地段尤为突出。基于此,高速铁路无砟轨道建设中采用了一种新型路基一桩板结构路基。这种结构型式能够充分发挥桩板土之间的相互作用,不仅沉降小,而且在曲线地段相比桥梁以及传统路基结构横向稳定性更好。本文结合国家自然科学基金“高速铁路桩板结构桩一板一路基土体相互作用研究”,在较全面调研文献基础上,开展了曲线地段无砟轨道桩板结构的深入研究,具体如下: (1)基于独立墩柱式桩板结构理论与实践,采用弹性地基梁模型,结合桩板土相互作用,运用结构力学位移法推导了桩板结构横向在荷载作用下的理论计算公式,该解析计算公式能够更全面反映桩板结构的受力变形特性,易于被设计人员掌握,对于指导桩板结构的设计以及工程实践有着重要的意义。 (2)采用有限元软件,建立曲线地段桩板结构静动力三维模型,并结合相关测试试验,对模型进行了可靠性验证,结果表明:建立的模型是可靠的。 (3)研究了曲线和直线桩板结构在垂横向力作用下的异同点,分析了桩侧土体对桩板的侧向约束作用;研究了曲线桩板结构在温度力作用下的受力变形规律。结果表明:桩板土接触属性不同,对受力变形有影响;曲线桩板结构在垂向力作用下会发生弯扭耦合作用,曲线半径越小,受力变形越不利;土体对桩板的横向约束作用相对垂向更大;由于曲线和超高的影响,在温度荷载和温度梯度荷载作用下,桩板会发生翘曲和横向偏移,桩板固结处会发生应力集中;曲线半径超过5500m后,半径变化对温度力作用下桩板结构的受力变形影响很小 (4)探索了高速铁路曲线桩板结构在不同车速、板的跨径、路基支承条件下的动力特性。结果表明:列车通过曲线的速度越高,动力响应越大,列车偏载相应发生变化,车体横向加速度、轮重减载率和外轨脱轨系数与未被平衡的超高有关系;板的跨径增大,结构垂横向位移变大,车体横向加速度和轮重减载率下降,但车体垂向加速度和脱轨系数变大;路基支承条件对桩板结构动力性能影响较大,土体脱空深度越大,结构变形越大,横向稳定性越差,对行车安全稳定性越不利。 (5)分析了横向周期荷载作用下桩板振动响应。结果表明:荷载频率增大,桩板变形和应力降低,但当荷载频率接近桩板结构横向自振频率时,响应会加剧。


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