郭俊娥
陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院道橋工程系(714000)
煤運鐵路樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計檢算
郭俊娥
陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院道橋工程系(714000)
通過對樁板結(jié)構(gòu)的橫橋向和縱橋向的計算,得到了橫橋向的撓度,通過對縱橋向的各工況的分析,得到的在工況4時撓度最大,工況9式樁C的軸力最大,通過與規(guī)范相比較,均滿足規(guī)范要求,可為同類工程提供設(shè)計參考。
交通運輸工程;樁板結(jié)構(gòu);設(shè)計
蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道連接了蒙陜甘寧能源“金三角”地區(qū)與湘鄂贛等華中地區(qū),設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為I級鐵路,設(shè)計行車速度為120 km/h,牽引質(zhì)量為5 000 t,通道規(guī)劃設(shè)計年輸送能力為2億噸,建成運營初期年輸送能力達(dá)到1億噸,是“北煤南運”新的國家戰(zhàn)略運輸通道,在軟土地基區(qū),采用樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行地基的加固處理。
樁板結(jié)構(gòu)是一種介于橋梁與路基之間的一種新型軟土地基加固結(jié)構(gòu)[1],由鋼筋混凝土樁基、路基本體與鋼筋混凝土承載板組成,承載板直接與軌道結(jié)構(gòu)連接,樁、板固結(jié)與路基共同組成承載結(jié)構(gòu)體系。本工程樁板結(jié)構(gòu)及荷載如表1所示。
計算采用有限元軟件Ansys進(jìn)行分析得出樁板結(jié)構(gòu)內(nèi)力,板和梁[2]都采用了梁單元進(jìn)行模擬。
3.1 垂直線路方向
3.1.1 荷載分析
1)截面慣性矩
2)自重荷載
0.8 m厚頂板自重荷載:
0.4 m厚板頂碎石自重荷載:
軌道結(jié)構(gòu)自重荷載:
3)列車活載
列車單軌活荷載:
正常使用極限狀態(tài)施加的線荷載:
正常使用極限狀態(tài)施加的集中荷載:
承載能力極限狀態(tài)施加的線荷載:
承載能力極限狀態(tài)施加的集中荷載:
3.1.2 計算成果
根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際情況,軌距為1 435 mm,計算簡圖如圖1所示。
表1 樁板結(jié)構(gòu)計算組合
圖1 結(jié)構(gòu)計算簡圖
對承載能力極限狀態(tài)下樁板結(jié)構(gòu)彎矩和軸力的分析結(jié)果如表2所示。
表2 樁板結(jié)構(gòu)彎矩和軸力匯總表(×106)
由表2可知,跨中撓度最大,最大撓度值為1.1 mm,該值小于規(guī)范要求的1.1×4 000/1300=3.4 mm,滿足要求。
3.2 順線路方向
3.2.1 荷載分析
1)截面慣性矩
2)自重荷載
0.8 m厚頂板自重荷載:
0.4 m厚板頂碎石自重荷載:
軌道結(jié)構(gòu)自重荷載:
3)列車活載
列車集中活荷載:
列車均布活荷載:
正常使用極限狀態(tài)施加的自重線荷載:
正常使用極限狀態(tài)施加的列車線荷載:
正常使用極限狀態(tài)施加的集中荷載:
承載能力極限狀態(tài)施加的自重線荷載:
承載能力極限狀態(tài)施加的列車線荷載:
承載能力極限狀態(tài)施加的集中荷載:
3.2.2 計算成果
考慮到結(jié)構(gòu)的多跨連續(xù)特性,結(jié)合實際工點設(shè)計情況選定最不利的3跨進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。結(jié)構(gòu)計算如圖2所示。
圖2 結(jié)構(gòu)計算簡圖
考慮結(jié)構(gòu)和荷載的特點,首先對結(jié)構(gòu)施加恒載,再施加選定的10種列車標(biāo)準(zhǔn)活載和1種列車特種活載,使列車活荷載從結(jié)構(gòu)右側(cè)的H點,逐步移動到結(jié)構(gòu)的左側(cè)A點,考察其移動對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最不利影響,得到了11個工況。限于篇幅,僅列舉兩個工況如圖3和圖4所示。
圖3 列車活荷載工況4
圖4 列車活荷載工況9
對于每種列車活荷載工況,為考慮其移動的特點,考察其移動對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最不利影響。每種列車活荷載從結(jié)構(gòu)右側(cè)的H點,逐步移動到結(jié)構(gòu)的左側(cè)A點,每次移動0.1 m,移動230次,得到每種列車活荷載工況下樁板結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點的最大彎矩極值,如表3所示。
表3 樁板結(jié)構(gòu)彎矩極值表
表4 樁頂軸力極值表
經(jīng)匯總可知,工況4跨中撓度最大,最大撓度值為1.2 mm,該值小于規(guī)范要求的1.1×7 000/1 300= 5.9 mm,滿足要求。
通過計算分析表明,在表1所示的樁板結(jié)構(gòu)形式下,在橫橋向方向,跨中撓度最大,但是滿足規(guī)范要求。在縱橋向方向上,得到在工況9樁C的軸力最大。在工況4時,結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生最大的撓度,但計算結(jié)果都符合規(guī)范要求。
由于樁板結(jié)構(gòu)實際的理論研究滯后于工程應(yīng)用,其作用機(jī)理尚不清楚,因此在實際工程應(yīng)用是要進(jìn)行必要的檢算,一旦發(fā)現(xiàn)有不安全因素,要及時進(jìn)行調(diào)整。
[1]詹永祥.高速鐵路無砟軌道樁板結(jié)構(gòu)路基設(shè)計理論及試驗研究[D].成都:西南交通大學(xué),2007.
[2]楊曉華.鄭西客運專線路基樁板結(jié)構(gòu)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析[J].山西建筑,2009(15):278-279.